上海同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 薛芳慧 200092
摘要：本文以杭州某改造厂房为研究对象，以改善厂房内自然光环境为目标，利用计算机数值模拟方法定量分析该旧厂房室内采光系数、照度以及采光均匀度等光环境指标。指出厂房存在的平均采光系数不达标、内区照度较低、采光均匀度差等问题，并利用模拟软件对比研究优化前后厂房的光环境，提出通过提高外窗高度以及增设天窗等具体的改善策略，来提高旧厂房整体的光环境状况。
关键词：改造厂房；光环境；对比分析；改善策略
1.研究背景
在很多大城市，老旧厂房已然成为城市发展留下的印记，许多厂房的创意改造也体现了设计师化腐朽为神奇的魔力。城市建设不是一味的新建，旧建筑的改造越来越成为城市建设的趋势。不论是厂房的创意改造，还是旧小区的翻新改造，室内环境的改善都是首要考虑的问题。而室内光环境是衡量室内环境优劣的一个重要指标。
本文研究的室内光环境改造建筑类型为厂房，厂房的建筑布局特点为大进深、大跨度，这必然会造成室内内区采光不足，采光均匀度差、近窗处眩光等问题。通过分析杭州某老厂区的某一厂房室内光环境现状。并定量对比分析改善前后厂房的室内光环境状况，提出改善厂房室内光环境的具体措施。
2.研究对象
杭州某老厂区始建于上世纪五十年代，是历史比较悠久的旧址，改造后的厂房尽量保持原有厂房建筑群的完成性，只在结构上进行加固翻新。本次研究的是厂区内的4号厂房。该厂房层数为2层，建筑面积为5160㎡，该厂房位于厂区西侧，建筑屋面为坡屋面，最高点高度为11.58m。
目前该厂房四周乔木较多，外部遮挡比较严重，建筑总进深达到32m，内区自然光较弱，建筑外窗均已残破，一层南北侧窗户大小为3m×3m，窗台高为900mm，二层南北侧窗户大小均为3m×1.8m，窗台高为700mm，如图2-1所示。
设计师仅对室内功能房间进行布置设计，且二层南侧增加一连廊使厂区各个厂房之间连通，增加改造厂房之间的互动，图2-2为厂房平面图。
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3.模拟设置
3.1软件介绍
Ecotect是一个全面的技术性能分析辅助设计软件。使用者首先建立直观、可视的三维模型，然后根据建筑的特定情况，输入经纬度、海拔高度，选择时区，确定建筑材料的技术参数，即可在该软件中完成对模型的太阳辐射、热，界面较为简单，使用起来较为方便，对于室内的反射使用相对简单的公式计算，为了能够精确模拟计算，软件提供了丰富的数据接口，在需要精确计算时可以将模型导入到Radiance 和Daysim软件中进行深入分析。
3.1模拟参数设置
本次模拟选取的天空模型为CIE全阴天，分析参考平面均为距离地面700mm工作面，分析计算网格大小统一取值0.5m；考虑分析区内的建筑物之间遮挡，模拟时忽略室内家具类设施的影响，只考虑永久固定的顶棚、地面和墙面、柱子。根据设计师改造室内功能空间建造模型如下。
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本项目根据设计师改造后的效果图和装修表可知内部墙体采用灰色粗糙清水混凝土，窗户采用6mm厚单层木质窗框高透玻璃，窗户大小保持原有不变，由于窗户樘数较多，窗户折减系数取值0.7。模型室内装修材料反射比如下表3.1-1所示设置。
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3.2评价及依据
杭州属于IV类光气候区，光气候系数为1.1，室外天然光临界照度值为4500Ix，本项目后期改造为餐饮、零售、办公，依据GB50033-2013《建筑采光设计标准》，餐厅、照度标准值为300Ix，采光系数标准值为2.2%；办公照度标准值为450Ix，采光系数标准值为3.3%。标准中对零售功能房间无明确规定，本次分析按照采光最低标准，照度标准值为150Ix，采光系数标准值为1.1%；
4.采光优化策略
4.1采光现状
根据设计师的改造设计后的平面图可以看出，将卫生间、楼梯置于东西两侧，零售、餐饮置于南北两侧，办公室置于东侧。立面窗户保持原有厂房窗户不变。改善前室内内区采光严重不足，采光均匀度很差。一层南侧受到连廊的遮挡，近窗处采光照度降低，但是连廊起到遮阳和防止眩光作用。二层窗户较小，内区采光效果更差。所有功能房间的评价采光照度和采光系数均不能满足要求。
4.2改善措施
根据以往经验得出，窗户的宽度增加并不能增加内区采光，窗户的窗台高度和高窗对内区采光有一定影响。根据本项目自身立面，将本厂房一层窗户高度均增加600m，如图4.2.-1。二层层高受限，南北侧窗户高度已不能增加，因此二层南北侧可以通过增加天窗改善内区光环境。本次设置天窗宽度为2m，设置300mm窗框避免眩光影响，如图4.2.-2，天窗玻璃可见光透射比设置为0.4低透玻璃。二层东侧办公区域窗户高度增加600mm。
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从图4.2-3~4.2-4可以看出，一层通过将窗户高度增加600mm，对南北侧餐饮和零售的采光效果改善很少，室内采光系数仍然达不到标准，采光系数最大增加0.4%。东侧办公改善效果较好，办公区域采光系数由原来的2.5%增加到3.2%，改善后采光系数基本满足采光要求。从图4.2-7一层改善前后进深方向照度曲线图可以看出，内区照度改善效果很小，改善后采光均匀度仍然较差，改善后照度最低值延后1m，且最低照度由原来的12Lux增加至15Lux。
从图4.2-5~4.2-6可以看出，二层通过增加天窗，对内区采光系数改善很大，二层南北侧零售和餐饮平均采光系数增加2.2%。二层东侧办公区域仍通过增加外窗高度来改善室内采光，该区域平均采光系数由改善前的2.8%增加至3.9%。从图4.2-8二层改善前后进深方向照度曲线图可以看出内区采光照度改善很大，天窗正下处内区采光照度最大达到726Lux，最低照度值由原来的0Lux增加至110Lux。
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5.结论及意见
（1）实际分析厂房案例采光现状：近窗5米范围内区域采光状况良好，内区采光较差，房间平均采光照度和采光系数达不到规范要求。
（2）厂房一层改善措施为：厂房一层南北侧零售和餐饮进深较大区域增加窗户高度对内区采光改善较小，可通过增加人工照明改善室内光环境，东侧办公区域将窗户高度增加600mm，可使办公区采光系数满足标准要求。
（3）厂房二层改善措施：厂房二层南北侧零售和餐饮可通过增加天窗来改善内区采光，天窗可见光透射比宜小于0.4，且增加遮阳措施防止眩光。二层东侧办公区域将窗户高度增加600mm，可使办公区采光系数满足标准要求。
（4）通过对杭州地区改造厂房个案分析研究，得到进深较大改造厂房建筑的自然采光优化路径及改造方法的一般性策略：在重组功能空间时，有采光需求的房间靠外侧布置；对于大进深空间，可通过增加天窗改善室内光环境，无天窗设置条件，需再内区增设人工照明措施；对于小进深空间可通过增加窗户高度改善室内光环境。具体天窗和窗户尺寸可通过采光辅助软件的模拟，得出更具体的改善策略。
参考文献：
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