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建筑环境

昼光率シミュレーター

评估房间通过天空光(自然采光)的明亮程度。改变窗口面积、玻璃透射率和室内反射率,您可以实时了解平均昼光率和室内估计照度,从而设计不过度依赖照明的明亮房间。

参数设置
窗口面积 A_w
采光有效的窗口玻璃面积
地板面积 A_f
房间的地板面积
玻璃透射率 T
单层玻璃≈0.9/复层Low-E玻璃≈0.6〜0.7
保养系数(窗口污垢)M
污垢・框架减光。清洁≈1.0/污垢≈0.6
从窗口可见的天空角度 θ
°
障碍物越多越小
室内表面平均反射率 ρ
白色内装≈0.7/深色内装≈0.3
计算结果
平均昼光率 ADF (%)
室内估计照度 (lux)
窗口面积/地板面积比 (%)
室内总表面积 (m²)
反射增加率 (%)
采光评估
房间截面图 — 天空光入射动画

曇天空的光线通过窗口进入,在室内表面反射后传播到房间深处。地板的亮度渐变表示昼光传播的容易程度,扇形表示从窗口可见的天空角 θ。

昼光率 对比 窗口面积
昼光率 对比 室内反射率
理论・主要公式

$$ADF=\frac{T\cdot A_w\cdot\theta\cdot M}{A_{total}\,(1-\rho^2)}$$

平均昼光率 ADF(%)。T:玻璃透射率,A_w:窗口面积,θ:从窗口可见的天空角度,M:保养系数(窗口污垢),A_total:室内总表面积,ρ:室内表面平均反射率。BRE/CIBSE简易式。

$$A_{total}=A_f\times 4.5, \qquad E_{in}=\frac{ADF}{100}\times E_{out}$$

室内总表面积 A_total 用地板面积 A_f 的代表倍率4.5倍概算。室内估计照度 E_in 用曇天标准空的设计室外照度 E_out = 10000 lux 乘以昼光率计算。

什么是昼光率

🙋
「昼光率」就是房间的亮度吗?但亮度在晴天和阴天差别很大,不是吗?
🎓
很好的问题。昼光率之所以有用,正是因为这一点。昼光率是将「房间内的照度」除以「同一时刻室外的照度」得到的比值。例如,室外是10000勒克斯,房间内是200勒克斯,那么昼光率就是2%。即使室外变成5万勒克斯,房间内就变成1000勒克斯,除法的结果仍然是2%。所以它不受时间和天气的影响,成为该房间固有的「亮度性能值」。
🙋
我明白了,因为是比值,所以与天气无关。那么昼光率越高越好的房间吗?
🎓
没那么简单。粗略来说,平均昼光率约为2%时,房间就被视为「通过自然光充分照亮」。这是实际应用的最低线。如果超过5%,就会形成一个有大窗户、明亮通透的空间。但当昼光率超过5%时,眩光和夏季日射热取得就变成了问题。所以需要配合遮阳、百叶窗、低日射玻璃等对策考虑。你可以试试把左边的窗口面积滑块拉到最大30m²。昼光率会大幅上升,但实际上那就进入了需要配套日射防护的范围。
🙋
公式中有个 (1−ρ²),ρ 是室内的反射率。这是什么?
🎓
这就是昼光率有趣的地方。从窗口进入的光并不是打到地板或墙壁就结束。如果墙壁颜色浅,光会反射出去,再照亮别的地方,然后再反射——形成多次反射。(1−ρ²) 在分母上,所以当反射率 ρ 增加时,分母变小,昼光率反而增加。实际上,白色内装和深褐色内装在相同窗口下的亮度感知差异很大。看下面的「昼光率对比室内反射率」图表,你会发现当 ρ 约为0.7时,曲线突然陡峭上升。
🙋
「从窗口可见的天空角 θ」也让我好奇。窗口变大和这个有什么区别呢?
🎓
问得很好。窗口面积 A_w 是「光的入口宽度」,θ 是「从那个窗口能看到多少天空」。比如隣に高い建物が迫っていると、窗口本身很大,但能看到的天空很少,θ就会很小。分子变小,昼光率下降。这就是为什么城市低楼层「窗口大但很暗」。相反,θ 很大意味着前面开阔,天空清晰可见。昼光率由「窗口大小」和「天空可见性」两者决定。
🙋
设计时如何使用昼光率?
🎓
实务上,设定「居室平均昼光率2%以上」这样的目标,然后反推窗户大小和内装颜色。如果低于2%,就放大窗户或内装用亮色。超过5%则加入日射防护。详细计算用Radiance或DIALux等光环境模拟软件做网格计算,但本工具的简易公式「早期阶段粗略判断」很合适。希望你能在设计初期试试这个工具。

常见问题

昼光率是将室内某点的照度除以同一时刻室外(全天空・水平面)的照度,用百分比表示。以曇天标准空(CIE曇天空)为前提,因此成为不受时刻和天气影响、「房间仅由天空光照亮的程度」这一设计指标。即使室外是10000勒克斯或50000勒克斯,昼光率2%的房间也分别是200勒克斯或1000勒克斯。昼光率作为比值,这是它最大的特征。
本工具采用BRE/CIBSE简易式 ADF = (T·A_w·θ·M) / (A_total·(1−ρ²))。T 是玻璃透射率,A_w 是窗口面积,θ 是从窗口可见的天空角度,M 是保养系数(窗口污垢),A_total 是地板・天花板・墙壁总室内表面积,ρ 是室内表面平均反射率。分母的 (1−ρ²) 表示光在室内表面反复反射产生的增光效果。
一般而言,平均昼光率约2%时,房间就被认为「由自然光充分照亮」,这是实用上的最低线。超过5%时,拥有大窗户的明亮开放空间。但超过5%时,眩光和夏季日射热取得成为问题,需配合遮阳・百叶窗・低日射玻璃等对策。住宅居室约2〜5%,制图室或手术室可能需要5%以上。
按效果大小排列:(1) 放大窗户・保持清洁(增大窗口面积 A_w、提高保养系数 M),(2) 用亮色内装(提高平均反射率 ρ,使 (1−ρ²) 分母变小,光反射到房间深处),(3) 移除窗前障碍物(扩大可见天空角 θ)。反之,隣地建物遮挡・深色墙壁・污垢窗户都会大幅降低昼光率。

实际应用

住宅・公寓采光设计:建筑基准法要求居室具有一定比例的采光有效开口,这主要涉及窗口面积比。但实际亮度受天空可见性和内装颜色影响很大。本工具的昼光率概算有助于间取阶段判断「这个房间奥深处会亮吗」「需不需要放大窗户」。特别对北向居室或周边建物逼近的都市低层住户有效。

办公室・学校设计:执务室或教室有充足自然光时,照明点灯时间减少,实现节能与舒适的统一。窗边昼光率高,可不开照明,但房间深处昼光率下降,深度大的空间常配合日光传感器调光(日光连动)。绿色建筑认证(LEED・CASBEE等)也将昼光率・采光纳入评价项目。

节能・照明计划:昼光率越高,人工照明依赖越低,成为年度照明能耗推算的基础数据。由设计室外照度和昼光率推算室内照度,必要照度(如办公室750勒克斯)不足部分才用照明补充,实现采光与照明计划的统合。但放大窗户增加采光也会改变冷暖房负荷,需从总能耗平衡考量。

建筑环境模拟的事前检查:Radiance或DIALux等详细光环境模拟会精细建模天空輝度分布和周边建物,逐点计算昼光率。事前用本工具的简易式把握平均昼光率数量级,有助于详细计算结果的合理性检查。简易式与详细计算差异大时,可从模型输入错误着手排查。

常见误解与注意事项

一大误解是「昼光率表示晴天的亮度」。昼光率在定义上以CIE标准曇天空(整片天空輝度分布接近均一的阴天)为前提,不包含直射日光。这是为了「保守评估即使最坏曇天条件也能确保必要亮度」,晴天会比这更亮。换句话说,昼光率再高,南向窗的直射日光也会带来眩光和热问题,需另行评估。

其次误解是「平均昼光率足够房间就均匀明亮」。本工具给出的是代表整个房间的平均值,实际上窗边亮,奥深处暗。窗边与深处亮度差很大时,眼睛向亮处顺应,深处就显得特别暗。奥行深的房间除了评估平均值,还要看「均匀度(最小昼光率÷平均昼光率)」,必要时用高侧窗或天窗为深处补光。

最后是「窗口越大越好」的简化思维。窗口放大确实提高昼光率,但同时增加夏季日射热取得,冷房负荷上升,冬季窗户散热增加。大窗还带来直射日光眩光和荧幕映像。采光・隔热・日射遮蔽・景观常有权衡。只追求昼光率最大化会损害总体性能。本工具数值应作为「采光的一个侧面」,必须配合热负荷和眩光对策综合判断。

使用指南

  1. 设定窗口数量(awNum)和各窗口面积(awRange: 0.5~5.0m²)。标准办公室建议多窗户配置
  2. 选择玻璃透射率(tgNum/tgRange)。一般透明玻璃约88%,Low-E复层玻璃约70~75%
  3. 输入地板面积(afNum/afRange)和墙面反射率(mfNum/mfRange: 0.3~0.8),点击「计算」按钮,平均昼光率(ADF)和室内估计照度实时更新

具体计算示例

东向办公室(地板面积50m²、4扇窗户、各窗2.0m²)的情况:窗面积比8%、透明玻璃透射率88%、墙面反射率0.5时,平均昼光率约2.1%,晴天估计照度约420勒克斯。同条件下反射率升至0.6,昼光率增至2.4%,照度升至480勒克斯,反射增加率约14%

实务注意事项