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建标库官方博客
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正文
2019-08-15 08:55:05 | 分类:默认分类 | 标签:

 摘要:笔者针对位于第Ⅳ光气候区的武汉结合规范标准分别进行了方案阶段幼儿园建筑采光估算和施工图阶段选取满足规范规定的理想单元模型的幼儿园建筑进行了采光详细计算,通过计算的结果可以看出,就武汉而言不能简单的直接用《幼儿园建筑设计规范》规定的1:5.0窗地比来满足幼儿园建筑的采光要求,而需要根据各气候区进行换算。

对幼儿园的定性

   幼儿园属于什么建筑?由于幼儿园建筑服务的对象特殊奠定幼儿园是一个特殊的建筑,那么特殊在哪里呢?且听笔者娓娓道来。《民用建筑设计通则》(以下简称“通则”)对民用建筑的分类的规定“民用建筑按使用功能可分为居住建筑和公共建筑两大类”,那幼儿园建筑属于公共建筑还是居住建筑?《低能耗居住建筑节能设计标准》(以下简称“低能耗标准”)的条文说明1.0.2解释 “居住建筑,包括住宅、集体宿舍、住宅式公寓、商住楼的住宅部分、幼儿所幼儿园等”(不同气候区标准不同,大部分省市有自己的地方节能标准,标准太多,但大同小异,均将幼儿园建筑节能划归为居住建筑)。《民用建筑设计术语标准》(以下简称“术语标准”)第3.2.1条“教育建筑:供人们开展教学活动所使用的建筑物”和第3.2.2条“托儿所、幼儿园:供学龄前婴幼儿保育和教育的场所”。《无障碍设计规范》(以下简称“无障碍规范”)第8.3.1条“教育建筑进行无障碍设计的范围应包括托儿所、幼儿园建筑、中小学建筑,高等院校建筑、职业教育建筑、特殊教育建筑等”。《托儿所、幼儿园建筑设计规范》(以下简称“幼儿园规范”)条文说明5.1.1条“本条中关于采光系数最低值是参考了《中小学校设计规范GB 50099-2011中的相关规定。”《中国消防法》(以下简称“消防法”第七十三条“人员密集场所,是指公众聚集场所,医院的门诊楼、病房楼,学校的教学楼、图书馆、食堂和集体宿舍,养老院,福利院,托儿所,幼儿园”。   各位是不是有点迷糊了,笔者帮助理一理。笔者认为幼儿园这一特殊建筑就像现实中的名人一样,身兼数职,拥有多种头衔,包括公共建筑、居住建筑、教育建筑,人员密集场所等等,执行的时候根据所“出席”的场合分别选择对应的规范。

规范对采光的要求

采光系数最低值和窗地比

  

房间名称

采光系数最低值(%)

窗地面积比

活动室、寝室、乳儿室、多功能活动室

2.0

1:5.0

保健观察室

2.0

1:5.0

办公室、辅助房间

2.0

1:5.0

楼梯间、走廊

1.0

《托儿所、幼儿园建筑设计规范》 表5.1.1

   托儿所、幼儿园建筑采光应符合现行国家标准《建筑采光设计标准》GB 50033的有关规定。

《托儿所、幼儿园建筑设计规范》 5.1.2

   单侧采光的活动室进深不宜大于6.60m。

《托儿所、幼儿园建筑设计规范》 4.3.4

   教育建筑的普通教室的采光不应低于采光等级Ⅲ级的采光标准值,侧面采光的采光系数不应低于3.0%,室内天然光照度不应低于450lx。

《建筑采光设计标准》4.0.4(强条)

 

采光等级

场所名称

侧面采光

采光系数标准值(%

室内天然采光照度标准值(lx

专用教室、实验室、阶梯教室、教师办公室

3.0

450

走道、楼梯间、卫生间

1.0

150

 《建筑采光设计标准》表4.0.5

采光计算

   由于我国幅员辽阔,各个地区的光照度不尽相同,笔者不可能把每个光气候区的进行计算,如果那样的话基本上可以出一本书了。受篇幅限制,笔者仅以湖北武汉(第Ⅳ光气候区)为案例进行阐述。 

  一)、参数选取  

 1、光气候分区:根据光气候分区表(如表1)可以看出,武汉属于第Ⅳ光气候区。(节选)

光气候分区表(节选)表1

光气候区

省/直辖市

城市

光气候区

省/直辖市

城市

Ⅳ类

江苏

南京

Ⅳ类

海南

海口

徐州

湖北

武汉

河北

石家庄

麻城

河南

驻马店

湖南

长沙

信阳

郴州

南阳

常德

陕西

汉中

黑龙江

牡丹江

安康

佳木斯

西安

哈尔滨

浙江

杭州

福建

厦门

温州

福州

衢州

崇武

                  注:节选自《建筑采光设计标准》A.0.2

   2、采光标准值:依据《建筑采光设计标准》4.0.2(强条),“教育建筑的普通教室的采光不应低于采光等级Ⅲ级的采光标准值,侧面采光的采光系数不应低于3.0%,室内天然光照度不应低于450lx。”(如表2),采光等级Ⅲ级时,采光系数为3%,室内天然光照度标准值为450。
依据《幼儿园规范》5.1.1条,活动室、寝室、乳儿室、多功能活动室采光系数最低值(%)为2%,窗地面积比为1:5.0。
   由于编写规范存在时间和专业性方面存在差异,各规范之间难免存在矛盾,当规范之间存在矛盾时,有一个原则“就高不就低,从严不从宽”。而且《采光标准》属于强制条文,《幼儿园规范》虽然属于专业规范,但是属于一般条文,通过权衡考虑,暂将照采光系数取为3.0%。

                                                               各采光等级参考平面上的采光标准值 表2

 

采光等级

侧面采光

顶部采光

采光系数标准值(%)

室内天然采光照度标准值(lx)

采光系数标准值(%)

室内天然采光照度标准值(lx)

5

750

5

750

4

600

3

450

3

450

2

300

2

300

1

150

1

150

0.5

75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

注:摘自《建筑采光设计标准》表3.0.3

   3、光气候系数:武汉对应的光气候系数K值(如表3)为1.10,对应的室外天然光设计照度值Es为13500lx。

                                          光气候系数K值

光气候区

K值

0.85

0.90

1.00

1.10

1.20

室外天然光设计照度值Es(lx)

18000

16500

15000

13500

12000

注:摘自《建筑采光设计标准》表3.0.4

   4、建筑玻璃参数:在新节能标准的指导下,目前满足节能要求的窗户基本上就是6Low-E+12A+6C类型的中空玻璃窗,对应的光热参数值(如表4)中透射比为0.76。

                                                                       建筑玻璃的光热参数值 表4 

材料类型

材料名称

规格

颜色

可见光

太阳光

遮阳系数

光热比

透射比

反射比

直接透射比

总透射比

Low-E中空玻璃

高透光Low-E

6Low-E+12A+6C

无色

0.76

0.11

0.47

0.54

0.62

1.41

6C+12A+6Low-E

无色

0.67

0.13

0.46

0.61

0.70

1.10

遮阳Low-E

6Low-E+12A+6C

灰色

0.65

0.11

0.44

0.51

0.59

1.27

6Low-E+12A+6C

浅蓝灰

0.57

0.18

0.36

0.43

0.49

1.34

镀膜玻璃

热反射镀膜玻璃

6㎜

浅蓝

0.64

0.18

0.59

0.66

0.76

0.97

注:节选自《建筑采光设计标准》D.0.1

   5、饰面材料反射比(如表5):饰面材料主要包括顶棚、墙面、地面的饰面材料,结合幼儿园建筑的特殊性,饰面材料以暖色鲜艳靓丽为主,计算所采用的顶棚和墙面为白色乳胶漆,地面为浅色木地板,玻璃为普通玻璃。

常用材料的反射比ρ值  表5

材料名称

ρ值

材料名称

ρ值

大白粉刷

0.75

瓷釉面砖

白色

0.80

水泥砂浆抹面

0.32

天蓝色

0.55

浅色彩色涂料

0.750.82

无釉陶土地砖

土黄色

0.53

浅色木地板

0.58

朱砂

0.19

深色木地板

0.10

塑料墙纸

黄白色

0.72

棕色木地板

0.15

蓝白色

0.61

混凝土面

0.20

镀膜玻璃

金色

0.23

普通玻璃

0.08

银色

0.30

注:节选自《建筑采光设计标准》D.0.5

   6、玻璃的污染折减系数(如表6):住宅建筑按房间污染程度为“清洁”的标准,玻璃的安装角度为垂直,不考虑水平天窗的情况。

窗玻璃的污染折减系数τw值 表6 

房间污染程度

玻璃安装角度

垂直

倾斜

水平

清洁

0.90

0.75

0.60

一般

0.75

0.60

0.45

污染严重

0.60

0.45

0.30

注:摘自《建筑采光设计标准》D.0.7

   7、 窗结构的挡光折减系数(如表7):基于节能和气密性角度考虑,住宅建筑的窗户选为双层铝合金窗,对应的挡光折减系数τc值为0.60。

窗结构的挡光折减系数τc值 表7

窗种类(单层窗)

τc

窗种类(双层窗)

τc

木窗

0.70

木窗

0.55

钢窗

0.80

钢窗

0.65

铝窗

0.75

铝窗

0.60

塑料窗

0.70

塑料窗

0.55

注:摘自《建筑采光设计标准》D.0.6 

   二)、模型建立

   1、平面的确定:根据《幼儿园规范》“单侧采光的活动室进深不宜大于6.60m”和“幼儿园生活单元房间的最小使用面积不应小于表4.3.3的规定,当活动室与寝室合用时,其房间最小使用面积不应小于120m2。”,据此,建立单侧采光的理想化计算模型参考单元平面为6.6m×18.9m和6.9m×18.0m,如图所示(如图1、2)。(对于双侧采光的幼儿园的活动室进深即为13.20m,本文暂按单侧采光的案例进行探
2、层高的确定:根据《幼儿园规范》“活动室、寝室的室内最小净高不应低于3.0m。”,为了便于计算以及实际项目情况,确定幼儿园活动室的层高为3.60m。  

3、窗高的确定:根据《幼儿园规范》“活动室、多功能活动室的窗台面距地面高度不宜大于0.60m”,确定幼儿园建筑活动室的窗台高为0.60m,梁高按0.60m考虑,窗户的高度即为2.40m。   

4、结合平面、层高和窗高建立住宅建筑中的典型房间(卧室)的三维理想模型(如图3)   

5、建筑遮挡情况:根据《通则》5.1.3-3规定“托儿所、幼儿园的主要生活用房,应能获得冬至日不小3h的日照标准”,幼儿园建筑的日照标准是最高的,在进行幼儿园建筑总体布局时,要么布置在其他建筑的南边,要么退距较大,故此幼儿园建筑按室外无遮挡考虑。

   三)、计算  

 1、方案阶段的采光估算  方案阶段的估算主要是依据窗地比(如表8)进行估算,但是《幼儿园规范》没有明确对应的采光等级,仅仅给了窗地比面积比和采光系数最低值。查《采光标准》的窗地面积比(表9)可知,窗地面积比为1/5,对应的采光等级为Ⅲ,这也与《采光标准》中的规定“教育建筑的普通教室的采光不应低于采光等级Ⅲ级的采光标准值”是相符合的。《采光标准》第6.0.1条规定“在建筑方案设计时,对Ⅲ类光气候区的采光,窗地面积比和采光有效进深可按表9进行估算,其他光气候区的窗地面积比应乘以相应的光气候系数K”,查表1,武汉属于Ⅳ气候区,对于武汉地区的幼儿园建筑而言,在进行窗地比估算时需要乘以Ⅳ气候区的光气候系数,查表3可知,Ⅳ气候区的光气候系数为1.10,对应的Ⅳ气候区的窗地面积比为1/5×1.1=1/4.55。显然,在方案阶段粗略估算幼儿园建筑采光是否满足时,不能简单的按照《幼儿园规范》规定的“1:5.0”来计算窗地面积比,需要进行换算到对应的光气候区。对于武汉地区,在进行采光计算时,幼儿园建筑的窗地面积比应按1:4.55进行估算。

采光系数最低值及窗地面积比 表8 

房间名称

采光系数最低值(%)

窗地面积比

活动室、寝室、乳儿室、多功能活动室

2.0

1:5.0

保健观察室

2.0

1:5.0

办公室、辅助用房

2.0

1:5.0

楼梯间、走道

1.0

注:摘自《托儿所、幼儿园建筑设计规范》 表5.1.1
窗地面积比和采光有效进深 表9 

采光等级

侧面采光

顶部采光

窗地面积比(Ac/Ad

采光有效进深(b/hs

窗地面积比(Ac/Ad

1/3

1.8

1/6

1/4

2.0

1/8

1/5

2.5

1/10

1/6

3.0

1/13

1/10

4.0

1/23

注:摘自《建筑采光设计标准》表6.0.1

   2、 施工图阶段的采光计算(仅计算侧面采光的情况)
   1)、对应的公式:

式中:Cav——采光系数平均值

      τ——窗的总透射比;

      Ac——窗洞口面积(m2);

      Az——室内表面总面积(m2);

      ρj——室内各表面反射比的加权平均值;

      θ——从窗中心点计算的垂直可见天空的角度值,无室外遮挡θ为90°;

      τ0——采光材料的透射比,可按本文表4取值;

      τc——窗结构的挡光折减系数,可按本文表7取值;

      τw——窗玻璃的污染折减系数,可按本文表6取值;

      ρi——顶棚、墙面、地面饰面材料和普通玻璃窗的反射比,可按本文表5取值;

      Ai——与ρi对应的各表面面积;

      Dd——窗对面遮挡物与窗的距离(m); 

      Hd——窗对面遮挡物距窗中心的平均高度(m)。

   2)、计算举例(武汉地区幼儿园建筑理想单元平面1的采光计算):

   已知条件:   1、窗洞口面积依据窗地比1:4.55和窗户标准规格综合考虑确定(见图1理想单元平面),Ac=1.8×2.4×6=25.92;   2、垂直可见光的角度值θ为90°;   3、窗的总透射比τ=τ0×τc×τw=0.76×0.90×0.6=0.41;   4、反射比:顶棚ρp=0.75(按浅色彩色涂料取值),墙面ρq=0.75(按浅色彩色涂料取值),地面ρd=0.58(按浅色木地板取值);   5、室内总表面积(墙体按200厚加气混凝土块砌块,楼板按100厚)Az=(19.1-0.2)×(6.6-0.2)×2+(6.6-0.2)×(3.6-0.1)×2+(19.1-0.2)×(3.6-0.1)×2=415.06;求采光系数Cav。

   解答:根据公式(3)得:

   根据《采光标准》公式(1)算出来的是度数值,即采光系数平均值为4.53°。而《采光标准》规定“教育建筑的普通教室的采光不应低于采光等级Ⅲ级的采光标准值,侧面采光的采光系数不应低于3.0%”,换算到武汉对应的采光系数即为3.3%,这样以来就没有办法进行比较。关于采光系数的计算,笔者将在下一篇做进一步的阐述。

   在【理想模型】情况下,计算窗地面积比。

   窗洞口面积:Ac:1.8×2.4×6=25.92

   地面面积:Ad: =(19.1-0.2)×(6.6-0.2)=120.96

   窗地面积比:Ac:Ad=25.92:120.96=1:4.67

   由【模型建立】可知,窗高为2.4m,窗宽为1.8m,在理想模型的情况下,满足《幼儿园规范》规定的经过换算后的窗地面积比1:4.55的要求。

   3)、结论:由以上计算过程可知,开间为19.1m,进深为6.6m,层高为3.6m的幼儿园建筑理想计算单元模型,按照规范只能算出窗地比,通过窗地比来控制采光,对于采光系数的计算需要进一步探讨。

  结语
   幼儿园建筑使用的人群比较特殊,各种规范对幼儿园建筑的要求也比较高,比如节能上要按照居住建筑的标准去执行;日照上要满足3小时的日照标准;消防上又要按照人员密集场所去做等等,采光的要求也提高了很多,甚至超过了住宅的要求,满足窗地比不低于1:5.0,而住宅的要求是1/7。幼儿园建筑的采光作为室内环境的基本要求越来越得到重视,作为建筑师应该满足幼儿对采光的要求,让幼儿生活在一个舒适的环境里。由于研究深度和篇幅所限,笔者本身也还有没有弄清楚的地方,恳请各位同行进行交流斧正。愿与各位同行进一步的学习交流。
  参考文献:
   《建筑采光设计标准》GB50033-2013 中国建筑工业出版社
   《托儿所、幼儿园建筑设计规范》 JGJ39-2016  中国建筑工业出版社
   《民用建筑设计术语标准》  GB50504-2009 中国计划出版社出版
   《无障碍设计规范》 GB50763-2012 中国建筑工业出版社
   《建筑设计资料集-2》(第二版) 中国建筑工业出版社
   《幼儿园建筑构造与设施》  11J935 中国建筑工业出版社
   《低能耗居住建筑节能设计标准》DB42T/559-2013 中国建材工业出版社


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