绿建筑:採光设计对室内视觉舒适影响与能源节约

2020-07-30 05:10:49 来源:C生活篇 作者:

绿建筑一直是被关注的重要议题,”绿”不仅仅代表使用绿色植物为建筑调节温度达到能源节约与装饰的效果,也代表利用大自然的可再生能源减少能源的使用,降低对环境与生态的冲击。

根据世界企业永续发展委员会 WBCSD 统计[1],建筑物的能源使用佔约全球能源使用的 40%,而商业建筑所使用的电量佔总电能使用量中的约 35-50 %,其中将电使用在照明以维持室内视觉舒适上又佔了不少电量,若能善用自然採光并减少人造照明的使用频率,便可以降低电能的消耗量,长期累积下来所节省的能源,可降低核能发电时所产生的核废料或火力发电产生的二氧化碳,降低对环境的冲击,也能达到节约能源的效果。

能源的使用是在设计建筑时的一大考量点,如何才能在达到最佳化节约能源的同时,又不影响居住者的舒适度? 这要依赖设计者的经验与巧思,再搭配分析软体的辅助,从得出的结果中做最佳选择。举採光为例子,一栋建筑物的採光若要良好,除了注意各场所因不同功用所应达到照度标準之外,举办公场所为例(图一),也可以採用一些针对採光设计的策略,例如:建筑物的座向、开窗位置、光线导入、窗户性能等。至于如何评判一栋建筑的採光是否符合绿建筑标準,美国绿建筑协会 (USGBC) 有制定 LEED (Leadership in Energy and Environmental Design ) 来规範绿建筑,其中 LEED IEQ Credit 8.1 Daylight and View 有叙述採光设计的得分与应达到的标準参考[3]。

绿建筑:採光设计对室内视觉舒适影响与能源节约

图一 办公室照度 (lux) CNN 标準$$^[2]$$    

以下说明四种绿建筑採光策略:

(1) 座向:建筑物面向对採光的影响非常重要,例如在设计时,通常会将建筑较长的轴向摆放东西向,避免因为日出与日落时短暂性日光不连续之骤升与骤降而有可能造成之昡光(因视野内的亮度大幅超过眼睛所适应,导致视觉不舒适或视力受损[4]),而正对太阳轨迹的面相则可以以较大的面积得到连续的日光,虽也有可能有眩光现象,但可透过调节日光的设备(例如导光板)改善,相较于东西向来说比较好控制,而背对太阳轨迹的面向虽然不是最明亮的一面,但却是日光分布最均匀的一面,因为是由太阳光发散并反射进入到室内,而非直接照射。图二为不同座向建筑物之採光比较示意图。

绿建筑:採光设计对室内视觉舒适影响与能源节约

图二 不同座向之採光比较 [ (a) 差、(b) 良好、(c) 好 ](本文作者李铭祥绘製)

(2) 开窗位置:开窗位置影响室内光线的分布,以侧面开窗为例,通常日光进到室内的深度大约为那一层楼日光进入高度的 2.5 倍(图三),这代表着採光窗的高度尽量越高越好。侧面开窗时,应注意窗与窗之间的间距,使光线能均匀分布于室内,避免部分区域过亮与过暗;或可使用天台採光,将日光带入室内达到最好效果,以天台採光的亮度也通常是侧面开窗的好几倍,但可能有过亮的问题产生。不论使用哪种形式开窗,都可以使用导光板控制光线导入。

绿建筑:採光设计对室内视觉舒适影响与能源节约

图三 日光进入室内深度(本文作者李铭祥绘製)

(3) 光线导入:在採光设备部份,以导光板为例 ,功能是让光线的路径透过板面,使光线反射并导进更深入于室内,让光线更均匀分配,且不会减少入射光的总量。侧窗採光时,导光板通常放置在採光窗与观景窗之间(图四),除了导光功能之外,也可以做为观景窗的遮蔽,避免进入光线过多太亮或产生眩光。天台採光分为屋顶监视式、锯齿型屋顶式、天窗式(图五),皆可以利用导光板採垂直放置方式作为引导光线使之分布更均匀(图六)。

绿建筑:採光设计对室内视觉舒适影响与能源节约

图四 侧窗採光使用导光板示意图(本文作者李铭祥绘製)

绿建筑:採光设计对室内视觉舒适影响与能源节约

图五 天台採光方式:(a) 屋顶监视式、(b) 锯齿型屋顶式、(c) 天窗式(本文作者李铭祥绘製)

绿建筑:採光设计对室内视觉舒适影响与能源节约

图六 天台採光使用导光板示意图(本文作者李铭祥绘製)

(4) 窗户性能:窗户的性能表现对室内影响着室内视觉舒适,观景窗与採光窗不同的是,观景窗通常要注意玻璃材质的透光率,依情况而定选择对室内亮度最舒适的透光率玻璃,以避免过亮造成眩光,而有些使用特殊玻璃材质如“光谱选择性玻璃”製成之窗户,能让可见光通过但过滤一些特定波长的光如 UV 和红外线(图七),避免照射入室内损害家具、伤害人体和造成室内温度过高,其它高性能窗户还有如 Low-E(低辐射)镀膜、複层玻璃间填充惰性或真空处理等,则可减少热辐射、阻隔热对流及热传导。选择适当性能的窗户不仅能保持室内视觉舒适,还能降低热能流失或减少室内温度增加,与减少紫外光带来之伤害。

绿建筑:採光设计对室内视觉舒适影响与能源节约

图七 光谱选择性玻璃过滤高能光线(本文作者李铭祥绘製)

能源的妥善使用不仅能降低对环境的冲击与节约能源,也能为建筑物带来经济效益降低能源成本,採取有效的策略执行採光设计,如:决定建筑物适当座向、有效开窗位置、使用导光板引导光线、选择适当性能表现的窗户等,都可以增加自然採光使用率、取代人造照明,并减少电能的使用,使建筑物的效能表现更节约能源、更环保、更符合绿建筑的期待。


参考文献

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