基于TRIZ 理论的自然采光调节装置的创新与应用

　　内容摘要：我国《住宅建筑规范》GB50368—2005和《城市居住区规划设计规范》GB50180—93（2002年版）规定，不同气候区的住宅日照需满足一定条件。以哈尔滨为例，寒地地区居住建筑大寒日满窗日照不小于2小时，根据实际调研，多数住宅无法满足基本日照要求。我们以阿奇舒勒的TRIZ理论为依据发明了自然采光调节装置，从而延长了室内的采光时间和采光量。

　　关键词：日照采光，TRIZ理论，社会调研，调节装置

　　

　　1居住建筑采光的基本情况调研

　　调查表明，寒地居住建筑大都存在室内日照不足的问题。随着生活水平的不断提高，人们对居住质量的要求也有显著的提高，寒地居住建筑内接受到的直射太阳光照时间已经不能满足人们生活和生理卫生的需求。但由于城市住宅用地有限和其他外界因素的限制，不能保证所有居住建筑内都拥有足够的自然光照射，所以我们创新发明了自然采光调节装置来解决这一问题。

　　2采光调节系统介绍

　　自然采光调节系统顾名思义，我们根据太阳角度的变化，应用日光追踪原理，自动调节装置角度，通过反射和折射，增大或减弱室内的采光量，延长或减少日照作用的时间。有效利用太阳光也是现代绿色建筑所研究的重要课题。然而我们发现北方寒地高纬度地区太阳高度角较低（哈尔滨为例）阳光大部分时间为偏射，照射到建筑的外墙表面，而不能通过窗户直射到室内。尤其是在住宅区存在着严重的楼体遮光现象。我们希望发明一种采光装置在不增加窗户的复杂性及普遍适用的条件下，为北方地区居民增加室内入光量及延长自然光照时间。

　　我们通过研究寒地居住建筑中存在的普遍室内采光问题，从生态环保的角度利用调节系统以增强室内阳光照射度，改善居住条件。装置组装简单，采用轻质材料，便于安装移动。采光装置可根据使用者得需求采用遥控转动来迎合太阳光转动，可以按照使用者的意愿将阳光采集到室内的任意位置。

　　3国内外的采光现状

　　目前国内外对建筑室内采光问题的解决只局限于大型建筑及大面积整体墙体采光上，这些方法都利用了顶尖的技术，存在造价高、安装使用维护难度大，不适用于每户居民，难以运用到普通住宅中。

　　4TRIZ理论的应用

　　4.1TRIZ理论的整体物场分析

　　通过对北方地区生活中对室内进光量（即自然光照射于室内的时间）的分析与思考。我们把窗户作为观察的系统来看，窗户在我们的生活中不可缺少，然而我们发现北方地区自然采光时间较短的现象，我们希望可以通过窗户接收到更多角度的太阳光，甚至偏射下来的阳光，延长可照入室内的太阳光，达到国家住宅采光标准并为居民提供更舒适的室内环境。因此我们需要窗户可以自动接收阳光，并感受阳光的角度自动调节本身形状或角度，以接收角度不同的光线，解决住宅南朝向上下午及东西朝向中午采光不足的问题。

　　4.2TRIZ理论的矛盾提取

　　我们总结出\"窗户一天中可接收到阳光的时间\"与\"窗户的复杂性\"之间的矛盾，其核心矛盾为TRIZ理论中的技术矛盾，即我们既希望窗户在太阳东升西落的过程中接收到阳光的时间，也就是窗户发挥采光作用的服务期延长，又不希望增加窗户的复杂性。我们通过运用TRIZ的矛盾理论与矛盾矩阵表，对系统矛盾进行描述及定义，确定设计系统中应改善的参数和恶化的参数，\"运动物体作用时间VS装置的复杂性\"。

　　4.3TRIZ理论的基本原理应用

　　在TRIZ矛盾矩阵表中确定可用的原理，其核心TRIZ发明原理为预先作用原理和动态特性原理。采光调节系统预先作用在日常使用的窗户上，当有斜射来的阳光时可经过反射收集到室内，增大照射深度，体现了预先作用原理。动态性原理则应用在此采光系统将会通过遥控转轴方法自动变换反光板的角度，进行日光追踪，延长阳光作用于窗户的时间，解决了住宅因阳光角度过偏导致无法接收的问题，增加自然光的利用率。我们在实践的过程中运用TRIZ理论不断对矛盾进行定义，再定义，不断运用TRIZ理论解决新的冲突进而完善。

　　5技术特点：

　　1.利用反光材料，通过反射，可将来自不同方向的太阳光反射到室内

　　2.减弱正午时刻太阳光强度，增大太阳光的照射深度

　　3.采光板连接转轴处可遥控调动，进行日光追踪，迎合来自不同角度的太阳光

　　4.采光板选用环保可回收材质，外观设计新颖，能增强建筑外观效果

　　6技术创新：

　　本项设计可将斜射来的阳光经过反射收集到室内，并增大照射深度。此外此采光系统也将延长室内自然光照射时间，增加自然光的利用率。为北方寒地居民生活提供更长时间的自然光，并减轻城市中密集楼群遮挡阳光的程度，为居民生活提供更舒适的条件。

　　7哈尔滨小区调研

　　我们还对哈尔滨地区居住建筑的采光情况现状进行了调研，对哈尔滨市河松小区、河政花园、锦江绿色家园、闽江小区，宣庆小区等进行的实地采访调查，发现多数住户的居室无法达到日照需求，并渴望改善日照环境。

　　通过对小区内居民发放调查问卷以及现场采访的形式，我们发现，不同年龄段的居民对室内采光条件的需求有所不同：年轻人主要是早上9点之前及晚上5以点后在室内活动休息。老年人在室内的时间则比较多，特别在冬季，因此他们希望能有更加稳定以及更长时间的室内光照来满足身体健康的需求。而对于不是正南正北朝向的建筑，绝大部分房间在正午时间都不能得到阳光直接入射，东西朝向的户型这种情况则更加严重。

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