Con fe re nce o n Ch in a Tech nolog ical D e ve l o pm e n t o f Re n e w a b l e
E ne rg y Source，2010
Optimized Method of Using Natural Light When
Designing Multimedia Classroom and Report Hall
1
Zhenxia LI u．Tianxing SHEN
J．Sc h oo l ofArch ite ctu re,71anj in Uni vers ity,lla njin300072,C hin a；
2．S c ho o l ofArch it ect ur e a n d A r t Desi gn，H eb e i Un iv e r si t y ofTechnology,lianjin 300132，Chin a
E-ma il：l zxl203@126．c om，tx sh en@163．tom
Ab st ra ct：He re，se ve ra l design metho ds Wa S put forward，which includes canceling part of front side-window, designing s i ll reflector,and determining the orientation of window scientifically．In d
oing SO，natural lighting will be utilized adequately．Then the natural light environment of mulfimedia claSsroom will be improved S O as to meet the multimedia teaching．
Ke y wo r d：Mu l ti m ed i a cla ss ro om；Na t ur al light environment；Method of design
李振霞“2，沈天行1
1．天津大学建筑学院，天津，300072
2．河北工业大学建筑与艺术设计学院，天津，300130
E—mail：lzxl203@126．com，E-mail：txshen@163．com
摘要：对多媒体教室及报告厅采光设计难点及存在的问题进行了分析，指出多媒体教室天然采光利用的主要难点在于屏幕清晰度差、桌面照度均匀性差、尤其是大进深教室远窗点照度低，进而提出取消前部侧窗采光1：2、设计窗台反光板、科学确定采光口朝向等采光口优化设计方法并进行了实验验证。 经优化设计后，教室的天然光环境质量有利于满足多媒体教学需要，可促进教室天然采光的利用。
关键词：多媒体教室天然采光设计方法
带写字板的椅子(必备)、视频展台、多媒体计算机(必备)等设备，0引言
以通过大屏幕投影将教师事先准备好的数据、文字、天然采光对师生的身心健康及建筑的可持续发展图形、声音、图像等形式的教学信息展示给学生的方具有重要的意义。然而，目前很多多媒体教室未能解式来进行教学的教室。与之功能相近，光环境要求相决好天然光下清晰观看屏幕的问题，例如，有些教室似的部分报告厅也归于此列。
设计有采光口，但天然光质量欠佳，影响多媒体使用
1．2采光设计要求解析
效果。有些则不开窗，完全舍弃天然采光转而寻求人
工照明，多媒体教学普遍在人工照明下进行。这不但多媒体教室与普通教室相比较，二者在天然采光会影响师生身心健康，浪费照明用电，同时对采暖、设计方面既有区别，又有联系。在多媒体教室(报告‘空调的能耗形成了多重浪费。如何解决此问题，作者厅)里，光环境既要满足桌面阅读、书写、笔记等传做了一些初步的探讨。统的使用要求，又要保证大屏幕投影的清晰度，详细
指标分解如下：
1多媒体教室天然采光设计难点及问题分析
(1)桌面：应具有一定的水平照度，满足短时间的阅
读、书写、笔记要求“’。
1．1多媒体教室的界定
(2)大屏幕投影：要求内容清晰可辨，视觉舒适。环
多媒体教室的硬件配置和教学功能多种多样。本境亮度高会使屏幕投影的清晰度变差。因此必须文所研究的多媒体教室定义为配置了大屏幕投影仪注意控制环境亮度担1。
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(3)其他：作为教室的多媒体用房，教师授课过程中为建筑形体的一部分。往往有辅助性的板书内容，需
考虑黑板(或白板)(3)改善大进深教室采光分布均匀度，提高教室光环处的垂直照度要求；讲桌附近的垂直照度要方便境质量学生看清教师的肢体语言，领会教师的讲课内容，据调查，高校新建公共教学楼教室规模有扩大趋讲桌的水平照度要求同课桌面。同时授课者也要势，部分高校新建的公共教学楼中，规模在100座以能看清听课者脸部的表情。上的教室占到教室总数的70-90％以上口3。教室规模的
扩大带来教室进深的相应增加。侧窗采光的教室进深1．3采光设计难点及问题分析
方向采光均匀度差，远窗点照度较低。有效提高侧窗(1)邻近工作面的采光要求存在矛盾采光教室远窗点照度水平成为采光设计的又一难点。
多媒体教室内屏幕与前排桌面、讲台在空间布置尤其是阶梯教室后部，桌面高度随台阶逐渐升高，侧上互相邻近(图1)，采光要求却互相矛盾——课桌窗窗台高度不变情况下，有的桌面高于窗台，部分侧面等工作面要求天然光照度保持在一个相对较高的窗窗口对桌面采光无效，这类教室后部靠墙处桌面照水平，而天然光形成的环境亮度越高，却越不利于屏
■i三ii三—三三ii i三jj|i i多媒体操作台
屏幕与黑板
观众坐席区
讲桌
I二一二一
图1多媒体教室平面布I示意：屏幕、讲台、多媒体操控台、观众区位置关系
Fig．1lay ou t of multimedia c l a s s r o o m
幕投影的清晰度。那么如何平衡邻近工作面互相矛盾度及采光系数最低，而且往往低于工作面的采光要求。
的采光要求，既能使桌面等处达到需要的照度，又保
2侧窗采光口的优化设计
证大屏幕投影的清晰度，是多媒体教室天然光环境设
计的难点之一。目前，多数多媒体教室天然光环境难为了改善多媒体教室天然光环境质量，充分利用以同时满足教室内多种工作面的使用要求。要么桌面天然采光，侧窗采光口设计必须解决好三个问题：
一，等处工作面天然光照度适宜，但屏幕环境亮度高，亮降低屏幕照度，改善屏幕清晰度，同时尽可能减小对度对比系数小，清晰度差。要么屏幕清晰度好，但桌其它工作面照度的影响；二，提高侧窗窗口采光效率，面照度低。改善室内照度分布，提高远窗点照度水平；三，减少(2)屏幕上严格杜绝出现太阳直射光斑屏幕位置太阳直射光影响时段，避免直射光严重降低
晴天时太阳直射光亮度过强，若直射光斑落在屏屏幕清晰度。幕上，将严重影响屏幕上投影的清晰程度，因此必须2．1侧窗采光口沿教室面阔方向的布置
严格杜绝在屏幕的任何区域出现太阳直射光斑。而事
实上，室内的直射光斑随着太阳在空中的运动不断地为使教师能看清学生面部，采光口不应设在学生变换位置和大小。要想避免运动的太阳直射光斑落在背后。一般地，教室侧窗沿教室面阔方向均匀布置或屏幕上并不十分容易。通常情况下，教室侧窗采用不设计为带形窗，教室面阔方向工作面采光均匀，照度透光帘幕遮挡掉直射阳光。但不透光帘幕遮挡掉太阳高。但这种设计做法不利于教室前部端墙处的大屏幕直射光的同时，还把对室内光环境有利的天空扩散光投影清晰。为此，教学过程中往往用帘幕等遮挡前部也排斥在外。窗的采光意义完全失去，只是简单地作采光口，以降低屏幕环境照度。因此，我们设想取消
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Con fe re nce o n Ch in a Te chnol ogica l
D e v el o p m en t o f R e ne w a bl e En er gy S ource，2010
教室前部侧窗采光口，改设为实墙面。考虑尽可能减前部侧窗可以有效降低太阳直射光对端墙的影响，而少对观众区桌面照度的影响，实墙墙段的长度应根据且能减小天空扩散光对端墙处的照度，对改善屏幕清第一排课桌到端墙的距离确定。晰度是有利的，同时对观众区工作面照度影响不大。2．1．1采光实验及结果分析2．1．2结论
若设建在天津市的框架结构教室平面尺寸为面阔沿教室面阔方向，宜取消教室前部侧窗，换句话木进深=14m*9m，层高4．Om，教室采光口布置如图2。说，教室前部设计为实墙面，以后尽可能减小窗间墙按照1：20的比例制作教室模型，教室内墙面及顶棚的宽度，可能的话，最好设计为带形窗。考虑教室第
一排课桌距离端墙一般达3m以上，前部实墙段的长
光反射比为0．7，地面为0．3。窗口朝南，分别选择阴
度可取3m-4m。
天和晴天对教室内各处采光系数进行测试。
实验结果表明，取消前部侧窗采光口后，端墙处2．2窗台设计
J二—————————一——————-——-————————————．，
圈2教室侧窗平、剖面设计及测点布置
Fig．2d esi gn of c l a s s r o o m a n d lay out of m e a s u r i n g p oin t
a取消前部3m侧窗(全‘火)，b i i7部3m外纵墙改例窗(令i火j．c}甜部3m外纵墙发侧窗r晴尺)
圈3不同采光设计方案的效果对比
Fig．3comp arison ofnatu ra l lighting b y different w i n d o w d esi gni ng
视野图
直射光斑面积减小(图3)。垂直面测点1采光系数降大进深教室远窗点常常是教室内照度最低点，工低幅度最大，仅为原来的15．6％，其次是测点I 1，为程设计中通常用提高侧窗高度的方法改善之。例
侧窗上沿提高至结构梁的底面，窗台亦相应提如将
原来的33．9％，其余测点采光系数也都有不同程度的
高等。
但是当侧窗上沿已经达到结构允许的最大高度时，提
下降，但下降幅度较小，尤其是教室远窗点工作面及
高窗台不但不能增加远窗点的照度，相反还会带来室教室后部工作面基本无影响(图4)。这说明取消教室内整体照度的降低。在这种情况下，可以尝试引入住
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宅中普遍应用的飘窗设计。适当增加窗台的宽度，提高窗台材料的光反射比，利用窗台对天然光
的反射，窗台反光板可以有效提高远窗点的照度。
裹1窗台反光板对提高室内远膏点照度的贡献
T a b-1t he illum in at io n of sites which fa r f r o m w i n d o w by sill 提高远窗点的反射光照度，从而提高远窗点的整体照
re f le c to r
度水平。窗台颜窗台光反射系数测点照度照度提高比率
黑0．12 38．3
22．7％2．2．1反光板对室内远窗点照度的影响实验米白0．52 47．0
已知一居室窗台高度、宽度，房间进深、净高等
设计参数见图5，实验测试结果见表1。由表1可
见，
热熔胶封箱机巅8．0096
嗡
芸
售l∈6．009l
3 3
I Il111垂直词
测点编号
■前部3m设侧窗●前部3m为实墙面
图4两种采光设计方案下教毫各测点采光系数对比(全云天)
Fig．4c o m p a r i s o n of f i g h d n g c oe f fi c i en t b y di ff e re n t w i n d o w de signi ng
2．2．2结论
大进深教室侧窗采光口宜适当增加窗台宽度，窗
台板选择光反射系数比较高的材料，以提高远窗点
工作面照度。窗台越低，对提高远窗点的照度越有
利。当阶梯教室桌面高度大于窗台时，这一做法还能
提高侧窗采光口的采光效率。
J
．、▲
h芋>，
围6天津市日影图
Fig．6 s u n shadow graph of Tianjin cit y
2．3采光口的朝向
田5窗台反光板对宣内远膏点反射光贡献示意
侧窗采光口的朝向直接关系到透过窗口进入室Fig．S reflect l i g h t b y sill w h i c h rea ch t he po int a w a y w i n d o w
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直射光，室内光环境照度稳定，屏幕照度较低，比较
容易满足屏幕清晰度要求，但不利于太阳直射光的充
分利用；
再次为东向，屏幕所在端墙全年无直射光，但热
舒适环境较差，上午时段室内大面积区域有太阳直射，
且太阳高度角低，易形成眩光。
西向为最不利朝向。屏幕所在端墙直射光影响严风力发电机安装
重，热舒适环境差，室内大面积区域有太阳直射，且
发热板太阳高度角低，易形成眩光。
图7窗口的张开角2．4锯齿形侧窗设计
Fig．7 opening angle of window
内的太阳直射光的影响区域和影响时段。下文中我们
把透过窗口进入室内的太阳直射光斑称为窗口落影。
可以通过棒影日照图的方法求得。天津市日影图见图
6。由于教室上课时段主要集中的8-16点之间，因
此，这里仅分析该时间段内太阳直射光的影响。设
教室平面如图2。窗口的张开角如图7，由于教室侧墙
的遮挡，直射光仅可能出现在阴影区以外的区域。
将日影图的原点置于窗口张开角的原点，改变教
图8锯齿形舅膏平面设计台风实时监控系统
室窗口朝向，图中端墙位置粗黑线代表屏幕，阴影区
是端墙受太阳
Fig．8 plan of zigzag window
直射光照射的时段。由图可直观地看出当教室朝向东或西，教室设锯齿形侧窗如图8，不同朝向教室受直射光的影响时段和影响区域。可将朝东的窗口转化为朝南，朝西的窗口转化为朝北。
比较透过各种朝向窗口太阳直射光对屏幕的影响侧窗采光口的这一变化，不但解决了东西向教室整体发现，教室窗口向南，屏幕位置在全年的部分时段可能光环境不良问题，而且使侧窗采光口平行于屏幕，出现太阳直射光，窗口南偏东有利于减少太阳直射光采光口位于屏幕前方，避免了屏幕位置出现直射光，的影响时段和影响程度，从南偏东45。到正东向，屏天空扩散光对屏幕的立体角为零，从理论上讲屏幕的幕及所在端墙位置无太阳直射光。南偏西向窗口屏幕环境照度仅仅由室内反射光照度形成，对降低屏幕的和端墙受太阳直射光的影响比正南严重。西向窗口尤环境照度极为有利。为了进一步降低对屏幕的反射光为严重。北向窗口教室基本无太阳直射光。综合考虑照度，提高屏幕清晰度，靠近讲台的第一个窗口锯齿教室内其它工作面光环境和热工环境，建议教室的朝侧墙内界面可采用光反射系数较低的深材料。需要向：指出的是，此做法教室在进深方向照度分布均匀度差，南偏东30。一45。为最佳，屏幕所在端墙全天上大进深教室远窗点照度低。后部锯齿形侧墙内界面宜课时段(8—16点)无直射光，同时冬季充分利用了9-15 采用光反射系数高的浅材料，以加强对远窗点的反点太阳热效应；射光照度，改善室内进深方向的照度分布。
其次为南向偏东30。一0。，利于室内心理和生理
3采光口优化设计方法小结
卫生，冬季采暖节能，热舒适环境较高，但屏幕所在
端墙在全年上午8—10点时段可能出现直射光；需要适1．取消教室前部(至少3m内)侧窗，换句话说，当的遮阳措施。教室前部(至少3m内)设计为实墙面，以后尽
再次为南向偏西0。一30。，利于冬季采暖节能，可能减小窗间墙的宽度，可能的话，最好设计为热舒适环境较高，室内心理和生理卫生，但屏幕所在带形窗。端墙在全年8—12点时段都可能出现直射光：2．教室窗台高度可降低到600mm，适当增加窗台宽
北向又次之，教室内全天上课时段(8-16点)无度，窗台面设计为反光板：窗上沿标高尽量提高，
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