日光分析:SketchUp結合Sefaira、Curic Sun與V-Ray

本篇將介紹如何運用SketchUp和相關軟體如Sefaira,Curic Sun與Vray對建築中庭進行日光仿真模擬分析,同時介紹如何優化中庭設計獲得最佳採光效果。

需要用到哪些軟體?

需要用到一些免費和類似軟體,它們均可以通過擴展商店找到:

  1. 能源與光照分析軟體Sefaira
    (SketchUp Studio內含有Sefaira,或申請SketchUp試用,可同時進行Sefaira 30天試用)
  2. 太陽運動軌跡模擬外掛程式Curic Sun
  3. V-RAY照明分析模組

目標是什麼?要做哪些工作?

這次的目標是:擁有一個日照充足的中庭,它既是辦公室內部的視覺焦點,又能給員工提供聚集,休閒及舒適的採光空間。所以我們將找出並優化以下內容:

  1. 陽光何時會射入中庭
  2. 光線會照射到中庭的哪些部位
  3. 中庭的日光強度是多少

模型設置

首先確保模型包括了所有周邊環境。包括周圍的建築物、地形和景觀,這些都會對你的建築採光產生影響。您可以透過類似的PlaceMaker和CADMAPPER這樣的第三方外掛程式獲得環境地形和周邊建築模型 。

不要忘記對模型進行地理定位,使太陽可以正確地在天空中運動。在本案例中,該辦公樓位於亞特蘭大市中心。

這個中庭一年四季能受到幾小時太陽照射?

首先,我們將使用Sefaira進行光照分析。切記將主建築物與其他建築物分開成組,然後在該組內設置,主要包含兩個步驟:

  1. 檢查模型是否為實體
  2. 設置分析問題,日期和時間

檢查模型是否為實體

確定已經指定了要分析的特定和樓面

當下要分析的問題:大約上午9:00至下午5:00,建築中庭是否能滿足三小時的日光直射?(並照射到哪裡?)

上圖顯示為中庭裡從上午9:00到下午5:00的整個全天中至少有三小時的陽光直接照射的百分比。看著還不錯,但是它沒有指出更具體的時間和位置。
那麼,每個月我們中庭中的哪個位置至少有一個小時的陽光直射呢?

噢哦,這麼看起來我們的中庭日照不足,這個中庭只適拿來種蘑菇,這對員工的健康非常不利呀,這是怎麼回事呢?

分析結果:

  • 一年中有四個月,中庭沒有直射陽光!
  • 另外有兩個月接收的陽光很少
  • 中庭的一邊比另一邊能夠獲得更多的日光照射

等等,它的實際意義是什麼?或者說,什麼時候在哪裡我能享受到日光照射,那應該是什麼樣子的呢?

現在我們將使用Curic Sun這個外掛程式來解開這個謎團。CuricSun可以依據你的設置地點,創建一個太陽視運動軌跡圖,並能直觀地展示太陽的運動過程。有兩點需要注意:
天球大小要設置為一個合理的數字(在本例中2x是最好的比例值)
將天球中心指定到中庭的位置,然後,我們來看下太陽在一年中某個特定時間的運動情況。如,一年中每天早上9:00的太陽光的軌跡是什麼樣的?

觀察結果:在一年中任何一天的早上9點,中庭內部幾乎沒有直射陽光。只有在6月份,早上9點的陽光直射最靠近中庭。

太棒了!Curic Sun可以計算出所有上午9:00到下午5:00之間的日照結果嗎?沒問題。

結果:透過太陽移動,我們可以直覺地看到陰影不斷移動。但是我們無法讓中庭滿足日照需求,充足的日照時間及足夠的受光面。

是時候狂改設計了!我們可以一直重複以上分析過程對設計不斷更新迭代,以找到一個可以更好地利用日照的結果。你會發現可能會面臨多種選擇,不同的方案會各有優缺點 ,但是所有這些過程數據都是無價的。

最後我選擇的一個比較理想的方案是把中庭抬高兩層,並把整棟建築降低一層。現在一年之中我們會有更多的時間享受日光。

好吧,我們的設計已經快速成熟起來了。當前中庭已經有了足夠的日照,但是不是又太過頭了?我能做些什麼來遮擋一些中庭北邊過多的直射呢?

讓我們豐富一下庭院設計。以下是中午景點在SketchUp中的陰影研究範例演示

現在庭院中有一大塊明亮區域,如果打開顏色的話看起來像什麼?

看起來很棒!但是光線似乎太亮了,對比度也過高,讓我們在V-Ray中渲染出照片真實呈現,看看它是什麼樣子的。

因為關掉大樓裡所有的人工燈光,所以現在對比很強烈,這樣可以只觀察日光的影響。這裏實際的照明度是多少勒克斯?記住,晴天一天的照度大約是10000勒克斯,而在炎熱, 晴朗的一天,直射陽光大約是100000勒克斯。我們假設一個非常晴朗的天氣,有一個特別晴朗的天空,看看極端情況下會是什麼樣子,並使用V-Ray的照明分析模組進行模擬。

在這張圖上藍色區域大約有8000勒克斯,紅色區域大約有75000勒克斯。這個結果還可以接受,但中庭仍然會有些曬,需要增加一點陰涼來解決這個問題,讓我們來種點植物吧。

上圖為分析效果

上圖為實際效果

白天當光線在中庭的北邊移動時,這棵樹會遮擋住中庭的北部,它能確保至少50%的中庭在任何時候都能有陰涼遮蔭,不會過熱!

現在你已經設計了一個最佳日照效果的中庭,接下來繼續完善其他的設計吧!

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