利用日光节约能源
利用日光节约能源
适当地设计建筑物，控制眩光和太阳热量的增加，可以减少一半以上的能源费用。由大卫·科兹洛夫斯基
电灯发明之前，和一个良好的，而过，设计建筑物后，使阳光可以进入室内空间是必要的。然而，尽管使用采光的设计策略，大厦业主，建筑师，工程师和照明设计师悠久的历史才刚刚开始理解如何有效地使用它。
问题是阳光中的能量多得令人难以置信。在晴朗的日子里，太阳会发出8000到10000英尺的烛光。即使透过玻璃，它也能在晴天提供5000英尺蜡烛，在阴天提供1000英尺蜡烛。大多数人只需要35英尺的蜡烛就可以阅读。使这个问题更加严重的是，阳光的热量和可见光一样多。在一个下午，通过一个典型的4乘8英尺的窗户部分倾泻的阳光可以加热15到30加仑的水，其温度足以让人淋浴。
但是为什么一个建筑物的主人会想要接受利用日光来照明建筑物的挑战呢?一句话，钱。一个好的采光设计可以节省建筑物中75%的电力照明能源。可利用的日光量、占用模式和控制策略都会影响节能。此外，由于大量的日光通常在用电高峰时段可用，一个好的采光设计可以减少用电费用。电灯也会在建筑物中产生大量的热量，在不需要的时候，通过关闭或调暗电灯，可以节省10%到20%的用于建筑物降温的能源。研究人员表示，最重要的是，所谓的“软节省”(soft savings)，可归因于生产率的提高和大楼居住者的健康状况的改善，这可能会增加硬节省。
正确使用日光需要多学科的方法来设计和理解控制太阳的策略和技术。
好主意，坏方法
当整个建筑团队没有从一开始就参与到设计过程中时，设施管理人员降低初始成本和降低运营成本的采光目标常常无法实现。
“采光设计的最大问题是我们仍然采用传统的建筑方法来进行采光工程，”Renschler的可持续设计总监和暖通空调工程师Eric Truelove说。换句话说，建筑师和业主设计建筑，然后交给工程师，工程师再交给承包商。
在一个典型的案例中，建筑师的设计为采光提供了大量的玻璃，但这些光带来了太多的热量，迫使工程师在建筑完工时增加冷却吨位。降低照明能源成本也变得很困难，因为当建筑完工时，居住者需要百叶窗来减少眩光。因此，百叶窗在一天中的大部分时间都是拉着的，需要使用电灯。一位原以为采光可以省钱的业主发现，这个设计不仅前期成本更高，而且运营成本也更高。
Truelove表示，如果工程师和承包商在一开始就加入进来，那么玻璃的类型、冷却负荷和照明系统等问题可以在设计过程中解决，从而节省更改订单成本、机电成本和运营成本。
单次设计更改就可以节省大量开支。举例来说，如果一座面向西南、午后阳光充足的建筑仅面向东侧20度，那么降温需求可能会下降30%，为业主节省数十万美元的前期成本，以及每年数千美元的运营成本。
Paladino and Company公司的高级顾问芭芭拉·埃尔文(Barbara Erwine)说:“如果采光得当，就能实现双赢。”“这是双赢的，因为建造成本更低，运营成本也更低。如果做错了，那就是双输。”
利用太阳光
无论是位置和建筑物的内部特征是采光设计重要的，应该是第一要考虑的事情。由于位置不同而不同，一样的室内设计它的效果，就没有千篇一律的方法来daylighted建筑物。一个设计良好的daylighted建设凤凰会的外观和功能不同于一daylighted建筑在波士顿。
地点与获得日光有很大关系。城市建筑可能在白天的部分时间被遮蔽，这将影响(而不是排除)采光策略。
多篇文章也对如何深处的floorplate白天可行驶产生影响。有用于多层楼房的解决方案，例如，将很少使用的，过渡性或无人居住的空间建设的核心附近 - 厕所，复制房间或电梯。
良好的采光设计也将影响建筑物的内部空间特性。一个daylighted建筑物内部应该有任务区域接近日光的来源 - 无论是从窗户或天窗，从采光顶sidelighting。过渡或无人居住的空间的位置应被移动到核心或以最小的窗户等领域。
“任何建筑都可以采光，”Erwine说。但采光可能会改变建筑物的外观。你想把任务尽可能地公之于众。看看任务的层次结构，哪里需要什么光线，然后用它来定义布局。”
良好的采光将带动建筑的方向为好。最佳位置是与建筑面朝北方和南方的长边。这个礼物只有一个长立面成太阳 - 南侧。而到了建筑朝向西面东，午后的阳光早晨的阳光的窄面面临的建筑物已经减少了阳光的潜在热量。南侧的接触是最直接的冬天，当太阳是那么激烈。在夏季，它遵循在天空中高弧线让南窗与水平出挑轻松阴影。
良好的采光会对窗户的大小和数量产生影响。威斯康星能源中心(Energy Center of Wisconsin)采光协作中心(Daylighting Collaborative)主任艾比•沃根(Abby Vogen)说，一般来说，业主希望东侧和西侧的窗户少一点(如果有的话)，南侧和北侧的窗户不要超过立面面积的35%。可以使用更多的窗户，但需要非常高性能的玻璃。因为窗户比墙更贵，更少的窗户也有助于降低项目的整体成本。
高个子和更高的窗户，越远光可以达到进入室内。理想情况下，窗口的顶板面和顶部都在同一水平。和天花板10英尺高对光线的穿透深度很重要。一个经验法则，Vogen说，是光穿透相当于窗口的1.2〜1.5倍的高度，假设上限也是高的。事实上，正确设计的窗户和天花板可以作为Windows的远两倍高度散发光芒。
这并不一定意味着玻璃的巨大汪洋。当窗口到墙的百分比小于35％，通常的设计包括太阳能控制玻璃的一些组合作为更清晰的玻璃作为天窗乘员水平视图玻璃。该天窗成为日光分布的主要来源更深地进入空间，同时该视图玻璃报价缓冲sidelighting。
Erwine说，为了在不改变整体楼层高度的情况下实现天窗的高周缘天花板高度，天花板可以倾斜或台阶远离窗户，使暖通管道可以容纳在空间的中心。
Windows以外
还有证据表明，室内灯架上，在一些早期的采光项目中，都没有良好的采光策略至关重要。Vogen说，他们有时会产生阴影正下方他们的窗户，这往往是一个重要的任务空间区域附近。可能有这样的情况在需要的时候，但他们并不需要良好的采光和可能比较麻烦，成本比他们的价值。
外观轻型货架和百叶窗式出挑，在另一方面，通常被证明扩散和漫反射光有用到的空间和遮阳窗。这些外部特征的必要性，位置和大小是由地理位置控制。
该空间的其他物理特征包括浅色的天花板、墙壁和家具。照明设计师詹姆斯•本雅(James Benya)表示，天花板和墙壁的反射率尤其重要。天花板材料现在有90%以上的反射率值。建议使用80%或更多的值。墙壁应提供50%至70%的反射率，地板和家具应提供20%至45%的反射率。
在采光设计的最大挑战是控制眩光和热量。该建筑业主的选择玻璃的daylighted建筑确实是地理位置的功能。举例来说，一个可接受的可见光透射率 - 光玻璃将允许通过的量 - 的范围可以从20％至在中西部50％，但应为18％至在西南30％。该范围可高达70％至西北80％，Vogen说。
她说:“在南方，你确实需要比俄勒冈州的波特兰更多地控制阳光，因为那里的光线强度较低，有更多的活动余地。”
通常，可见光透过率在30%至50%之间。但即使是30%的可见光透过率——只有30%的光线可以进入——玻璃从内部看起来也是透明的。
Truelove说，建筑师几乎总是想要透明玻璃，并指定透光率为80%的玻璃。他说:“他们通常不会意识到，直到你让他们看到40%透光率的玻璃也看起来很清晰。”
通过选择特定的光学特性，建筑业主不仅能看到窗外的景色，还能引入阳光，同时还能提高能源效率。Truelove说，通过将透光率从80%提高到45%，建筑物的冷负荷可以减少一半。
然而，高透光玻璃需要引入光线，而且应该是透光率为70%到90%的透明玻璃。另外，玻璃应该沿着墙的顶部尽可能连续。宽阔的结构裂缝会产生阴影，造成过多的对比。天窗在窗户与墙壁的比例中所占的比例也要小得多。
所有的阳光进入空间，也带来了热量，除非玻璃同样指定控制太阳热量的增加。通过使用各种低辐射(low-e)涂层，玻璃的太阳热增益系数(太阳辐射的一种测量方法，主要是热，允许通过玻璃)可低至0.25。这意味着只有25%的来自阳光的潜在热量进入建筑。一块普通的透明玻璃可以吸收80%或更多的太阳能。
因此，一个良好的采光系统是高可见光透过率和低太阳热吸收的平衡。确定一个好的平衡的一个简单和越来越被接受的方法是用可见光的透射率除以太阳的热增益系数。例如，用。6的可见光透射率除以。4的太阳热增益系数，得到的玻璃的综合等级是1.5。Erwine说，1.5是一个很好的起点，它被称为光与太阳的增益比(light-to-solar gain ratio)。她说:“如果窗户不能从外部遮荫，那么使用比例尽可能高的玻璃产品来减少冷却负荷是非常重要的。”许多好产品超过了1.25;最好超过1.5。
物理屏障，如外部光架、树木或浅色路面，也可以在控制进入建筑的光和热的数量方面发挥重要作用。即使是好的采光设计，也可能会结合窗户的一些特征，比如百叶窗或穿孔的滚轴屏幕，这些都是手动或自动控制来阻挡阳光直射的。
Erwine说:“太阳的运动一年到头都在变化，所以很难设计出一个能包办一切的功能。”“此外，居住者希望有能力控制他们所在空间的环境，而且通常可以在不影响采光设计质量的情况下这样做，前提是设计是好的，而且他们理解设计。”
光的平衡
一旦设计有效地在空间周围分配凉爽的日光，电力照明需要与可用的日光保持平衡。
“典型的直接间接照明系统，在需要的地方可能会有一些休息照明，对于采光空间和非采光空间几乎是一样的，”Benya说。有两个重要的区别:自然光照明系统是分区的，照明控制可能是必要的。
与采光空间中的其他物理特征不同，无论是结构梁还是管道系统，都应该垂直于窗户，照明灯具应该平行于窗户。这样一来，灯光就可以根据白天不同时间的光线强度和穿透度进行分区——调暗或关闭。
为了节约能源，电力照明只需要增加日光。沃根说，在某些情况下，人工调暗或关灯可能是一种有效的方法，并已在一些工作人员对采光有充分了解的学校得到了应用。但这可能是不可能的，光学照明传感器被使用。
在采光设计的糟糕例子中，照明传感器的位置很差，很少使用。安装工作交给了承包商，他们对采光系统的复杂性知之甚少。承包商通常只是把窗户和最远的墙之间的距离分开，很少考虑日光实际上是如何分布的。
然而，如果操作正确，照明控制可以成为日光节能设计的核心。Heschong Mahone Group对采光进行了广泛的研究，根据建筑类型、位置、运营和当地的能源成本，采光控制可以节省每平方英尺约50美分到75美分不等的能源。
Erwine说:“我们现在有足够的知识和信息来放置传感器，这样我们就可以很好地节约能源。”但是，就像很多关于采光的问题一样，传感器的位置是特定于场地和建筑设计的。
良好的采光提供了许多好处，包括节省能源，改善乘员的舒适性和可能的更大的生产力。创建凉爽，白天控制是一个复杂的设计挑战，这是唯一可能与整个建筑队协调组的努力。
“一个良好的采光系统的能源效益对建筑业主来说是至关重要的，”沃根说。“为了实现这些利益，业主必须支持他们的建筑设计策略，让所有的设计专业人员——建筑师、工程师、设计师和承包商——从一开始就一起工作。”这是成功的唯一途径，也是建筑成本效益高的唯一途径。”
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大卫·科兹洛夫斯基，自由撰稿人，从事设施管理工作十多年。
这篇文章已被转载的礼貌大厦经营管理.它首次出现在2006年4月的那期刊物上。
电灯发明之前，和一个良好的，而过，设计建筑物后，使阳光可以进入室内空间是必要的。然而，尽管使用采光的设计策略，大厦业主，建筑师，工程师和照明设计师悠久的历史才刚刚开始理解如何有效地使用它。
问题是阳光中的能量多得令人难以置信。在晴朗的日子里，太阳会发出8000到10000英尺的烛光。即使透过玻璃，它也能在晴天提供5000英尺蜡烛，在阴天提供1000英尺蜡烛。大多数人只需要35英尺的蜡烛就可以阅读。使这个问题更加严重的是，阳光的热量和可见光一样多。在一个下午，通过一个典型的4乘8英尺的窗户部分倾泻的阳光可以加热15到30加仑的水，其温度足以让人淋浴。
但是为什么一个建筑物的主人会想要接受利用日光来照明建筑物的挑战呢?一句话，钱。一个好的采光设计可以节省建筑物中75%的电力照明能源。可利用的日光量、占用模式和控制策略都会影响节能。此外，由于大量的日光通常在用电高峰时段可用，一个好的采光设计可以减少用电费用。电灯也会在建筑物中产生大量的热量，在不需要的时候，通过关闭或调暗电灯，可以节省10%到20%的用于建筑物降温的能源。研究人员表示，最重要的是，所谓的“软节省”(soft savings)，可归因于生产率的提高和大楼居住者的健康状况的改善，这可能会增加硬节省。
正确使用日光需要多学科的方法来设计和理解控制太阳的策略和技术。
好主意，坏方法
当整个建筑团队没有从一开始就参与到设计过程中时，设施管理人员降低初始成本和降低运营成本的采光目标常常无法实现。
“采光设计的最大问题是我们仍然采用传统的建筑方法来进行采光工程，”Renschler的可持续设计总监和暖通空调工程师Eric Truelove说。换句话说，建筑师和业主设计建筑，然后交给工程师，工程师再交给承包商。
在一个典型的案例中，建筑师的设计为采光提供了大量的玻璃，但这些光带来了太多的热量，迫使工程师在建筑完工时增加冷却吨位。降低照明能源成本也变得很困难，因为当建筑完工时，居住者需要百叶窗来减少眩光。因此，百叶窗在一天中的大部分时间都是拉着的，需要使用电灯。一位原以为采光可以省钱的业主发现，这个设计不仅前期成本更高，而且运营成本也更高。
Truelove表示，如果工程师和承包商在一开始就加入进来，那么玻璃的类型、冷却负荷和照明系统等问题可以在设计过程中解决，从而节省更改订单成本、机电成本和运营成本。
单次设计更改就可以节省大量开支。举例来说，如果一座面向西南、午后阳光充足的建筑仅面向东侧20度，那么降温需求可能会下降30%，为业主节省数十万美元的前期成本，以及每年数千美元的运营成本。
Paladino and Company公司的高级顾问芭芭拉·埃尔文(Barbara Erwine)说:“如果采光得当，就能实现双赢。”“这是双赢的，因为建造成本更低，运营成本也更低。如果做错了，那就是双输。”
利用太阳光
无论是位置和建筑物的内部特征是采光设计重要的，应该是第一要考虑的事情。由于位置不同而不同，一样的室内设计它的效果，就没有千篇一律的方法来daylighted建筑物。一个设计良好的daylighted建设凤凰会的外观和功能不同于一daylighted建筑在波士顿。
地点与获得日光有很大关系。城市建筑可能在白天的部分时间被遮蔽，这将影响(而不是排除)采光策略。
多篇文章也对如何深处的floorplate白天可行驶产生影响。有用于多层楼房的解决方案，例如，将很少使用的，过渡性或无人居住的空间建设的核心附近 - 厕所，复制房间或电梯。
良好的采光设计也将影响建筑物的内部空间特性。一个daylighted建筑物内部应该有任务区域接近日光的来源 - 无论是从窗户或天窗，从采光顶sidelighting。过渡或无人居住的空间的位置应被移动到核心或以最小的窗户等领域。
“任何建筑都可以采光，”Erwine说。但采光可能会改变建筑物的外观。你想把任务尽可能地公之于众。看看任务的层次结构，哪里需要什么光线，然后用它来定义布局。”
良好的采光将带动建筑的方向为好。最佳位置是与建筑面朝北方和南方的长边。这个礼物只有一个长立面成太阳 - 南侧。而到了建筑朝向西面东，午后的阳光早晨的阳光的窄面面临的建筑物已经减少了阳光的潜在热量。南侧的接触是最直接的冬天，当太阳是那么激烈。在夏季，它遵循在天空中高弧线让南窗与水平出挑轻松阴影。
良好的采光会对窗户的大小和数量产生影响。威斯康星能源中心(Energy Center of Wisconsin)采光协作中心(Daylighting Collaborative)主任艾比•沃根(Abby Vogen)说，一般来说，业主希望东侧和西侧的窗户少一点(如果有的话)，南侧和北侧的窗户不要超过立面面积的35%。可以使用更多的窗户，但需要非常高性能的玻璃。因为窗户比墙更贵，更少的窗户也有助于降低项目的整体成本。
高个子和更高的窗户，越远光可以达到进入室内。理想情况下，窗口的顶板面和顶部都在同一水平。和天花板10英尺高对光线的穿透深度很重要。一个经验法则，Vogen说，是光穿透相当于窗口的1.2〜1.5倍的高度，假设上限也是高的。事实上，正确设计的窗户和天花板可以作为Windows的远两倍高度散发光芒。
这并不一定意味着玻璃的巨大汪洋。当窗口到墙的百分比小于35％，通常的设计包括太阳能控制玻璃的一些组合作为更清晰的玻璃作为天窗乘员水平视图玻璃。该天窗成为日光分布的主要来源更深地进入空间，同时该视图玻璃报价缓冲sidelighting。
Erwine说，为了在不改变整体楼层高度的情况下实现天窗的高周缘天花板高度，天花板可以倾斜或台阶远离窗户，使暖通管道可以容纳在空间的中心。
Windows以外
还有证据表明，室内灯架上，在一些早期的采光项目中，都没有良好的采光策略至关重要。Vogen说，他们有时会产生阴影正下方他们的窗户，这往往是一个重要的任务空间区域附近。可能有这样的情况在需要的时候，但他们并不需要良好的采光和可能比较麻烦，成本比他们的价值。
外观轻型货架和百叶窗式出挑，在另一方面，通常被证明扩散和漫反射光有用到的空间和遮阳窗。这些外部特征的必要性，位置和大小是由地理位置控制。
该空间的其他物理特征包括浅色的天花板、墙壁和家具。照明设计师詹姆斯•本雅(James Benya)表示，天花板和墙壁的反射率尤其重要。天花板材料现在有90%以上的反射率值。建议使用80%或更多的值。墙壁应提供50%至70%的反射率，地板和家具应提供20%至45%的反射率。
在采光设计的最大挑战是控制眩光和热量。该建筑业主的选择玻璃的daylighted建筑确实是地理位置的功能。举例来说，一个可接受的可见光透射率 - 光玻璃将允许通过的量 - 的范围可以从20％至在中西部50％，但应为18％至在西南30％。该范围可高达70％至西北80％，Vogen说。
她说:“在南方，你确实需要比俄勒冈州的波特兰更多地控制阳光，因为那里的光线强度较低，有更多的活动余地。”
通常，可见光透过率在30%至50%之间。但即使是30%的可见光透过率——只有30%的光线可以进入——玻璃从内部看起来也是透明的。
Truelove说，建筑师几乎总是想要透明玻璃，并指定透光率为80%的玻璃。他说:“他们通常不会意识到，直到你让他们看到40%透光率的玻璃也看起来很清晰。”
通过选择特定的光学特性，建筑业主不仅能看到窗外的景色，还能引入阳光，同时还能提高能源效率。Truelove说，通过将透光率从80%提高到45%，建筑物的冷负荷可以减少一半。
然而，高透光玻璃需要引入光线，而且应该是透光率为70%到90%的透明玻璃。另外，玻璃应该沿着墙的顶部尽可能连续。宽阔的结构裂缝会产生阴影，造成过多的对比。天窗在窗户与墙壁的比例中所占的比例也要小得多。
所有的阳光进入空间，也带来了热量，除非玻璃同样指定控制太阳热量的增加。通过使用各种低辐射(low-e)涂层，玻璃的太阳热增益系数(太阳辐射的一种测量方法，主要是热，允许通过玻璃)可低至0.25。这意味着只有25%的来自阳光的潜在热量进入建筑。一块普通的透明玻璃可以吸收80%或更多的太阳能。
因此，一个良好的采光系统是高可见光透过率和低太阳热吸收的平衡。确定一个好的平衡的一个简单和越来越被接受的方法是用可见光的透射率除以太阳的热增益系数。例如，用。6的可见光透射率除以。4的太阳热增益系数，得到的玻璃的综合等级是1.5。Erwine说，1.5是一个很好的起点，它被称为光与太阳的增益比(light-to-solar gain ratio)。她说:“如果窗户不能从外部遮荫，那么使用比例尽可能高的玻璃产品来减少冷却负荷是非常重要的。”许多好产品超过了1.25;最好超过1.5。
物理屏障，如外部光架、树木或浅色路面，也可以在控制进入建筑的光和热的数量方面发挥重要作用。即使是好的采光设计，也可能会结合窗户的一些特征，比如百叶窗或穿孔的滚轴屏幕，这些都是手动或自动控制来阻挡阳光直射的。
Erwine说:“太阳的运动一年到头都在变化，所以很难设计出一个能包办一切的功能。”“此外，居住者希望有能力控制他们所在空间的环境，而且通常可以在不影响采光设计质量的情况下这样做，前提是设计是好的，而且他们理解设计。”
光的平衡
一旦设计有效地在空间周围分配凉爽的日光，电力照明需要与可用的日光保持平衡。
“典型的直接间接照明系统，在需要的地方可能会有一些休息照明，对于采光空间和非采光空间几乎是一样的，”Benya说。有两个重要的区别:自然光照明系统是分区的，照明控制可能是必要的。
与采光空间中的其他物理特征不同，无论是结构梁还是管道系统，都应该垂直于窗户，照明灯具应该平行于窗户。这样一来，灯光就可以根据白天不同时间的光线强度和穿透度进行分区——调暗或关闭。
为了节约能源，电力照明只需要增加日光。沃根说，在某些情况下，人工调暗或关灯可能是一种有效的方法，并已在一些工作人员对采光有充分了解的学校得到了应用。但这可能是不可能的，光学照明传感器被使用。
在采光设计的糟糕例子中，照明传感器的位置很差，很少使用。安装工作交给了承包商，他们对采光系统的复杂性知之甚少。承包商通常只是把窗户和最远的墙之间的距离分开，很少考虑日光实际上是如何分布的。
然而，如果操作正确，照明控制可以成为日光节能设计的核心。Heschong Mahone Group对采光进行了广泛的研究，根据建筑类型、位置、运营和当地的能源成本，采光控制可以节省每平方英尺约50美分到75美分不等的能源。
Erwine说:“我们现在有足够的知识和信息来放置传感器，这样我们就可以很好地节约能源。”但是，就像很多关于采光的问题一样，传感器的位置是特定于场地和建筑设计的。
良好的采光提供了许多好处，包括节省能源，改善乘员的舒适性和可能的更大的生产力。创建凉爽，白天控制是一个复杂的设计挑战，这是唯一可能与整个建筑队协调组的努力。
“一个良好的采光系统的能源效益对建筑业主来说是至关重要的，”沃根说。“为了实现这些利益，业主必须支持他们的建筑设计策略，让所有的设计专业人员——建筑师、工程师、设计师和承包商——从一开始就一起工作。”这是成功的唯一途径，也是建筑成本效益高的唯一途径。”
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大卫·科兹洛夫斯基，自由撰稿人，从事设施管理工作十多年。
这篇文章已被转载的礼貌大厦经营管理.它首次出现在2006年4月的那期刊物上。
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