《Energy and Buildings》：Hybrid daylighting strategies for deep classroom space: integrating horizontal light shelves and tubular daylighting devices in hot arid climates
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深平面教室在炎热干燥地区采用TDD与LS混合系统提升日光性能，实验与模拟表明混合系统能实现100%均匀度（sDA）和零眩光（ASE），有效解决传统侧窗采光深区渗透不足及眩光问题。
阿卜杜勒哈基姆·梅斯卢布（Abdelhakim Mesloub）| 穆罕默德·马沙里·阿尔奈姆（Mohammed Mashary Alnaim）| 里姆·哈夫纳维（Rim Hafnaoui）| 阿里特拉·戈什（Aritra Ghosh）
沙特阿拉伯海勒大学（University of Hail）工程学院建筑系，海勒 55473
摘要
尽管科学家们设计了多种创新的日光照明系统技术，以平衡太阳控制和可持续发展的目标，但在炎热干燥地区建立的许多深平面教室仍然容易因眩光和日光渗透不足而导致视觉不适。此外，光架（Light Shelves, LS）和管状日光照明装置（Tubular Daylighting Devices, TDD）以其提供和重新导向日光的能力而受到认可。然而，它们在解决这些地区的光照均匀性和透射率方面的综合效果尚未得到充分研究。本研究探讨了一种混合型的TDD-LS系统，作为传统侧照教室的替代方案，以填补这一知识空白。通过夏季和冬季至点的实地照度测量验证了仿真模型的准确性（R2 = 0.994），结果表明单个TDD在超过1米的距离上会损失89%的透射光，这进一步凸显了开发协同方法的必要性。使用Climate-Studio Radiance软件根据LEED v4.1的日光标准（sDA、ASE）以及WPI、UI、DGP对五种日光配置进行了全面的光照模拟：一种参考模型（RM），其窗户垂直朝向；两种独立的LS配置（LS1高度为2.35米，LS2高度为1.9米）；以及两种结合了TDD和LS的混合配置。研究结果表明，混合配置满足了LEED标准，sDA为100%，ASE为0%。此外，UI在整个深区域显示出更好的均匀性，其值从RM的0.16和独立LS配置的0.30提高到了TDD+LS1配置的0.57。眩光分析显示，混合配置在整个运行过程中都表现出不可察觉的眩光（DGP < 0.40），而RM在窗户附近则出现了令人不适的眩光（DGP > 0.45）。这种混合技术旨在通过结合TDD的全向光捕获特性和LS的低角度反射，解决炎热干燥教室中日光深度与舒适度之间的根本矛盾，从而为教育设施提供一种一致且适应气候变化的设计策略。
引言
在高温地区，深平面结构对可持续日光照明设计提出了重大挑战。需要在两个相互竞争的目标之间取得平衡：一方面是限制太阳热量的吸收和减少影响使用者舒适度的眩光以及增加冷却负荷；另一方面是确保充足的日光，以提高使用者的视觉舒适度和学习效果，并节省能源。因此，结合被动日光导向装置和专门用于内部深区域的导向装置的混合日光照明技术成为一个有吸引力的选择。本研究重点关注设计一种混合方法，将管状日光照明装置（TDD）和水平光架（LS）结合使用，以增加炎热地区建筑类型中的日光深度和均匀性。
有三个因素有助于这种集成：高立面处的水平光架可以将入射的高角度阳光转化为漫射光，使其深入房间；TDD可以将日光从侧开口或屋顶传输到立面窗户范围之外的远距离区域；如果战略性地结合使用，这种协同效应可以提高日光性能指标，并提升高度依赖人工照明的空间的视觉舒适度。上述两种日光照明技术的设计和性能已在深平面教室中进行了测试，其结果可用于填补教育建筑室内环境质量和使用者福祉方面的知识空白，特别是在炎热、干燥和干旱的气候条件下。
参考文献
在教育机构中提供充足的日光非常重要，因为它可以提高学生的学习表现和舒适度，并减少对人工照明的需求[1][2][3][4]。随着教室和其他教育空间变得更深，确保均匀的日光分布非常具有挑战性。这在炎热地区尤为重要，因为深而宽的立面会导致过量的太阳热量吸收和眩光，从而增加光能消耗[5][6]。
方法和材料
为了评估TDD的工作面照度（WPI）和实际天空条件下的相应日光分布，进行了现场测量。通过将缩放物理模型的实际性能与TDD仿真结果进行比较，从而全面评估了该系统的日光照明性能，并验证了Radiance软件（Climatestudio）的准确性。因此，对海勒大学深平面教室的日光照明进行了数值模拟分析。
现场测量结果
图6展示了夏季和冬季至点时SolaMaster? 160-DS TDD的WPI分析结果，由于太阳角度和TDD的扩散器尺寸以及年度可见透射率（VT-annual = 0.40）的不同，性能存在显著差异。在夏季至点，当正午太阳高度为84°时，这个30厘米长的管状系统将明亮的阳光直接引入教室。
结论
混合日光照明系统通过智能集成互补的光学功能，解决了深平面、炎热干燥教室中日光渗透与眩光减少之间的根本矛盾，这些功能是单个系统无法单独实现的。从实证数据和仿真数据中得出了以下重要结论：
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与RM的sDA300 lux为72.8%和ASE为15.5%相比，TDD+LS2配置的sDA(≥ 300 lx, ≥ 50% occupied hours)为100%，ASE为
CRediT作者贡献声明
阿卜杜勒哈基姆·梅斯卢布（Abdelhakim Mesloub）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、软件应用、方法论、概念化。穆罕默德·马沙里·阿尔奈姆（Mohammed Mashary Alnaim）：撰写 – 审稿与编辑、可视化、资源收集、方法论、调查、数据整理。里姆·哈夫纳维（Rim Hafnaoui）：撰写 – 审稿与编辑、可视化、方法论、概念化。阿里特拉·戈什（Aritra Ghosh）：撰写 – 审稿与编辑、可视化、方法论、概念化。
资金支持
本研究由沙特阿拉伯海勒大学的科学研究部门资助，项目编号为RCP-24 145。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
