住宅中的光环境的探讨分析

• 住宅光环境的设计标准
  

住宅光环境的设计已引起人们，特别是住宅设计人员越来越重视，尽管专门为住宅光环境设计的标准目前尚未颁布，但在若干照明设计标准或建筑设计标准中均有论述，主要的有关住宅光环境设计标准有：

• 民用建筑照明设计标准
  

　b. 民用建筑采光设计标准
　c. 住宅设计规范
　d. 城市居住区规划设计规范
　e. 老年人住宅设计规范
中国地域辽阔，各省市为适应地方特点也纷纷制订了众多的地方设计标准，如上海、北京、广州等地均有相关的标准或规范。

2. 住宅光环境设计方案

2.1 天然光是人们最喜爱的光源，也是用之不尽的光资源，充分利用天然光已得到共识。住宅的天然光环境设计需要确定住宅的日照时数和采光系统。
2.1.1 采光系数
2.1.1.1 采光标准
目前，我国已制定了《建筑采光设计标准》，对住宅的采光系数作了规定，见表1。
表1 住宅采光系数标准值

采光等级	房间名称	侧面采光
采光系数 最低值 Cmin（%）	室内天然光 临界照度 （1x）
N	起居室（厅）、卧室、书房、厨房	1	50
V	卫生间、过厅、楼梯间、餐厅	0.5	25

注：表中的数值适用于Ⅲ类光气候区。
不同于Ⅲ类气候区的住宅采光系数将作适当修正，其修正系数K值列于表2。
表2 光气候系数K

光气候区	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ
K值	0.85	0.90	1.00	1.10	1.20
室外临界照度EW（1x）	6000	5500	5000	4500	4000

1999年颁布的“住宅设计规范”中除采光系数作了规定外，还用窗地面积比来规定住宅中对采光的设计要求，表3为住宅室内采光标准。
表3 住宅室内采光标准

房间名称	采光系数最低值 （%）	窗地面积比值 （Ac/Ad）
卧室、起居室（厅）、厨房	1	1/7
楼梯间	0.5	1/12

注：本表适用于Ⅲ类气候区
２．采光计算
采光计算主要是指采光系数的计算。 室内某一点的采光系数计算公式为：
C=En/Ew×100%
En-在全阴天漫射光照射下，室内给定平面上某一点由天空漫射光产生的照度（1x）；
Ew-同一时刻在室外无遮挡水平面上的照度（1x）。
考虑到窗的因素，采光系数可写成：
Cmin= Cd.Kt.Kp.Kw.Kc
Cmin-侧面采光系数的最低值；
Cd-窗洞口的采光系数；
Kt-总透射比；
Kp-室内反射光增量系数；
Kw-室外建筑物挡光折减系数；
Kc-窗宽修正系数。
2.2人工光环境
天然光环境随太阳的位置和云层分布而频繁变化，而人工光环境通过合理选用光源、灯具及灯位置不仅可以克服天然光环境一些缺点，而且可以在满足视功能条件下创造使用者需要的气氛，因此照明设计是取得良好光环境的重要因素。
2.2.1 照明标准
我国《民用建筑照明设计标准》规定了住宅建筑的照度标准，见表4。
表4 住宅建筑照度标准


2.2.2 光源选择
住宅内所选用的光源应满足标准中的要求，如卧室中的光源显色指数要大于80，相关色温宜小于3300（K）。
目前，根据绿色照明节能要求，光源的发光效率也是人们选择的参数之一。住宅中广泛采用的光源有：

• 白炽灯
  白炽灯尺寸小，即开即亮，无须附件，很受欢迎，随着人们对人工光环境的质量提出更高的要求，透明白炽灯将逐步被造型优美的磨砂泡等代替，以减少眩光，但由于白炽灯不节能，使用场所受到一些限制。
  
  
• 管型荧光灯
  管型荧光灯由于高效，寿命较长，价格便宜，也是一种受到广泛使用，并被大力推广使用的家庭光源。目前，管型荧光灯的产量约为白炽灯的1/4，根据绿色照明和环境保护的要求，细管径管型荧光灯将逐步代替普通荧光灯。
  
  
• 紧凑型荧光灯
  

紧凑型荧光灯因尺寸小，光效高，灯具配套灵活，配合室内灯光装饰，深受人们喜爱，也在住宅建筑中大量使用，但其寿命、工作可靠性、光色一致性等问题有待进一步提高。
2.2.3 灯具
灯具在住宅中不仅为光环境提供合理的配光，满足人们视功能的要求，而且作为家庭装饰物的组成之一，其作用越来越明显，因此作为住宅内的灯具也面临着以下要求：

• 灯具多样化目前无论在城市或农村，人们要求灯具的多样性不仅表现在其配光合理，有直接配光，间接配光或半间接配光，眩光得到有效控制，而且也表现在造型上多样化，现代化，艺术化。在造型上使人们有极大的选择余地，简式荧光灯具和普通白炽灯灯具将逐步淘汰。这是与家庭装饰水平提高分不开的。
  
  
• 灯具高效节能从节能的要求出发，在光环境设计时室内灯具的效率不宜低于70%，装有格栅的灯具其效率不应低于55%。因此灯具用的反射材料将有较高反射比。
  
  
• 灯具易安装维护
  

由于城市中空气净化水平和光源质量还有待提高，清尘和换灯泡的次数相应增加，所以，住宅中灯具要求清洗、装卸容易。
2.2.4照明计算
在住宅光环境设计中照明计算是设计中的主要步骤之一，目前还没有统一的、有效的方法进行计算，以下三种方法只是曾在照明设计中使用的方法：

• 逐点计算法利用灯具制造厂商提供的“空间等照度曲线”及“平面相对等照度曲线”进行逐点照明计算。
  计算公式为：
  E=F.Σ .K/1000（适用空间等照度曲线）或E=F.Σ .K/1000h２（适用平面相对照度曲线）
  式中：F-光源总光通量（1m）
  Σ-光源对计算点产生的照度或相对照度总和（1x）
  H-灯的计算高度（m）
  K-维护系数
  
  
• 流明法计算公式：E-F.N.U.K/S
  E-E.S/F.U.K
  式中：E-工作面的平均照度（1x）；
  N-光源个数；
  U-利用系数；
  S-房间面积（m２）；
  K-维护系数。
  
  
• 单位面积功率法
  

这种方法在照明设计中曾在电力供应紧张时作为核算照明用电量的一种有效方法，但我国在各类照明设计标准中没有该项设计标准可循，掌握的难度较大。
2.2.5 照明功率
我国电力工业发展迅速，各种家用电器，包括照明器具大量进入家庭，一度使供电处于紧张状态。目前，电力供应已得到缓解，各大城市早已取消定时停电制度，有些地方还鼓励居民用电。据有关专家预测，到2005年，我国居民用电量将在2700亿千瓦时，为1996年的2.4倍。但与发达国家相比差距仍很大，1995年美国人均用电量是我国的14.6倍，日本是我国的8.6倍。
随着电力代应充足，住宅建筑不断扩大，主要大城市相继颁布住宅建筑中每户用电标准，表5为北京市颁布的《住宅电气设计通用标准》中用电标准。
表5 每户用电负荷


为了在本世纪未使我国人民居住标准达到小康水平，建设部提出目标要求，并分为三个层次，即最低，一般和理想三个标准，并推荐相应的电气负荷值，如表6所示。 表6 住宅用电目标推荐值

	最低目标	一般目标	理想目标
负荷（kW）	1.56	1.80	4.00
月用电量（kW.h/月）	60	72~80	100~200
电度表容量（A）	5（20）	10（40）	10（40）

预计本世纪未家庭用电负荷占总用量负荷的比例如表7所示。
表7 各类负荷占总负荷的比例（%）

家电类型	甲类住宅	乙类住宅	丙类住宅	丁类住宅
普通电器		20	22.5	45.5
照明	15.6	3.5	3	4.5
电炊具	34.2	34	39.9	15.9
卫生及空调	47	38.4	29.7	31.8
其它	2.9	3.9	4.6	2.3

表中：甲类--别墅式二层住宅 乙类--高级公寓
丙类--80~120m２住宅 丁类--50~80m２住宅
从用电负荷来看，北京市1996年颁布的标准（表5）仍低于90年代初香港地区的水平。表8为90年代初香港的用电水平。
表8 香港地区住宅单位的最高负荷需求量

住宅单位每户面积（m２）	最高负荷需求量（kV/A）
20~50	2.5
51~90	3.0
91~160	4.0
160以上	4.5

以上数据表明，城市中的照明用电量随着电力生产不断提高，可以在不长时间内达到相关水准，但要在全国住宅电力供应达到小康标准仍需加大电力工业和生产能力。
3.展望未来

3.1 发展照明工业的高科技
随着高技术不断发展，建筑向智能化、网络化的发展趋势日益明朗。住宅作为建筑的一部分也将被高新技术武装起来，通过计算机建立一套自动的能量均衡与调节系统，使住宅光环境处于最佳运行状态；形态记忆合金用于百叶窗自动调节太阳光量以及通过高效长寿命的太阳能电池获取照明所需的能源，使取之不竭、用之不尽的太阳能在住宅光环境中得到充分利用。随着计算机的广泛应用，在计算机中可以贮存着成千上万种的光环境方案。这种事先根据现行住宅的体量，家用光源与灯具以及家用陈设与饰布材料、色彩等各种形成光环境的基本因素而构成的光环境效果在用户进入住宅之前就可选择，并根据自己的意愿进行修改，光环境的设计将做到随心所欲。
3.2 加强节能意识，推荐节能措施
尽管住宅光环境用电量到本世纪末仅占住宅用电负荷的5%以下，与发达国家的英国5%以上相比仍处低下，但我国的住宅数量因人口增加将是英国的二、三倍，用电照明的基数相当大。据不完全统计，如将全国1/5的白炽灯换成高效节能光源，一年节电相当于葛洲坝电厂一年的发电量。近几年来国家采取一系列的节能政策，广泛宣传绿色照明，与国际节能政策接轨，使照明节能意识不仅表现在设计者，也在使用者身上得到了体现。照明节能不仅节约能源，减少发电量，也为我们的生存空间减少污染，增加居民的身心健康有着十分重要意义。因为我国用煤发电居多，而英国则用重油发电。这些能源的转换必将污染大气，产生温室效应，到头来仍然作用在人类自身生活空间上。
节能已成为我国的一项基本国策，各行各业必须贯彻执行。住宅照明也不例外，住宅光环境的节能可从以下几方面进行：
（1）制定住宅光环境的节能法规，依法节能。一些发达的工业化国家，如美国，均有此类的节能法规，使节能工作纳入法制轨道。
（2）节能不等于降低住宅光环境的标准，用牺牲照明标准值来达到节能目的显然不可取。因此，比较可行的办法是采用高效节能光源，高效率的灯具和新颖的设计手段，来达到节能目的。
（3）制定保护民族工业政策，加速照明工业的技术改造，使照明产品质量更上一层楼，而价格有大幅度下降。特别是照明工业生产的光源不仅在质量上得到保证，而且在价格上使几亿中国家庭买得起，用得放心。不能像目前的电子镇流器，谁都知道节能，但质量好的价格太高，质量差的不敢使用。
（4）继续加强绿色照明的宣传，大力普及照明教育和照明知识，力求做到节能不仅省钱，也为创造优良的生存环境，使为自身和子孙后代的身体健康造福的道理深入千家万户。