两个衡量全年自然采光质量的指标（看不懂别勉强）-专栏作家-云知光

两个衡量全年自然采光质量的指标

文/魏晨敏

上期的文章《今天阳光正好，算一下有多好？》中，我们介绍了两个衡量全年自然采光质量的指标——Daylight Autonomy (DA) 和 Continuous Daylight Autonomy (cDA)。

这两个指标主要是衡量达到目标照度以及低于目标照度所占的时间，由此来帮助我们估算可以通过自然采光来减少电气照明用电量。但是，有些时候仅在自然采光下，我们的工作面照度可能已经远远高于我们的目标照度。

在这样的情况下，我们就需要通过窗帘、百叶窗等等来对自然采光进行遮蔽。因而，仅通过 DA 与 cDA 并不能全面地衡量评价空间自然采光质量，而 UDI 则可以帮助我们限定某一照度范围。

Useful Daylight Illuminance (UDI)

在普通的办公室照明中，我们的目标照度往往只有 500lx左右，而自然光所产生的照度一般非常高（可以达到 1,000lx、2,000lx 甚至更高）。

因而，在评价一个空间自然采光质量的时候，我们就需要计算空间各点的水平照度有多少时间过高，有多少时间是过低，有多少时间是可以接受的。

所谓过高并非指照度高于目标照度，而是指照度高于 2,000lx。许多研究表明，人眼只有在自然采光照度超过 2,000lx 后我们的不舒适感才会明显上升。

而过低并非指照度低于目标照度，而是指在低于 100lx 时我们完成视觉作业会有困难。

比较常用的 UDI 分为三类 : UDI_E_<100lx、UDI_{100lx<E<2000lx}、以及UDI_E>2000lx ，这三个指标分别用来评价空间各点仅在自然光照射下照度低于 100lx 的时间百分比、照度在 100lx 到 2,000lx 的时间百分比、以及高于 2,000lx 的时间百分比。

它们相应的用来评价空间各点自然采光过低、可以接受、以及过高的情况。当然具体的数值可以根据不同的设计标准、空间的需求以及设计理念进行相应的改变。

UDI 和 DA 或者 cDA 一样都是分析空间自然采光的分布，因而我们同样需要一个俯视图来显示 UDI 的结果。下图就是某空间 UDI_{100lx<E<2000lx} 的计算结果，根据 UDI 的定义以及你对自然采光的了解，你能不能猜出窗在哪一边？空间的朝向呢？

上面所讲的 UDI 与上一期我们所介绍的 DA 与 sDA 其实都是用来衡量空间自然采光的工具，它们最终的产物都是一个分布图，显示了空间各水平照度计算点的时间百分比。

而真正可以称为指标的则是下文所要介绍的 Spatial Daylight Autonomy (sDA)，这个指标已经被北美照明学会 (Illuminating Engineering Society) 批准为衡量自然采光的指标之一，并且收录在 IES LM-83-12 中。

Spatial Daylight Autonomy (sDA)

我们一般将 sDA 表述为 sDA_300/50% （这是 IES 推荐的衡量标准）用来表述空间所有水平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 小时计）可以有超过 50% 的时间仅在自然光照射下就达到 300lx。

当然300lx 与 50% 同样可以随不同的空间与设计需求进行改变。IES 选择 300lx 是因为这个值与 IES 的各个设计标准重合较多；50% 则是许多研究表明 50% 的空间达到 300lx 时，人们对空间视觉舒适度与满意度较高，有兴趣的读者可以阅读相关的研究文章 [1]。

相比于上文以及前一期所介绍的两个指标，sDA 更为简单，我们可以仅通过一个值来帮助我们简单评价空间自然采光的总体质量。

看到这，大家不禁要问：我们不可能搭一个模型或者把整个楼建起来以后测一年的数据吧，究竟怎么样才可以算出这些指标呢？

我们常用的照明模拟软件（DIALux 或者 AGI）在做自然采光模拟的时候都是采用的 CIE 天空模型来模拟太阳位置以及天空亮度分布，并非实测数据（稍细心的朋友可能会发现如果你选择阴天，那不管哪天你的计算结果都是一样的。因为阴天的天空亮度分布模型只有一个，并且没有太阳），而且用这两款软件做全年的模拟要花很长的时间。

目前比较成熟的可以做全年自然采光模拟的软件有 Daysim、DIVA、Rhino 加上 Ladybug 的插件，它们都是通过实测的数据（EPW 文件）进行建模，通过 Radiance 的光迹追踪计算进行模拟。

有兴趣的读者可以去网络上下载这些软件，也欢迎大家和我交流。

[1] Heschong, L. Heschong Mahone Group. 2012. Daylight Metrics. California Energy Commission. Publication Number:CEC-500-2012-053.

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