基于全年动态光环境模拟条件的穿孔金属表皮参数对室内天然光环境效果的影响

刘宇波,刘彬艳,邓巧明

(华南理工大学建筑学院，广东 广州 510640)

引言

穿孔金属表皮是在金属表皮的基础上发展而来，经穿孔、冲孔、编织、焊接、拉伸等工艺，形成具有孔洞的金属表皮材料，常与其他表皮组合形成复合表皮用于各个类型的建筑之中，如教育建筑、博物馆、办公楼、住宅等，如图1所示。

图1 穿孔金属表皮案例照片Fig.1 Photo of buildings with perforated metal skin

设计师常出于形式的考虑对穿孔金属表皮孔径和孔隙率进行选择，忽略了穿孔金属表皮本身在隔热和采光方面的潜力，如图2所示。过小过密的孔洞，遮阳效果越好，但是室内自然光效果势必会不佳；而孔洞过大，又会造成直射光进入室内，遮阳效果不佳。本文主要结合国际上新的动态采光指标，研究穿孔金属表皮的设计参数如穿孔率和孔径的变化对建筑空间天然采光效果方面的影响(图3)。

图2 穿孔金属表皮在隔热和采光方面的潜力Fig.2 The potential of the perforated metal skin for heat insulation and lighting

图3 穿孔金属表皮构造大样Fig.3 Structural details of perforated metal skin

我国目前的采光标准《建筑采光设计标准》中以采光系数DF来制定，但是DF是有很多缺陷的，仅表示全阴天情况下的静态采光指标，不能反映地域性光气候特征、立面朝向等[1]。国外新发展起来的动态自然光评价标准UDI(有效全自然采光时间百分比)，是由Nabil和Mardaljevic提出的概念来取代现有规范标准中单一值方法[2]。sDA300/50%用来表示空间所有照度计算点中有多少百分比的计算点在一年中(指空间占有时间，按一天10 h计，即1 825 h)可以超过50%的时间仅在自然光照射下就达到300 lx[3]。该指标是2007年由北美照明工程学会(IESNA)发起，在美国多家知名研究机构和高校的研究人员的共同努力下，历经6年的时间开发而成[4]。……