厂房的天然采光

16.3.2　厂房的天然采光

白天，厂房室内通过窗口取得天然光线进行照明的方式称为天然采光。由于天然光线质量好，又不耗费电能，因此单层厂房大多采用天然采光。当天然采光不能满足要求时，才辅以人工照明。厂房的采光设计就是根据室内生产对光的要求来确定窗口的大小、形式及其布置，保证室内采光强度和均匀度，以及避免眩光。厂房采光面积的多少，应根据不同生产情况对采光的要求，按采光系数的标准值进行计算。

厂房采光的效果直接关系到生产效率、产品质量以及工人的劳动卫生条件，厂房采光是衡量厂房建筑质量标准的一个重要因素。因此，厂房开窗面积不能太小，太小了会使室内光线太暗，影响工人生产操作和交通运输，从而降低产品质量和工人劳动效率，甚至易发生工伤事故。但盲目加大开窗面积也会带来许多害处，过大的窗户面积会使夏季太阳的辐射热大量进入车间，冬季又因散热面过大而增加采暖设施和采暖费用，同时也提高了建筑造价。因此，必须根据生产性质对采光的不同要求，进行采光设计，确定窗的大小，选择窗的形式，进行窗的布置。使室内获得良好的采光条件。

1.天然采光的基本要求

(1)满足采光系数最低值的要求

室内工作面上应有一定的光线，光线的强弱是用照度来衡量的。照度表示单位面积上所接受的光通量^[1]的多少，其单位用勒克斯(Lx)表示。由于室外天然光线随时都在变化，以至室内的照度值也随着变化。因此，室内某点的采光情况不可能用这个不断变化的照度值来表示，而是以室内工作面上某一点直接或间接接受天空漫射光所形成的照度，与同一时间露天场地上天空漫射光照度的百分比来表示，这个比值称为室内某点的采光系数。这样，不管室外照度如何变化，室内某一点的采光系数是不变的。如图16-19所示，即

式中：C——室内某点的采光系数(%)；

　　　E_n——室内某点的照度(Lx)；

　　　E_w——同时刻室外露天地平面上的天空漫射光下的照度(Lx)。

图16-19　采光系数值的确定

我国颁发的《工业企业采光设计标准》(GB/T500033—2001)中，要求采光设计的光源以全阴天天空的扩散光作为标准。根据我国光气候特征和视觉试验，以及对实际情况的调查分析，将我国工业生产的视觉工作分为V级(参见表16-2)，提出了各级视觉工作要求的室内天然光照度最低值，并规定出各级采光系数最低值。在采光设计中，生产车间工作面上的采光系数最低值不应低于表16-2中所规定的数值，以保证车间内的良好视觉条件。

表16-2　视觉作业场所工作面上的采光系数标准

我国各地光气候差别较大，因此，《工业企业采光设计标准》中将我国划分为5个光气候区，采光设计时，各光气候区取不同的光气候系数K(详见《建设采光设计标准》)。表16-2中采光系数标准值都是以Ⅲ类光气候区为标准给出的。在其他光气候区，各类建筑的工作面上的采光系数标准值应为标准中给出的数值乘以相应的光气候系数所得到的数值。表16-3为工业建筑的生产厂房和工作场所采光等级举例。

表16-3　生产厂房和工作场所的采光等级举例

工作面上采光系数是否符合要求，应选择建筑物的典型剖面工作面上采光最不利点进行检验。工作面一般取距地面1m高的水平面，在横剖面上进行验算，连接各点采光系数值则形成采光曲线，采光曲线反映该剖面的采光情况，如图16-20所示。

图16-20　采光曲线示意图

(2)满足采光均匀度的要求

采光均匀度是指工作面上采光系数最低值与平均值的比值。要求工作面上各部分的照度比较接近，避免出现过于明亮或特别阴暗的地方，力求视觉舒适，降低视力疲劳。

(3)避免在工作区产生眩光

视野内出现比周围环境突出明亮而刺眼的光称为眩光。眩光使人的眼睛感到极不舒适或无法适应，影响视力和操作。因此，设计中应避免在工作区产生眩光。

2.采光口面积的确定

在实际设计工作中，通常根据厂房的采光、通风、立面设计等综合要求，先大致确定开窗的形式和窗口面积，然后根据厂房的采光要求进行校核，验算是否符合采光标准值。

采光计算的方法很多，由于一般厂房对采光要求不很精确，最简单的方法是利用《工业企业采光设计标准》中给出的窗地面积比的方法来估算开窗面积。计算窗地面积比是指窗洞口面积和室内地面面积的比值，利用窗地面积比可以简单地估算出采光窗口面积，如表16-4所示。

表16-4　采光窗地面积比

3.采光方式及布置

天然采光方式主要有侧面采光、顶部采光(天窗)、混合采光(侧窗+天窗)，如图16-21所示。在采光口面积相同的情况下，由于其所在的位置不同，采光的效果也是各不相同的。

图16-21　单层厂房天然采光方式示意图

(1)侧面采光

侧面采光分单侧采光和双侧采光两种情况。单侧采光的有效进深约为侧窗口上沿至地面高度的1.5～2.0倍，即单侧采光房间的进深一般不超过窗高的1.5～2.0倍为宜，单侧窗光线衰减情况如图16-22所示。如果厂房的宽高比很大，超过单侧采光所能解决的范围，则需要采用双侧采光或辅以人工照明等方式。

由于侧面采光的方向性强，所以布置侧窗时应避免出现遮挡的情况。在有吊车的厂房中，通常不在吊车梁处开设侧窗，而是将侧窗分上、下两层布置，上层称为高侧窗，下层称为低侧窗，如图16-23所示。

为不使吊车梁遮挡光线，高侧窗下沿距吊车梁顶面应有适当距离，一般取600mm左右为宜，如图16-23所示。低侧窗下沿，即窗台高，一般应略高于工作面的高度，工作面高度一般取800mm左右。沿侧墙纵向工作面上的光线分布情况同窗间墙的分布情况有关，窗间墙以等于或小于窗宽为宜。若沿墙工作面上要求光线均匀，可以减少窗间墙的宽度或取消窗间墙布置成水平带形窗。

(2)顶部采光

当厂房为连续多跨，中间跨无法通过侧窗进行采光，或侧墙上由于某些原因不能开设采光窗时，则可以在屋顶上开设采光天窗来解决厂房的天然采光问题。顶部采光容易使室内获得较均匀的光线，采光效率高于侧窗。但是，天窗的构造较复杂，造价也比侧窗高。

图16-22　单侧窗光线衰减示意图

图16-23　高低侧窗示意图

采光天窗有多种形式，常见的有矩形、梯形、三角形、M形、锯齿形以及下沉式、平天窗等，如图16-24所示。

最常用的是矩形天窗、锯齿形天窗、横向天窗、平天窗等几种形式。

①矩形天窗

矩形天窗是沿跨间纵向升起局部屋面，在高低屋面之间的垂直面上开设采光窗而形成的。矩形天窗的采光特点与侧窗采光相类似，具有中等照度。矩形天窗若朝南北方向开设，则室内光线均匀，直射光较少。由于玻璃面是垂直的，可以减少污染，易于防水，有一定的通风作用。但是，矩形天窗的构件类型多、结构复杂、自重大、造价高，而且增加了厂房高度，抗震性能也较差。矩形天窗厂房剖面布置如图16-25所示。

为了获得良好的采光效果，矩形天窗的宽度b与厂房跨度L的比值宜在之间，天窗的高宽比宜在0.3左右，不宜大于0.45，因为天窗过高对提高工作面照度的作用较小。两天窗的边缘距离L应大于相邻天窗高度之和的1.5倍，矩形天窗宽度与跨度的关系如图16-26所示。

②锯齿形天窗

锯齿形天窗是将厂房屋盖做成锯齿形，窗设于垂直面上(有时也做成稍倾斜的面)。对于一些生产工艺有特殊要求的工厂，如纺织厂、印染厂、精密仪器车间等，要求室内光线稳定、均匀，无直射光进入工作面，避免产生眩光，不增加空调设备的负荷。因此，厂房常常采用窗口向北的锯齿形天窗，锯齿形天窗的厂房剖面如图16-27所示。

图16-24　采光天窗的形式及布置示意图

锯齿形天窗厂房工作面不仅能得到从天窗透入的光线，而且还由于屋顶表面的反射增强了反射光。因此，锯齿形天窗采光效率比较高，在满足同样采光标准的前提下，锯齿形天窗比矩形天窗节省窗户面积30%左右。

图16-25　矩形天窗厂房剖面图

图16-26　矩形天窗宽度与跨度的关系图

图16-27　锯齿形天窗厂房剖面图(窗口向北)

③横向天窗

横向下沉式天窗是将相邻柱距的整跨屋面板上下交替布置在屋架的上、下弦上，利用屋面板位置的高差(即屋架上、下弦的高差)作采光口而形成的。当厂房受建设地段的限制不得不将厂房纵轴沿南北向布置时，为避免西晒，可以采用横向天窗布置。

横向天窗有两种形式：一种是突出于屋面；一种是下沉于屋面，即所谓横向下沉式天窗，如图16-28所示。

横向下沉式天窗布置灵活，可以根据使用要求每隔一个柱距或若干个柱距布置，其造价较矩形天窗低。当厂房为东西向时，横向下沉式天窗为南北向。因此，横向下沉式天窗多用于朝向为东西向的冷加工车间。同时，这类天窗的排气路线短捷，可以开设较大面积的通风口，通风量大。所以，这类天窗还适用于对采光、通风都有要求的热加工车间。其缺点是受屋架限制，窗扇形状不标准、构造复杂、厂房纵向刚度较差。

图16-28　横向下沉式天窗局部轴测投影图及纵剖面图

④平天窗

平天窗是在屋盖上直接设置水平采光口或接近水平的采光口而形成的。平天窗厂房剖面如图16-29所示。

图16-29　平天窗厂房剖面图

平天窗可以分为采光板、采光带和采光罩的形式。带形或板式平天窗一般是在屋面板上开洞，覆以透光材料而构成的。采光口面积较大时，则设三角形框架或锥形框架，窗玻璃斜置在框架上，采光带可以横向布置或纵向布置。采光罩是一种用有机玻璃、聚丙烯塑料或玻璃钢整体压铸的采光构件，有圆穹形、扁平穹形、方锥形等各种形状。采光罩一般分为固定式和开启式两种。开启式可以自然通风。采光罩的特点是重量轻，构造简单，布置灵活，防水可靠。

平天窗具有采光效率高(约为矩形天窗的2～2.5倍)，布置灵活、构造简单、施工方便、造价低等优点。其缺点是：在采暖地区，玻璃上容易结露；在炎热地区，通过平天窗透进大量的太阳辐射热；对于有太阳光直射的车间易产生眩光。此外，平天窗在少雨多尘地区容易积尘，使用若干年后采光效果会大大降低；以及平天窗一般不起通风作用等。平天窗在冷加工车间的设计中应用比较广泛。