寒冷地区既有办公建筑光环境调查研究
浏览： 发表时间：2018-06-19 10:15:18
在办公建筑中，室内光环境是评价室内环境舒适度的一个至关重要的因素，特别是办公室、绘图室等类型的房间，多用于文案工作，对房间内的光环境有较高要求的房间。办公建筑的天然采光对于满足人的生理、心理都有一定的作用。近年来，研究人员已经发现了太阳光对于人的重要性，特别是室内的天然采光对于保证人类健康的生理节律有着不可替代的作用。此外，研究人员发现，自然的光线还能有效地帮助办公人员降低眼部视觉疲劳，并在一定的程度上提高工作效率。由此可以看出，天然光线在舒适度方面有着人工照明无法比拟的自身优势，并且在经济性方面，对于降低建筑照明能耗也有重要的作用。因此，如果能高效地利用天然采光，对于既有办公建筑光环境的改造时是十分有利的。通过对既有办公建筑光环境为期一周的调研测试，本文详细地阐述了办公室室内的开窗方式、照度分布、各表面反射率等情况，通过数据的处理与分析，确定现有建筑光环境的相关参数是否满足规范要求，发现现存的光环境问题，为技术的筛选提供量化的依据，并有针对性地为绿色化改造提出具体的技术策略和建议。
光环境调研方案
1.1调研办公楼的选择
此次调研的既有办公建筑，是以板式办公楼为主，同时可以代表建造时间较早的既有办公建筑。在这类办公楼中针对光环境的改造，是有其必要性与可行性的。此类办公楼的开窗形式以传统的条形窗为主，局部有少量玻璃幕墙，房间分布在走廊的南北两侧，以典型办公室为主，局部也有一定数量的开敞办公室。办公室南北进深不大，多数在6～8m，有的办公楼南北进深一样，而有些北侧办公室进深稍小。典型调研办公楼的平面示意图如图1所示。
样本选取主要为天津大学、南开大学校区范围内，板式多层办公建筑(党政办公、科研楼)，共计16座办公楼，分别采样东西南北四向的办公室，主要调研标准层内开窗形式、工作面照度、各表面材质反射率、透明围护结构的透光率及办公人员主观感受等相关的数据。
1.2调研内容与测试方法
1.2.1办公室尺寸及开窗形式调研
办公室的基本尺度，包括房间的开间、进深以及层高、净高等基本数据。开窗形式的调研内容包括房间内的窗户个数，窗户的基本尺寸，开启扇面积大小、窗台高度、窗间墙宽度等基础数据。相关参数为后期调研结论的提出，提供真实可靠的数据依据。
1.2.2办公室室内工作面照度值的测量选取办公楼内标准层东南西北四向的典型或开敞办公室，分别沿着窗户中线、窗间墙或边墙的3条轴线，分别测量其0.75m高的工作面照度值，具体测点见图2。
1.2.3各材质表面反射比
包括不同的地面、墙面材质的反射率。利用照度计测试表面接收的照度值和反射的照度值。将照度计的接收器紧贴被测表面的某一位置，测其入射照度EＲ，然后将接收器的感光面对准同一被测表面的原来位置，逐渐平移离开，待照度值稳定后，读取反射照度Ef，测量示意图如图3所示。反射比为。
1.2.4透明围护结构的透射比
用照度计测量采光材料的透射比时，在天空扩散光的情况下，将照度计的接收器分别贴在被测窗透光材料的内、外两面。两测点应在同一轴心上。分别读取内、外两测点的照度值，如图4所示。En为内测点照度值，Ew为外测点照度值，透射比
1.2.5走廊、公共活动空间照度测量
测量走廊、公共空间的地面水平照度，如果走廊尽端两侧有自然采光窗，可用同样方法测量走廊区域的室内天然采光曲线。
1.2.6主观调研部分
通过调研问卷与现场询问相结合的方式，调研关于建筑光环境的现存问题、平时遮光帘的使用情况等。并统计办公室人员对于室内光环境的满意度，包括室内光线的强弱、是否有眩光影响等。
数据分析与现存问题
2.1北向办公室采光不足问题
2.1.2调研数据分析
根据调研数据绘制办公室照度分布曲线，我们发现既有办公建筑办公室的北向房间照度明显不足，上午下午的曲线趋势基本一致，上午的照度值要普遍大于下午的数值，在距离窗口1m左右时，照度值衰减较快。大多数区域不能满足建筑采光设计标准中的相关规定(详见表1)，天津属于Ⅲ类光气候区，侧窗采光要求工作面照度达到450lx，在工作时间内基本需要全天开灯才能满足工作对于光线的需求。
2.2大进深办公室采光均匀度问题
在调研中我们发现，房间的进深过大会导致距离房间采光不均匀，且随着与窗口距离的增大，照度值衰减很快，导致较短距离内，就有较大的照度值差，容易引起人的不舒适眩光。为了探究照度值随距离的衰减规律和量化办公室内的采光均匀度问题，进行了调研测试。
2.2.1调研数据的选取
在调研中经过测试，以及数据的处理分析，我们发现办公楼大进深办公室的照度均匀度普遍存在问题，特别是拥有东西向办公室的测试样本。现存的办公建筑中，东西向办公室的进深普遍要大于南北向的办公室，因此，在大进深照度不均匀的问题上，这类办公室的问题就更加突出。因此，在数据处理时，就选取了行政办公楼西向办公室和机械学院办公楼东向办公室的测试数据，作为这类数据的典型代表。测试在10:00和15:00点各进行一次，测点布置如图8、图9所示.
2.2.2调研数据分析
从调研数据处理中可以看到，西向办公室照度比下午高于上午，而东向房间照度比上午要明显高于下午，但是在衰减规律上却是一致的。窗户中线的位置数据衰减量都很大，且从窗口开始衰减迅速，在距离窗口约1.5m处，与室外照度的比值就衰减到只有窗口处的1/5，甚至更低。
2.3南向窗口眩光问题
在调研过程中，我们发现，南向房间窗口普遍存在照度过大、窗口眩光的问题，基本都需要内遮阳帘，才能使房间达到舒适的光环境，否则很容易产生局部的眩光现象。因此我们在调研过程中，也针对办公环境的眩光问题进行了主观问卷的调查。问卷结果显示，除了南向会有一定程度的眩光以外，北向房间也存在一定的亮斑或晃眼的光线，由此可见这类现象在办公建筑中是非常常见，也需要改造的一部分。调研利用了问卷和现场问答两种形式，调查办公人员对于办公室内光环境的满意程度。内容包括对于光线的明暗程度感受、对于有无不舒适眩光的感受等。问卷结果(图11)表明，在室内光环境整体感受的调查中，认为光环境整体感觉适中的人数，仅占36%，满意度并不高;其次，认为整体环境略昏暗与略耀眼的人总数占到55%，且认为略昏暗的人数稍多于认为略耀眼的人数。在办公室光环境的眩光问题调查中，认为办公室内存在眩光情况的人数，占到17%;其中，针对南向办公室的调查中，认为存在眩光情况的人数，占到28%，明显高于北向办公室调查中认为存在眩光情况的人数，仅为6%。
2.4灯具选择与布置的不合理
调研中，除了测量关灯时的照度外，也测量了平时开灯时的使用状态，发现了即使附加了人工照明，有些地方工作面的照度水平依旧无法到达规范规定的数值。通过调研，能够掌握出现灯具照度不足的具体房间类型，并为后期改善室内照明的方案设计提供依据。
2.4.1调研数据的选取
在附加人工照明后，采光仍然无法满足要求的办公室主要是位于北向。实验数据选取了机械学院办公楼与管理学院办公楼的北向办公室，这两个样本都属于典型的开敞办公室，室内北向两个侧窗，房间面积为(40～50)m2，均匀布置4只荧光灯管(T8)，办公室有工作人员7～8人。测量时间为10:00和15:00，测点布置如图12、图13所示。
2.4.2调研数据的分析
通过数据的分析可以发现，在附加了人工照明之后，照度的均匀度问题有所缓解，但在距离窗口2.5m之后，照度值还是会衰减到300lx以下，***的地方在人工照明下也只有100lx左右。《建筑照明设计标准》GB50034—2013中规定了办公建筑的照明功率以及对应要求的照度值(表2)。由此可以看出，虽然有些办公室附加了人工照明，但仍旧无法达到规范所要求的照度值，这对长期工作在这种环境中的人员，是非常不利的。因此，高效的照明灯具、合理的灯具布置等都对室内光环境的改善有着重要作用.
改进建议
针对北向采光不足的建议如下:
1)可以适当增大北侧的窗口面积或增大室内各表面的反射率，在获取更大的采光量的同时，能使房间内有限的光线能够均匀漫射，提高室内亮度;
2)局部配合有效的日间照明，为室内提供充足稳定的光线;
3)利用邻近的北侧楼体的南立面设置一些反光板，调整反光板的角度能使光线由北侧进入办公室内，特别是对北向较低层数的办公室有明显效果。但这种方法局限性较大，必须在北侧临近处有办公楼，且在楼间距合适的情况下才能实现较好的改善效果。
针对大进深办公空间照度均匀度的建议如下:
1)利用采光搁板，可以一定程度上解决大进深房间内部的采光。为了提高房间内的照度均匀度，在靠近窗口的一段距离内，向下没有出口，而把光的出口开在房间内部，这样一来就不会使窗附近的照度进一步增加。
在窗的顶部安装一组镜面反射装置，当阳光射到反射面上经过一次反射，到达房间内部的天花板，利用天花板的漫反射作用，反射到房间内部。反射高窗可使整个房间的照度和照度均匀度均有所提高。
针对窗口眩光的建议如下:
1)降低窗口的亮度。可以利用内外遮阳等方式，降低窗口的亮度值，来降低不舒适眩光的影响。
2)利用反射高窗结构，也可以减少直射阳光的进入，降低直射眩光和地面的反射眩光影响，同时增加整个房间的背景亮度，降低不舒适眩光的影响。
针对办公室人工照明的建议如下:
1)提高光源效率。办公照明设计中，多采用双端直管荧光灯产品。新增了“T8和T5高频荧光灯”类产品。由于技术的提高，使得光源产品的光效较传统三基色光源又提高了10%～20%左右。
2)提高灯具效率。采用新式格栅灯具，该种灯具在满足眩光的前提下，缩小了不必要的格栅片面积，从而提高了整个灯具的灯具效率，达到70%以上。
3)合理布置灯具的位置。直管荧光灯的布置方向应与人的主视线平行，一般与窗口垂直，可以有效缓解照度均匀度的问题。
小结
通过对天津大学附近16座办公楼的光环境的调查研究，发现办公室内光环境目前还存在着诸多问题，如:北向采光数量不足、大进深办公室采光均匀度问题、南向窗口眩光以及办公室人工照明的灯具效率、灯具布置等问题。本文针对调研中发现的不同问题，提出了相应的改造建议，为创造良好的办公空间室内光环境提供有力的支持。
光环境调研方案
1.1调研办公楼的选择
此次调研的既有办公建筑，是以板式办公楼为主，同时可以代表建造时间较早的既有办公建筑。在这类办公楼中针对光环境的改造，是有其必要性与可行性的。此类办公楼的开窗形式以传统的条形窗为主，局部有少量玻璃幕墙，房间分布在走廊的南北两侧，以典型办公室为主，局部也有一定数量的开敞办公室。办公室南北进深不大，多数在6～8m，有的办公楼南北进深一样，而有些北侧办公室进深稍小。典型调研办公楼的平面示意图如图1所示。
样本选取主要为天津大学、南开大学校区范围内，板式多层办公建筑(党政办公、科研楼)，共计16座办公楼，分别采样东西南北四向的办公室，主要调研标准层内开窗形式、工作面照度、各表面材质反射率、透明围护结构的透光率及办公人员主观感受等相关的数据。
1.2调研内容与测试方法
1.2.1办公室尺寸及开窗形式调研
办公室的基本尺度，包括房间的开间、进深以及层高、净高等基本数据。开窗形式的调研内容包括房间内的窗户个数，窗户的基本尺寸，开启扇面积大小、窗台高度、窗间墙宽度等基础数据。相关参数为后期调研结论的提出，提供真实可靠的数据依据。
1.2.2办公室室内工作面照度值的测量选取办公楼内标准层东南西北四向的典型或开敞办公室，分别沿着窗户中线、窗间墙或边墙的3条轴线，分别测量其0.75m高的工作面照度值，具体测点见图2。
1.2.3各材质表面反射比
包括不同的地面、墙面材质的反射率。利用照度计测试表面接收的照度值和反射的照度值。将照度计的接收器紧贴被测表面的某一位置，测其入射照度EＲ，然后将接收器的感光面对准同一被测表面的原来位置，逐渐平移离开，待照度值稳定后，读取反射照度Ef，测量示意图如图3所示。反射比为
。1.2.4透明围护结构的透射比
用照度计测量采光材料的透射比时，在天空扩散光的情况下，将照度计的接收器分别贴在被测窗透光材料的内、外两面。两测点应在同一轴心上。分别读取内、外两测点的照度值，如图4所示。En为内测点照度值，Ew为外测点照度值，透射比
1.2.5走廊、公共活动空间照度测量
测量走廊、公共空间的地面水平照度，如果走廊尽端两侧有自然采光窗，可用同样方法测量走廊区域的室内天然采光曲线。
1.2.6主观调研部分
通过调研问卷与现场询问相结合的方式，调研关于建筑光环境的现存问题、平时遮光帘的使用情况等。并统计办公室人员对于室内光环境的满意度，包括室内光线的强弱、是否有眩光影响等。
数据分析与现存问题
2.1北向办公室采光不足问题
在调研的过程中，经过测试以及数据的整合分析，我们发现办公楼北向的采光普遍不足，照度偏低，需要全天开灯。2.1.1调研数据的选取从调研的16个典型办公楼中，我们选取出两栋办公楼的数据进行分析。测试地点选择的是天津大学管理学院办公楼与机械学院办公楼，测点布置如图5、图6所示。测试日期为2014年1月10日与1月9日。测试两天天气均为晴间多云，室外照度在7000lx左右。测试在10:00和15:00点各进行一次，数据中存在上下午室内照度差别较大的情况，分析主要原因是由
于云量变化导致室外照度的变化。调研主要对房间各点的照度值进行测试，分别分析两个办公室的照度情况，并对比分析单窗与双窗对于办公室光环境的影响。
2.1.2调研数据分析
根据调研数据绘制办公室照度分布曲线，我们发现既有办公建筑办公室的北向房间照度明显不足，上午下午的曲线趋势基本一致，上午的照度值要普遍大于下午的数值，在距离窗口1m左右时，照度值衰减较快。大多数区域不能满足建筑采光设计标准中的相关规定(详见表1)，天津属于Ⅲ类光气候区，侧窗采光要求工作面照度达到450lx，在工作时间内基本需要全天开灯才能满足工作对于光线的需求。
2.2大进深办公室采光均匀度问题
在调研中我们发现，房间的进深过大会导致距离房间采光不均匀，且随着与窗口距离的增大，照度值衰减很快，导致较短距离内，就有较大的照度值差，容易引起人的不舒适眩光。为了探究照度值随距离的衰减规律和量化办公室内的采光均匀度问题，进行了调研测试。
2.2.1调研数据的选取
在调研中经过测试，以及数据的处理分析，我们发现办公楼大进深办公室的照度均匀度普遍存在问题，特别是拥有东西向办公室的测试样本。现存的办公建筑中，东西向办公室的进深普遍要大于南北向的办公室，因此，在大进深照度不均匀的问题上，这类办公室的问题就更加突出。因此，在数据处理时，就选取了行政办公楼西向办公室和机械学院办公楼东向办公室的测试数据，作为这类数据的典型代表。测试在10:00和15:00点各进行一次，测点布置如图8、图9所示.
2.2.2调研数据分析
从调研数据处理中可以看到，西向办公室照度比下午高于上午，而东向房间照度比上午要明显高于下午，但是在衰减规律上却是一致的。窗户中线的位置数据衰减量都很大，且从窗口开始衰减迅速，在距离窗口约1.5m处，与室外照度的比值就衰减到只有窗口处的1/5，甚至更低。
2.3南向窗口眩光问题
在调研过程中，我们发现，南向房间窗口普遍存在照度过大、窗口眩光的问题，基本都需要内遮阳帘，才能使房间达到舒适的光环境，否则很容易产生局部的眩光现象。因此我们在调研过程中，也针对办公环境的眩光问题进行了主观问卷的调查。问卷结果显示，除了南向会有一定程度的眩光以外，北向房间也存在一定的亮斑或晃眼的光线，由此可见这类现象在办公建筑中是非常常见，也需要改造的一部分。调研利用了问卷和现场问答两种形式，调查办公人员对于办公室内光环境的满意程度。内容包括对于光线的明暗程度感受、对于有无不舒适眩光的感受等。问卷结果(图11)表明，在室内光环境整体感受的调查中，认为光环境整体感觉适中的人数，仅占36%，满意度并不高;其次，认为整体环境略昏暗与略耀眼的人总数占到55%，且认为略昏暗的人数稍多于认为略耀眼的人数。在办公室光环境的眩光问题调查中，认为办公室内存在眩光情况的人数，占到17%;其中，针对南向办公室的调查中，认为存在眩光情况的人数，占到28%，明显高于北向办公室调查中认为存在眩光情况的人数，仅为6%。
2.4灯具选择与布置的不合理
调研中，除了测量关灯时的照度外，也测量了平时开灯时的使用状态，发现了即使附加了人工照明，有些地方工作面的照度水平依旧无法到达规范规定的数值。通过调研，能够掌握出现灯具照度不足的具体房间类型，并为后期改善室内照明的方案设计提供依据。
2.4.1调研数据的选取
在附加人工照明后，采光仍然无法满足要求的办公室主要是位于北向。实验数据选取了机械学院办公楼与管理学院办公楼的北向办公室，这两个样本都属于典型的开敞办公室，室内北向两个侧窗，房间面积为(40～50)m2，均匀布置4只荧光灯管(T8)，办公室有工作人员7～8人。测量时间为10:00和15:00，测点布置如图12、图13所示。
2.4.2调研数据的分析
通过数据的分析可以发现，在附加了人工照明之后，照度的均匀度问题有所缓解，但在距离窗口2.5m之后，照度值还是会衰减到300lx以下，***的地方在人工照明下也只有100lx左右。《建筑照明设计标准》GB50034—2013中规定了办公建筑的照明功率以及对应要求的照度值(表2)。由此可以看出，虽然有些办公室附加了人工照明，但仍旧无法达到规范所要求的照度值，这对长期工作在这种环境中的人员，是非常不利的。因此，高效的照明灯具、合理的灯具布置等都对室内光环境的改善有着重要作用.
改进建议
针对北向采光不足的建议如下:
1)可以适当增大北侧的窗口面积或增大室内各表面的反射率，在获取更大的采光量的同时，能使房间内有限的光线能够均匀漫射，提高室内亮度;
2)局部配合有效的日间照明，为室内提供充足稳定的光线;
3)利用邻近的北侧楼体的南立面设置一些反光板，调整反光板的角度能使光线由北侧进入办公室内，特别是对北向较低层数的办公室有明显效果。但这种方法局限性较大，必须在北侧临近处有办公楼，且在楼间距合适的情况下才能实现较好的改善效果。
针对大进深办公空间照度均匀度的建议如下:
1)利用采光搁板，可以一定程度上解决大进深房间内部的采光。为了提高房间内的照度均匀度，在靠近窗口的一段距离内，向下没有出口，而把光的出口开在房间内部，这样一来就不会使窗附近的照度进一步增加。
在窗的顶部安装一组镜面反射装置，当阳光射到反射面上经过一次反射，到达房间内部的天花板，利用天花板的漫反射作用，反射到房间内部。反射高窗可使整个房间的照度和照度均匀度均有所提高。
针对窗口眩光的建议如下:
1)降低窗口的亮度。可以利用内外遮阳等方式，降低窗口的亮度值，来降低不舒适眩光的影响。
2)利用反射高窗结构，也可以减少直射阳光的进入，降低直射眩光和地面的反射眩光影响，同时增加整个房间的背景亮度，降低不舒适眩光的影响。
针对办公室人工照明的建议如下:
1)提高光源效率。办公照明设计中，多采用双端直管荧光灯产品。新增了“T8和T5高频荧光灯”类产品。由于技术的提高，使得光源产品的光效较传统三基色光源又提高了10%～20%左右。
2)提高灯具效率。采用新式格栅灯具，该种灯具在满足眩光的前提下，缩小了不必要的格栅片面积，从而提高了整个灯具的灯具效率，达到70%以上。
3)合理布置灯具的位置。直管荧光灯的布置方向应与人的主视线平行，一般与窗口垂直，可以有效缓解照度均匀度的问题。
小结
通过对天津大学附近16座办公楼的光环境的调查研究，发现办公室内光环境目前还存在着诸多问题，如:北向采光数量不足、大进深办公室采光均匀度问题、南向窗口眩光以及办公室人工照明的灯具效率、灯具布置等问题。本文针对调研中发现的不同问题，提出了相应的改造建议，为创造良好的办公空间室内光环境提供有力的支持。
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