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采光设计

关于自然采光策略、太阳几何、遮阳装置设计、眩光控制、人工照明集成和视觉舒适度优化的综合知识库。在处理窗户设计、采光模拟、遮阳计算、照明分区、昼夜节律照明、采光指标（sDA、ASE、UDI、DF），或任何涉及建筑自然光的设计决策时，请调用此技能。

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第 1 节：采光指标

1.1 采光系数（DF）

采光系数是工作面某一点的室内照度与 CIE 阴天条件下同时测得的无遮挡室外水平照度之比，以百分比表示。

公式： DF (%) = (E_internal / E_external) × 100

组成部分：

• 天空分量（SC）——透过窗户的可见天空直射光
• 室外反射分量（ERC）——由室外表面（地面、相邻建筑）反射的光
• 室内反射分量（IRC）——由室内表面（天花板、墙壁、地板）反射的光

典型 CIE 阴天参考照度： 10,000-15,000 lux（设计值：保守分析采用 10,000 lux）

不同空间类型的 DF 目标值：

空间类型	平均 DF 目标值	最低点 DF	备注
住宅 — 起居室	≥ 2.0%	≥ 0.5%	BS 8206-2、BS EN 17037
住宅 — 卧室	≥ 1.5%	≥ 0.3%	部分规范接受 ≥ 1.0%
住宅 — 厨房	≥ 2.0%	≥ 0.6%	任务照明至关重要
办公室 — 开放式办公区	≥ 2.0%	≥ 0.7%	桌面照度 300 lux
办公室 — 独立式／单间办公室	≥ 1.5%	≥ 0.5%	靠近窗户的优势
学校 — 教室	≥ 2.0%	≥ 0.7%	均匀度比 ≥ 0.3
学校 — 实验室	≥ 2.5%	≥ 0.8%	视觉任务要求高
医院 — 病房	≥ 2.0%	≥ 0.5%	对患者身心健康至关重要
医院 — 手术室	仅人工照明	N/A	需要受控照明
零售 — 一般销售区	≥ 2.0%	≥ 0.5%	辅以展示照明
图书馆 — 阅览区	≥ 2.5%	≥ 0.8%	阅读面照度 500 lux
博物馆 — 展厅	1.0-3.0%	不定	紫外线控制至关重要；敏感展品照度最高 200 lux

均匀度： DF 最小值与平均值之比应 ≥ 0.3（优选 0.4）。低于 0.3 表明靠窗区域与房间深处区域之间的反差过大。

DF 的局限性： 仅假设 CIE 阴天条件；不考虑建筑朝向、气候、直射日光和时间变化。基于性能的分析应使用基于气候的采光模拟（CBDM）。

1.2 空间采光自主率（sDA300/50%）

sDA 衡量仅靠日光、每年至少 50% 的占用时段内照度达到 300 lux 的地面面积百分比。

标准： IES LM-83-12（空间采光自主率和年度日照暴露量的认可方法）

计算方法：

1. 定义分析网格（通常位于地面以上 0.76 m / 30 in 处，网格间距 ≤ 0.6 m）
2. 使用全年基于气候的模拟（逐小时步长、TMY 气象数据）
3. 在每个网格点，统计日光照度 ≥ 300 lux 的时数
4. 若某点在 ≥ 50% 的占用时段内达到阈值，则该点通过
5. sDA = 通过的网格点数 / 网格点总数 × 100%

性能目标：

• sDA ≥ 55% — 可接受（LEED v4 采光得分项选项 1：2 分）
• sDA ≥ 75% — 优选（LEED v4 采光得分项选项 1：3 分）
• sDA ≥ 40% — EN 17037 I 级（最低）的最低要求
• sDA ≥ 50% — EN 17037 II 级（中等）
• sDA ≥ 65% — EN 17037 III 级（高）

LEED v4.1 BD+C： 采光得分项 EQ 学分——证明 sDA300/50% ≥ 55% 的面积占经常使用区域地面面积的 ≥ 55%（2 分），或占 ≥ 75%（3 分），且 ASE1000,250 ≤ 10%。

1.3 年太阳光照射暴露量（ASE1000,250）

ASE 用于衡量每年有 250 个或更多有人使用的小时内，接收至少 1,000 lux 直射阳光的地面面积百分比。它是眩光风险指标。

阈值： ASE1000,250 ≤ 经常有人使用的地面面积的 10%

计算：

• 仅使用直射阳光（不包括天空漫射光）
• 使用与 sDA 相同的分析网格
• 统计每个点直射光束照度达到 ≥ 1,000 lux 的小时数
• 若某点超过阈值的小时数达到 ≥ 250，则该点判定为不合格
• ASE = 不合格点的百分比

解读：

• ASE ≤ 3% — 眩光控制出色
• ASE 3-7% — 配备可调节遮阳装置时可接受
• ASE 7-10% — 勉强达标；需要自动遮阳装置
• ASE > 10% — 未达到 LEED 要求；可能造成视觉不适；应重新设计窗户或遮阳装置

关键： 可通过加装外部遮阳装置来降低 ASE，而不影响 sDA。这类装置能阻挡直射阳光，同时允许天空漫射光进入。

1.4 有效采光照度（UDI）

UDI 将每个分析点的日光照度划分为四个区间，并按全年逐小时进行评估。

区间：

• UDI-f（不足）：< 100 lux — 日光不足；需要电灯照明
• UDI-s（补充）：100-300 lux — 有用，但可能需要电灯补充照明
• UDI-a（自主）：300-3,000 lux — 理想范围；日光充足，无眩光风险
• UDI-e（过量）：> 3,000 lux — 可能存在眩光和过热风险

目标：

• 尽可能提高 UDI-a（300-3,000 lux）：目标是至少 50% 的地面面积在至少 50% 的有人使用时段内达到该范围
• 尽可能降低 UDI-e：目标是周边区域内低于 5% 的有人使用时段出现该情况
• UDI-f + UDI-s 表示对电灯照明的依赖程度

相较于 DF 的优势： 因地制宜，考虑朝向，可捕捉日光不足和过量的情况，并具备全年时间分辨率。

1.5 日光眩光概率（DGP）

DGP 是一种基于亮度的指标，用于预测特定视点出现眩光的概率。它通过 Evalglare（Radiance 的一部分）根据高动态范围（HDR）亮度图计算得出。

分类：

• DGP < 0.35（35%）— 无法察觉眩光（最佳实践目标）
• DGP 0.35-0.40 — 可察觉眩光
• DGP 0.40-0.45 — 令人不适的眩光
• DGP > 0.45 — 无法忍受的眩光

简化 DGP（DGPs）： 基于垂直眼部照度的近似公式：DGPs = 6.22 × 10⁻⁵ × E_v + 0.184（其中 E_v = 眼部垂直照度，单位为 lux）。适用于 DGP < 0.45 的情况。

1.6 其他指标

• 日光自主率（DA）： 单个点从日光获得 ≥ 目标照度的有人使用时段百分比。它是 sDA 的点位前身指标。
• 连续日光自主率（cDA）： 对低于阈值的数值给予部分计分（例如，目标为 300 lux 时，200 lux 计为 200/300 = 0.67）。
• 平均采光系数： 分析网格中按面积加权的 DF 平均值。
• 垂直照度（E_v）： 眼睛高度处垂直平面上的照度；对昼夜节律刺激至关重要（早晨时段眼睛高度处的目标值为 ≥ 250 褪黑素 lux）。
• 视野因子： 从某一点可见天空的立体角；与 DF 密切相关。

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第 2 节：采光策略

2.1 侧向采光（窗户设计）

最常见的采光策略。日光通过外墙上的垂直开口进入室内。

关键参数：

• 窗顶高度（H_w）： 决定日光的穿透深度。有效采光区域深度 = 窗顶高度的 1.5 至 2.5 倍。经验法则：侧向采光房间取 2.0× H_w。
• 窗墙比（WWR）： 玻璃总面积 / 外墙总面积。典型范围：节能优化设计为 25-40%；优先采光设计为 40-60%；> 60% 时需要使用高性能玻璃和遮阳设施。
• 窗台高度： 观景窗通常为 0.8-1.0 m；坐姿使用者适用较低窗台（0.3-0.5 m）；高侧窗适用较高窗台（1.5-2.1 m）。
• 平面进深限制： 充分侧向采光的最大房间进深 = 2.5 × H_w。超过此范围后，DF 会低于 1%，电气照明将成为主要照明方式。

按朝向划分的 WWR（温带气候，北纬 40-55°）：

• 北向：30-50% WWR（漫射光、太阳得热低、眩光小）
• 南向：25-40% WWR（可通过水平挑檐控制，冬季得热高）
• 东向：20-30% WWR（早晨有眩光风险，难以遮阳）
• 西向：15-25% WWR（下午眩光和过热，最难遮阳的朝向）

DF 提升： WWR 每增加 10%，平均 DF 约增加 0.5-1.0%（WWR 超过 50% 后，由于室内表面反射率的限制，收益递减）。

成本： 标准窗组件 $300-800/m²；高性能三层玻璃 $600-1,200/m²。

最适用场景： 所有建筑类型；普遍适用。

2.2 顶部采光

光线通过屋顶开口进入室内。单位开口面积的采光效率最高可达侧向采光的 3 倍，因为光线从正上方射入。

类型：

天窗：

• 水平或略微倾斜（倾斜 5-15° 以便排水）
• 开口面积：占地板面积的 3-5%，可使天窗下方的 DF ≈ 2-4%
• 风险：天窗正下方过热和亮度过高；使用漫射玻璃或挡板
• 适用玻璃：半透明聚碳酸酯、乳白玻璃、棱镜扩散器、气凝胶填充板

采光屋顶（高侧窗）：

• 在抬高的屋顶部分安装垂直或接近垂直的玻璃
• 可朝北布置，以获得无眩光的漫射光
• 适用于进深较大的单层建筑（工厂、美术馆、工作室）
• 光线投射深度：采光屋顶高度的 1.0-1.5 倍

锯齿形屋顶：

• 重复的非对称屋顶轮廓，配有朝北玻璃（南半球朝南）
• 为大面积楼板提供均匀照明
• 最佳坡度：玻璃面为 30-45°；不透明面为 15-25°
• 可实现的 DF：均匀达到 3-6%
• 经典工业建筑形式；如今在现代学校和办公室中重新兴起

采光井：

• 从屋顶延伸至较低楼层的垂直竖井
• W:H 比 ≥ 1:3，才能在底部获得合理照度（底部 DF ≈ 0.5-1.0%）
• 必须采用反射性内衬（白色涂料 ρ ≥ 0.85，或镜面 ρ ≥ 0.92）
• 可与中庭结合，为多层建筑输送光线

成本： 天窗 $400-1,500/m²；采光屋顶比标准屋顶高 +15-25%；锯齿形屋顶高 +20-35%。

最适用场景： 单层建筑、多层建筑的顶层、美术馆、工业建筑、零售空间。

2.3 中庭采光

中庭可作为室内日光分配器，为进深较大的多层建筑引入自然光。

设计参数：

• 采光井指数（WI）： WI = H × (W + L) / (2 × W × L)，其中 H = 中庭高度，W = 宽度，L = 长度。WI 越低，底部采光越好。
• 目标： WI ≤ 2.0 时，底层 DF ≥ 2%；WI ≤ 1.5 时，DF ≥ 3%
• 长宽比： 宽度与高度之比至少为 1:3；1:2 较理想；1:1 最理想，但占用面积较大
• 表面反射率： 中庭墙面 ρ ≥ 0.6（白色：0.7-0.85）；地面 ρ ≥ 0.3
• 屋顶玻璃： 透明或压花玻璃；ETFE 气枕；设置可开启通风口

借光： 面向中庭的房间可从中庭空间获得侧向采光。面向中庭的玻璃墙至关重要。

案例： 福特基金会总部（Roche Dinkeloo）、布拉德伯里大楼（Wyman）、国家美术馆东馆（Pei）、荷兰国立博物馆中庭（Cruz y Ortiz）。

成本： 中庭建造成本比同等实心楼面面积高 20-40%；长期照明节能可达 30-50%。

2.4 光棚

安装在窗户中部或附近的水平反光构件，将窗户分为下部视野区和上部采光区。

设计规则：

• 安装高度：距地面 2.0-2.4 m（高于坐姿人员的视线）
• 光棚深度（外侧）：0.6-1.2 m（向室内的有效投射距离 = 光棚外侧深度的 1.5-2.0 倍）
• 光棚深度（内侧）：0.3-0.8 m（用于二次光线分配）
• 光棚表面：高反射率（ρ ≥ 0.85）；镜面铝、白色涂漆金属
• 光棚上方玻璃：透明或浅色调（最大限度提高 VLT）
• 光棚下方玻璃：可采用有色玻璃、压花玻璃或百叶帘控制眩光

性能：

• 将房间深处的 DF 提高 0.5-1.5%
• 将均匀度比提高 30-60%
• 将近窗处过高的 DF 降低 10-20%
• 对朝南立面（北半球）效果最佳，朝向在正南 ±30° 以内
• 对朝北立面效果有限（天空散射光无法通过光棚重新导向直射光束）
• 在纬度 > 55° 的地区效果降低（低太阳高度角会使阳光绕过光棚）

成本： 安装后每延米 $200-600。

最适用场所： 办公室、学校、图书馆——任何需要在进深范围内获得均匀日光的空间。

2.5 高侧窗

设置在相邻低屋面区域上方或隔墙上方的高位玻璃带。无需占用视线高度的墙面面积，即可将光线引入楼面深处。

设计规则：

• 窗顶高度：距地面 3.0-5.0 m，以实现有效的光线深入
• 光线投射距离：高侧窗窗顶高度的 1.5-2.5 倍
• 朝向：朝北可获得散射光；朝南时搭配挑檐以控制直射光
• 可与光棚或反光天花板结合使用

性能： 房间后部区域的 DF 可提高 1.0-2.5%；均匀度出色。

最适用场所： 教堂、美术馆、双层高空间、错层建筑。

2.6 导光管与管状采光装置（TDD）

通过圆形或矩形管道，将日光从屋顶集光器输送至无法直接接触立面的室内空间。

组成部分： 屋顶穹顶集光器 → 高反射率管壁内衬（ρ ≥ 0.98，采用 3M Silverlux 或类似镜面薄膜）→ 天花板漫射器。

性能：

• 管道直径：住宅用 250-600 mm；商业用 600-1,200 mm
• 有效管道长度：刚性管道最长可达 6 m；带弯头时最长可达 12 m（每个 30° 弯头约损失 10% 的光通量）
• 晴空条件下，350 mm 管道可在漫射器处提供 200-600 lux
• DF 等效值：每根管道可覆盖 5-8 m² 地面面积，提供 0.5-1.5% 的 DF

成本： 安装后每套 $500-2,000（住宅）；$1,500-5,000（商业）。

最适用场所： 需要符合规范的自然采光的室内浴室、走廊、楼梯间和储藏区。

2.7 借光

通过内部玻璃隔断、过梁窗、门上亮窗或玻璃门，将采光良好空间的日光引入相邻的较暗空间。

设计规则：

• 内部玻璃面积：至少为隔断面积的 15-25%，才能产生显著效果
• 玻璃类型：透明浮法玻璃；如需兼顾隐私和透光，可采用酸蚀玻璃
• 门上过梁窗：高 300-600 mm 的条形窗
• 门侧窗：宽 200-400 mm

**性能：**可使受光空间的 DF 增加 0.3-1.0%（取决于光源空间的照度）。

**适用场景：**走廊、内部办公室、面向走廊的酒店客房、学校交通空间。

2.8 采光井与庭院

通过竖向空腔或开放式庭院，将日光引入进深较大的建筑底层。

设计规则：

• **采光井：**封闭式，通常较窄（要在底部获得可用采光，W:H 至少为 1:3）
• **庭院：**开放式，较宽（W:H 至少为 1:2，才能营造舒适的小气候并获得良好采光）
• 底部照度：W:H = 1:2 时，庭院地面 DF 约为 3-5%；W:H = 1:4 时，DF 约为 0.5-1.5%
• 与砖墙相比，白色涂装墙面可使底部照度提高 40-70%

**典范案例：**伊斯兰庭院住宅（非斯、马拉喀什）、巴塞罗那扩展区采光井、Louis Kahn 的 Salk Institute、Renzo Piano 的 Fondation Beyeler 庭院。

2.9 反光天花板与外扩窗洞口

**反光天花板：**白色或金属天花板（ρ ≥ 0.8）可将窗户反射向下的光线重新导向，使其深入室内。弧形天花板可聚焦光线。Kahn 的 Kimbell Art Museum 采用摆线拱顶，使反射光线均匀分布。

**外扩窗洞口：**窗侧壁以 15-30° 向外倾斜，以扩大可见天空角度并引入更多光线。可使 SC 提高 5-15%。这种做法常见于厚墙建筑（砌体厚度 600 mm 以上）。

2.10 自动百叶与动态玻璃

自动百叶：

• 外置卷帘、百叶窗或织物遮阳帘
• 由太阳辐射、照度和人员占用情况传感器驱动
• 响应时间：电动系统小于 60 秒
• 最适用于东、西立面（太阳位置变化迅速）

动态玻璃（电致变色）：

• 可变色调：VLT 范围为 2-60%（例如 SageGlass、View Smart Glass）
• 全程变色时间：7-20 分钟
• 功耗：小于 5 W/m²
• 无需机械百叶
• 成本：$500-1,200/m²（为静态玻璃的 2-3 倍）
• 完全变色时可将 ASE 降至接近零，同时保持视线通透

**热致变色玻璃：**温度升高时可自行变色（被动式，无需供电）。VLT 范围有限，仍属新兴技术。

**适用场景：**高端办公室、医疗设施、幕墙立面、机场。

2.11 棱镜玻璃与日光导向膜

采用激光切割板、棱镜膜或微结构玻璃，通过折射或引导，将日光向上送至天花板。

**性能：**可将低角度冬季阳光引至室内深处，同时遮挡高角度夏季阳光。可使室内深处的 DF 增加 0.5-1.5%。在改造项目中可替代采光搁板。

2.12 光纤采光

安装于屋顶的太阳能聚光器（抛物面碟形装置或菲涅耳透镜）将阳光聚焦到光纤电缆，再输送至室内空间。

**性能：**集光器处照度最高可达 50,000 lux；在 10-15 m 电缆长度下，输送效率为 50-70%；终端灯具处照度为 500-1,500 lux。适用于高价值室内空间（手术室、地下空间）等特定场景。

2.13 无日光损失系统

集成于窗体组件中的复合抛物面聚光器（CPC）可收集来自广阔天空角度的漫射光，并将其水平引入室内深处。

**性能：**与标准窗户相比，可使后部区域照度提高 2-4 倍。由洛桑 EPFL 研发。在高纬度地区（> 45°N）效果显著，因为低角度漫射光占主导。

2.14 用于采光的双层幕墙

内外层之间的空腔可容纳可调百叶帘或反射百叶，以重新分配光线，同时控制热增益。光线可反射到天花板，深入室内。典型空腔深度：0.3-1.2 m。

2.15 半透明保温材料与漫射材料

半透明保温材料（TIM）、气凝胶板（透光率 40-60%，U 值 0.5-0.7 W/m²K）、槽型玻璃（Profilit）、聚碳酸酯多层板。这些材料可提供漫射且无眩光的光线，同时保持热工性能。适用于北向立面、楼梯间、体育馆。

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第 3 节：太阳几何与遮阳

3.1 太阳位置

太阳的位置由两个角度确定：

• 太阳高度角（α）： 地平线以上的角度（地平线处为 0°，天顶处为 90°）
• 太阳方位角（γ）： 沿地平线从正南方向量起的角度（北半球约定：0° = 南，+90° = 西，-90° = 东）

关键太阳事件：

• 夏至（6 月 21 日，北半球）：太阳高度角最大，白昼最长
• 冬至（12 月 21 日）：太阳高度角最小，白昼最短
• 春分与秋分（3 月 21 日、9 月 21 日）：日出正东，日落正西；太阳正午高度角 = 90° - 纬度

不同纬度的太阳正午高度角（春分与秋分）：

纬度	春分与秋分正午高度角	夏至正午高度角	冬至正午高度角
0°（赤道）	90.0°	66.5°	66.5°
15°	75.0°	81.5°	51.5°
30°	60.0°	83.5°	36.5°
45°	45.0°	68.5°	21.5°
60°	30.0°	53.5°	6.5°

公式： 正午太阳高度角 = 90° - |纬度 - 太阳赤纬| 太阳赤纬：夏至时为 +23.45°，冬至时为 -23.45°，春分与秋分时为 0°。

3.2 遮阳装置类型

水平挑檐：

• 对南向立面（北半球）最有效
• 遮挡夏季高角度阳光，同时允许冬季低角度阳光进入
• 挑檐深度公式：D = H × tan(90° - α_cutoff)，其中 H = 挑檐到窗台的距离，α_cutoff = 需要遮挡的太阳高度角
• 简化公式：D = H / tan(α_cutoff)
• 按夏至正午太阳高度角进行设计；在春分与秋分时验证局部遮阳效果

垂直翼墙：

• 对东向和西向立面最有效
• 遮挡早晨（东向）和下午（西向）的低角度斜射阳光
• 翼墙间距与深度之比：S/D = tan(从立面法线量起的遮挡方位角)
• 翼墙与立面垂线成 10-15° 角，可改善早晚的遮阳效果

蛋格式遮阳（水平与垂直组合）：

• 适用于各种朝向，尤其适用于东南向和西南向
• 材料成本较高，但性能更优
• 常见于热带和亚热带气候地区

遮阳板（Brise-Soleil）：

• 水平或垂直叶片阵列，可固定或调节
• 叶片角度、间距和深度决定遮阳系数
• 勒·柯布西耶的标志性设计元素（昌迪加尔、马赛）

外置百叶帘：

• 安装在建筑外侧的可调水平叶片
• 效果最佳的可操作式遮阳系统（关闭时可阻挡 85-95% 的太阳热增益）
• 抗风等级为 65-100 km/h；大风时自动收回
• 在中欧（德国、奥地利、瑞士）较为常见

穿孔屏风与马什拉比亚：

• 带有图案化孔洞的实心屏风，可过滤光线并提供私密性
• 穿孔率为 20-50%（穿孔率越低，遮阳越强，视野越受限）
• 源自传统伊斯兰建筑；让·努维尔在当代建筑中的重新诠释（阿布扎比卢浮宫、阿拉伯世界研究所）
• 动态马什拉比亚：电动旋转构件可根据太阳位置作出响应

3.3 遮阳设计规则

按纬度确定挑檐尺寸（北半球，朝南）：

纬度	夏至正午太阳高度角	完全遮挡夏季阳光的挑檐比例（D/H）
25°	88.5°	0.03
30°	83.5°	0.11
35°	78.5°	0.20
40°	73.5°	0.30
45°	68.5°	0.39
50°	63.5°	0.50
55°	58.5°	0.61

遮阳系数（SC）： 与参考单片透明玻璃相比，透过窗户系统的太阳辐射比例（SC = 1.0）。现代系统的目标值为 0.2-0.5。

太阳得热系数（SHGC）： 总太阳得热量（透射 + 向内再辐射）占入射辐射的比例。SHGC = SC × 0.87。典型目标值：制冷主导气候为 SHGC 0.25-0.40；采暖主导气候为 SHGC 0.40-0.60。

截止角： 挑檐完全遮挡下方窗户时的太阳高度角。设计时应以过热关键日期的太阳高度角为准（北半球通常为 8 月 1 日，以考虑夏至后的热滞后）。

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第 4 节：眩光控制

4.1 建筑中的眩光来源

• 直射阳光： 亮度最高的光源（约 1.6 × 10⁹ cd/m²）；即使视野中只有 0.1% 的太阳圆面，也会造成严重眩光
• 明亮天空： 晴天天空亮度为 5,000-15,000 cd/m²；阴天天空为 2,000-8,000 cd/m²
• 镜面反射： 阳光从光滑表面反射（抛光地板、玻璃桌面、屏幕）
• 高亮度表面： 阳光照射的白墙（5,000-10,000 cd/m²）、灯具

4.2 眩光指标

日光眩光概率（DGP）： 主要指标。使用 Evalglare 根据 HDR 亮度图像计算。

DGP 范围	分类	所需措施
< 0.35	无法察觉	无 — 最佳实践目标
0.35-0.40	可察觉	对大多数任务而言可以接受
0.40-0.45	令人不适	需要遮阳或重新设计
> 0.45	无法忍受	需要立即干预

日光眩光指数（DGI）： 较早的指标（Hopkinson）。DGI < 22 表示办公环境可接受。现已大多被 DGP 取代。

统一眩光值（UGR）： 仅用于电气照明眩光（不适用于日光）。办公室 UGR < 19；精细制图 UGR < 16。

亮度比（建议值）：

• 作业区域与紧邻周边：≤ 3:1
• 作业区域与远处周边：≤ 10:1
• 窗户与相邻墙面：≤ 20:1（最好 ≤ 10:1）
• 视野中的最高亮度：短暂暴露时 ≤ 25,000 cd/m²

4.3 眩光控制策略

按有效性排序（从高到低）：

1. 外部遮阳装置 — 在太阳辐射进入建筑前将其拦截。最有效的策略。可将 DGP 降低 0.20-0.35。
2. 建筑朝向 — 尽量减少东西向玻璃；优先采用南北向。无需额外成本；必须在总体规划阶段确定。
3. 窗户位置和尺寸 — 避免将窗户直接设置在坐姿使用者的视线方向上。将工作站设置为与窗户垂直。
4. 玻璃选择 — 采用低 VLT 玻璃、太阳能控制涂层、压花玻璃。可将 DGP 降低 0.05-0.15。
5. 光搁板和百叶 — 将直射阳光向上引导，避开使用者的视线。
6. 室内百叶帘 — 卷帘、百叶帘、垂直帘。对于太阳眩光，效果最差（热量已经进入室内）。可将 DGP 降低 0.10-0.20，但也可能显著减少有用日光。
7. 办公室屏幕摆放 — 使屏幕朝向与窗户平行；使用哑光屏幕表面。

屏幕朝向规则： 在侧面采光的办公室中，电脑屏幕应朝向与窗户墙面平行（使用者坐姿与窗户垂直）。切勿让屏幕正对明亮的窗户（屏幕画面会发白），也不要让使用者面朝窗户（屏幕后方的直射眩光）。

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第 5 节：人工照明集成

5.1 照明分区

建筑按日光响应划分为不同区域，用于控制电照明：

• 周边采光区（Zone 1）： 距离窗墙 0-4.5 m（0-15 ft）。日光充足；在 50-80% 的有人时段内，电照明可调暗或关闭。
• 过渡区（Zone 2）： 距离窗墙 4.5-7.5 m（15-25 ft）。日光适中；40-60% 的时段需要电照明补充。
• 核心区（Zone 3）： 距离窗墙 > 7.5 m（> 25 ft）。日光贡献极少；电照明提供主要照明。顶部采光可将采光区延伸至核心区。

5.2 日光联动调光（光电控制）

类型：

• 连续调光： 从 100% 到 1-10% 输出平滑调节。能效最高，也最受使用者青睐。
• 分级调光： 离散调节档位（例如 100%、66%、33%、关闭）。成本较低，但切换时可感知。
• 开关控制： 根据日光阈值开关。最不受使用者青睐。

传感器类型：

• 开环（外部）： 屋顶光传感器测量室外照度；不接收室内环境反馈。简单但精度较低。
• 闭环（内部）： 安装在天花板上的光传感器测量工作面照度；调节电照明以维持目标照度。具有自校正功能。更适合满足 LEED 要求。

调试： 必须在现场调试传感器。校准至目标照度（例如，桌面照度为 300-500 lux）。灵敏度和设定点调整至关重要。常见故障模式：传感器瞄准不当，读取的是天花板反射光，而非工作面照度。

节能效果： 周边区域采用日光联动调光，可节省 40-60% 的照明能耗。投资回收期：2-5 年。

5.3 昼夜节律照明

通过全天调节光谱和强度来支持人体昼夜节律的照明。

关键概念：

• 黑视素照度（Melanopic Lux）： 根据内在光敏视网膜神经节细胞（ipRGC）的敏感度（峰值约为 480 nm，蓝青色）加权的照度。由 CIE S 026 定义。
• 黑视素/明视觉比（M/P）： M/P 比值越高，单位视觉照度所产生的昼夜节律刺激越强。日光 M/P ≈ 1.0-1.1；暖白 LED（2700K）M/P ≈ 0.45；冷白 LED（6500K）M/P ≈ 0.9。

目标（WELL Building Standard v2）：

• 在眼部高度达到 ≥ 250 黑视素等效日光照度（M-EDI），每天持续 ≥ 4 小时（上午 9 点至下午 1 点之间）
• 有人使用的空间：可调色温范围为 2700-6500K

可调白光 LED：

• 上午（7-10 点）：高色温（5000-6500K），高照度（眼部 300-500 lux）
• 中午（10 点-下午 2 点）：中高色温（4000-5000K）
• 下午（2-5 点）：中色温（3500-4000K）
• 晚间（下午 5 点后）：低色温（2700-3000K），降低照度（眼部 < 200 lux）

5.4 照明功率密度（LPD）目标

ASHRAE 90.1-2019（建筑面积法）：

空间类型	LPD（W/m²）	LPD（W/ft²）
办公室	9.8	0.91
零售 — 一般	11.8	1.10
医院/医疗保健	9.7	0.90
学校/教室	10.2	0.95
酒店/汽车旅馆 — 客房	7.5	0.70
仓库	6.1	0.57
制造业	11.2	1.04
图书馆	10.6	0.99
博物馆	10.1	0.94
宗教建筑	9.5	0.88
餐厅	9.8	0.91
停车库	2.3	0.21

Title 24（加利福尼亚州）： 通常比 ASHRAE 90.1 严格 10-20%。

被动房 / 超低能耗： 所有空间的目标均为 < 5.0 W/m²，使用高光效 LED（> 130 lm/W）。

5.5 应急照明

要求（IBC、BS 5266、EN 1838）：

• 最低照度：疏散路线地面高度处为 1 lux
• 开阔区域：最低 0.5 lux
• 高风险作业区域：正常照度的 10% 或 15 lux（取较大值）
• 持续时间：1-3 小时（视建筑而定；集会场所通常为 3 小时）
• 使用备用电池或由发电机供电的电路
• 每月进行功能测试；每年进行全时长测试

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第 6 节：采光设计流程

6.1 八步采光设计工作流

步骤 1：确定性能目标 根据建筑类型、认证目标和使用者需求定义采光指标目标：

• 住宅：依据 BS EN 17037 或当地规范制定 DF 目标
• 办公室/LEED：sDA300/50% ≥ 55%，ASE1000,250 ≤ 10%
• BREEAM：HEA 01 视觉舒适度得分（采光因子或 CBDM 路径）
• WELL：Feature L03 昼夜节律照明设计（黑视素目标）

步骤 2：确定建筑和窗墙朝向

• 沿东西轴线延展建筑（长立面朝北、朝南）
• 尽量减少东、西向玻璃（最难遮阳，也最容易产生眩光）
• 将主要使用空间布置在南立面（便于控制太阳光照射）
• 将服务空间（楼梯、卫生间、储藏室）布置在东、西侧，或作为缓冲区

步骤 3：确定窗户尺寸（按朝向设定 WWR） 采用初始 WWR 估算值：

• 南向：30-40%，配合水平遮阳
• 北向：35-50%（北半球无需遮阳）
• 东向：20-30%，配合垂直遮阳翼
• 西向：15-25%，配合垂直遮阳翼或深窗洞 根据进深、层高和室内表面反射率进行调整。

步骤 4：设计遮阳装置

• 根据纬度和遮光角计算挑檐深度
• 按朝向选择遮阳类型（南向采用水平遮阳，东、西向采用垂直遮阳，转角处采用格栅式遮阳）
• 针对关键过热日期进行设计（而非夏至或冬至——需考虑 4-6 周的热滞后）
• 与立面建筑设计及维护通道相结合

步骤 5：选择玻璃 平衡可见光透射率（VLT）和太阳得热系数（SHGC）：

• 北立面采用高 VLT（> 0.65）
• 南向配合遮阳时采用中等 VLT（0.45-0.65）和低 SHGC（< 0.35）
• 无遮阳的东、西向采用低 VLT（0.30-0.45）（或使用动态玻璃）
• 双层或三层玻璃：U 值分别为 1.0-1.6 W/m²K（双层）和 0.5-0.8 W/m²K（三层）

步骤 6：模拟

• 工具： Radiance（行业标准光线追踪器）、Daysim（全年采光）、DIVA-for-Rhino、Ladybug/Honeybee（基于 Grasshopper）、ClimateStudio、Sefaira、Velux Daylight Visualizer
• 方法： 使用 TMY/EPW 天气文件进行基于气候的采光建模（CBDM）
• 网格： 在工作面高度布置分析点（办公室 0.76 m，住宅 0.85 m），间距 ≤ 0.5 m
• 输出： sDA、ASE、UDI、DF 分布图，关键视点的 DGP，以及全年照度曲线

步骤 7：优化 迭代优化：

• 调整 WWR、玻璃 VLT、遮阳深度和角度
• 测试替代策略（光棚、反射式天花板、导光管）
• 平衡 sDA（提高）与 ASE（降低）——两者往往相互冲突
• 检查关键视点和时段的眩光（DGP）
• 验证整个楼面的均匀度

步骤 8：整合电气照明

• 划分采光区域（周边、过渡区、核心区）
• 为各区域指定与日光联动的调光控制
• 根据补充照明需求确定灯具规格（而非按满功率设计）
• 计算混合照明能耗（日光照明时段 + 电气照明时段）
• 指定符合昼夜节律的 CCT 计划

6.2 常见设计错误

1. 窗户过大且没有遮阳——sDA 高，但 ASE > 10%；引发眩光投诉和过热
2. 深进深空间只依靠侧窗采光——距立面 8 m 以外的 DF 会降至 0.5% 以下
3. 室内饰面颜色过暗——天花板反射率 < 0.7 会显著降低 IRC；DF 会下降 20-40%
4. 忽略家具和隔断——入住后实际采光低于模拟预测值
5. 假定只需北向采光——仅适用于温带地区的狭长平面建筑
6. 混淆 DF 与 sDA——DF 是静态天空条件指标，sDA 是全年动态指标，两者不能直接比较
7. 忽略维护——玻璃变脏会使 VLT 损失 10-30%；外部遮阳装置需预留清洁通道
8. 控制系统调试不足——日光传感器安装后从未校准；即使日光充足，灯具仍以满功率运行

6.3 推荐表面反射率

表面	最低 ρ	推荐 ρ	备注
天花板	0.70	0.80-0.90	白色涂料或瓷砖
墙面（上部）	0.50	0.60-0.80	浅色
墙面（下部／墙裙）	0.30	0.40-0.60	略深的颜色也可以接受
地板	0.20	0.30-0.40	地毯的反射率为 0.10-0.20 时会有问题
家具（桌子）	0.30	0.40-0.50	采用哑光饰面，避免幕帘反射
窗洞侧壁	0.60	0.70-0.85	白色的斜向窗洞侧壁效果最佳
室外地面	0.15	0.20-0.30	草地为 0.20；混凝土为 0.25-0.35；雪地为 0.70

6.4 玻璃选型速查表

玻璃类型	VLT	SHGC	U 值 (W/m²K)	应用
单层透明玻璃	0.87	0.86	5.8	遗产建筑；仅适用于温和气候
双层透明玻璃（空气）	0.79	0.70	2.8	基本型住宅
双层低辐射玻璃（氩气）	0.70	0.37	1.3	标准商业建筑
三层低辐射玻璃（氩气）	0.60	0.30	0.7	被动式房屋
三层低辐射玻璃（氪气）	0.62	0.28	0.5	超低能耗建筑
双层太阳能控制玻璃	0.42	0.25	1.4	炎热气候、西立面
电致变色玻璃（着色）	0.02-0.60	0.09-0.41	1.3-1.7	自适应立面
半透明气凝胶玻璃	0.40-0.60	0.30-0.45	0.5-0.7	漫射光、高保温性

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第 7 节：速查表——采光经验法则

1. 侧向采光的有效采光区深度 = 2.0 × 窗顶高度
2. 顶部采光开口面积 = 地板面积的 3-5%，可实现约 2-4% 的 DF
3. 房间表面的最低反射率：天花板 0.80、墙面 0.50、地板 0.20
4. 兼顾能耗与采光的 WWR 最佳范围：25-40%
5. 光棚的有效投射距离 = 室外光棚深度的 1.5-2.0 倍
6. 夏季完全遮阳所需的挑檐深度：D = H / tan（截止时的太阳高度角）
7. sDA 与 ASE 负相关：应同时优化二者
8. 与日光联动的调光可节省周边区域 40-60% 的照明能耗
9. 在其他条件不变时，VLT 每提高 10%，sDA 约增加 5%
10. 与浅色地板（ρ 0.3-0.4）相比，深色地板（ρ < 0.2）会使 DF 降低 10-15%
11. 在 10,000 lux 的阴天照度下，1% DF ≈ 100 lux
12. 为使庭院底部获得适宜居住的采光，庭院宽高比应 ≥ 1:2
13. 高侧窗的光线投射距离 = 工作面以上高侧窗顶高度的 1.5-2.5 倍
14. 昼夜节律刺激要求眼平面处的黑视素 EDI ≥ 250，且每天持续 ≥ 4 小时
15. 光导管每处 30° 弯折约损失 10% 的光通量