陈咸潼 孙铭一 那森 史佳琪 李正宇
摘 要：文章首先制作实体模型，将其置入人工天穹进行采光实验，改变天空照度及窗洞口位置，测量室内采光照度;再进行计算机建模，模型尺寸与实验模型一致，并基于Ecotect Analysis软件进行采光模拟实验;最后将两者数据进行对比，比较结果表明模拟数据与实验差异集中分布在20%附近，证明了Ecotect Analysis采光模拟数据具有可信性，可基于其进行建筑采光优化设计。
关键词：Ecotect Analysis 软件;采光实验;人工天穹
中图分类号：TU113 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）06-0042-04
引言
天然采光的设计是建筑光学的一项重要内容，良好的天然采光设计将提高室内的舒适度，大幅节约能源，在建筑设计阶段对于天然采光的优化多是基于模拟软件开展的，如：Ecotect Analysis，天正采光[1]、鸿业采光[2]、斯维尔采光[3]等软件。本文针对应用较为便捷的Ecotect Analysis软件开展了采光模拟准确性的研究工作。首先手工制作模型，并置于人工天穹中进行采光实验，再进行计算机等比例建模，利用Ecotect Analysis进行采光模拟，将模拟结果与人工天穹实验结果进行了比较，对Ecotect Analysis准确性进行了分析。
1 天然采光实验测试
1.1 人工天穹及实验模型介绍
由于室外天然光照度变化较为剧烈，实验测试较难保证室外照度一致，因此本文利用人工天穹开展相关的实验研究工作。人工天穹利用稳定光源以及特定的扩散材料，来模拟晴天、半云天、全阴天自然条件。人工天穹有平面反射型、球体直射扩散型、球体透射扩散型、灯具矩阵型等多种形式。在本实验中，采用的是球体直射扩散型人工天穹，该设备采用环氧聚酯（玻璃钢）做罩面，钢材做底座，结构简单，不易变形老化，易拆卸。灯具全部安装在底部[4]。
模型采用纸壳板材料，为26cm×20cm×15cm立方体结构模型，西墙几何中心处安装8cm×8cm的侧向采光口。测点位置近墙面布置，近南、北墙各6个点，分布在不同位置及高度，近东西墙各2个点，具体分布如图1、图2。
1.2 人工天穹实验
实验测试时将实体模型放置于人工天穹内部测试平台上，通过改变人工天穹内部照度模拟室外天然采光，利用照度计来测定室内测点的照度，其数据见表1和2。
表1 近南北墙测点采光照度实验数据（lx）
备注：290lx为不开启光源时人工天穹内的照度，下同。
表2 近东墙与西墙人工天穹照度实验数据（lx）
2 Ecotect Analysis 软件模拟
2.1 Ecotect Anaysis 软件介绍
Ecotect Analysis软件是一款十分灵活的建筑热学、光学及声学分析软件，它采用有限差分法，利用网格将分析所在平面根据用户需要分割成多个分析单元，对每一节点进行分析。该软件可基于太阳辐射强度、建筑热工参数等，通过用户导入的气象信息参数，分析出模型的采光，其使用简单，计算速度快，可视化程度高[5][6]。
2.2 Ecotect Analysis软件建模
本实验按照实际模型尺寸在Ecotect Analysis中进行1：1建模。由于采光系数与围护结构材料无关，故未设定计算机模型中各围护结构材料参数。其模型见图3。根据实验情况，实验所用照度计工作面为水平面，故模拟采用水平网格进行分析。由于围护结构对采光会有比较大的影响，故采用非吻合尺寸的网格，网格边缘距离围护结构一定的距离。网格采用2470×1875尺寸，x方向20格，y方向16格，距天花板100mm、距地面100mm各一个，分别进行分析。大致位置见图4。
2.3 Ecotect Analysis模拟结果
模拟选用测点为网格各边向内2个单元格，与实验测点对应位置。在对各点进行计算机计算后，生成图像见图5-图12。图像内颜色深浅均为相对深浅度，各图像之间无关联。
根据图像内数据，整理各测点照度值，见表3和4。
3 Ecotect Analysis模拟准确性分析
将模拟结果与实验数据进行对比，除去几组反常数据，二者相对误差见图13。
经过实验数据与模拟数据的对比，在分析相对误差散点图后，可以看出，从数据上分析，人工天穹照度实验数据与Ecotect Analysis对同一模型的数据相对误差基本控制在55%以下，在可接受范围内，集中分布在20%附近，由此可以初步得出，模拟数据具有参考价值，基本符合客观事实，实验与模拟得出的整体照度分布符合理论研究，在其后的相关研究中，该软件得出的结论具有可信度。
4 结束语
本文将Ecotect Analysis软件采光模拟结果与人工天穹实验结果进行了比较，从客观上验证了Ecotect Analysis采光模拟数据具有参考价值，可用于建筑天然采光的设计及优化，下一步的工作将是运用Ecotect Analysis分析实际建筑的采光效果并进行优化设计。
参考文献：
[1]天正软件.天正采光软件_天正绿色建筑系列_天正软件-面向设计，表现自我[EB/OL].http：//tangent.com.cn/cpzhongxin/lvjian/1001.html，2018-11-29.
[2]鸿业软件.鸿业建筑采光模拟分析软件HY-Daylighting V2.0
[EB/OL].http：//www.hongye.com.cn/down/show.php？id=1255，2018-03-15.
[3]王玥，李焕，董宇.绿色建筑方法在保障性住房设计中的应用[J].绿色科技，2015（1）.
[4]任跃.人工模拟天穹及建筑模型采光实验探讨[A].中国建筑学会建筑物理分会.城市化进程中的建筑与城市物理环境：第十届全国建筑物理学术会议论文集[C].中国建筑学会建筑物理分会，2008：4.
[5]袁海波，熊亮，夏庆义，等.Autodesk Ecotect Analysis 2011绿色建筑分析应用[M].电子工业出版社，2012.
[6]谢晓东，吴明华，原如冰.Ecotect Analysis和Radiance自然采光模拟的对比研究[J].低碳世界，2015（1）.
