本文是一篇建筑学论文，本研究通过深入的理论分析和系统的实证研究，对沈阳地区高校阶梯教室的自然采光设计进行了全面探讨。
1绪论
1.1研究背景
1.1.1自然采光的积极影响
众多医学与心理学研究已证实，自然采光不仅关乎视觉环境的舒适度，更深刻影响着人体的生物钟、睡眠质量以及心理健康。近年来，随着这些益处的逐渐凸显，各界对教学建筑中自然采光问题的关注度也日益提升。
自然采光能够提供视觉舒适的光环境[1]。近年来的光生物学、照明人体工效学研究表明，自然采光对人的视觉感知有积极作用，自然采光能为室内使用者提供了全光谱的自然光，与人工照明相比，具有更为出色的视觉舒适性[2]（如图1.1）。具体来说，自然采光能够提供更多的视觉信息，使得人眼能够更准确地辨认物体和颜色。能有效地减轻视觉疲劳，进而在保护学生视力方面发挥着积极的作用。且在自然光照明中，人们无需频繁调整眼睛的焦距或对光线进行适应，这显著减轻了眼睛的生理负担。此环境使眼睛能够保持一种更为自然与放松的状态，从而有效降低视觉疲劳的程度，为使用者提供一个更健康、舒适的视觉环境。
自然采光的重要性不仅局限于视觉上的提升，它对人体健康也有深远的影响。研究表明，合适的自然光可以调节生物钟和改善睡眠质量，进而影响人体的昼夜规律、新陈代谢、精力状态和警觉性等方面[3]。与未接受自然光照射的实验对象相比，缺乏自然光的个体往往会出现褪黑激素分布不足和睡眠时间不规律的问题[4]。这是因为自然光是调节人体昼夜节律的重要外部因素，它能够影响褪黑激素的产生，这类激素是调控睡眠和觉醒周期的关键。因此，确保适当的自然光接触是保持人体生理和心理健康的重要部分。
1.2研究目的及意义
1.2.1研究目的
本研究旨在深入探讨沈阳地区教学建筑中阶梯教室空间的自然采光优化设计策略。通过实地调研，本研究将详细分析沈阳地区教学建筑中阶梯教室光环境存在的问题，例如采光系数、照度与采光均匀度不足，采光系数波动大以及眩光等。针对沈阳地区特有的气候和建筑特点，本研究将通过模拟提出相应的采光优化设计策略，旨在解决上述问题，进而改善阶梯教室的自然光环境，最终提升学生的学习舒适度和视觉体验。
1.2.2研究意义
（1）理论意义
本研究专注于沈阳地区高校阶梯教室的采光问题，通过深入探究采光系数、照度及采光均匀度等核心参数，为阶梯教室的采光设计提供更为科学的依据。在详细分析沈阳地区阶梯教室的具体采光要求和标准后，本研究结合建筑学领域的静态采光理论，针对晴天和阴天两种天气条件，以及单侧外窗加走廊侧侧窗、单侧外窗加侧窗靠中庭间接采光、双面外窗采光三种不同开窗类型的阶梯教室，进行了系统的采光规律总结。此外，本研究还针对当前研究中较少涉及的采光均匀度问题进行了深入细致的探讨，力求填补这一领域的研究空白，为阶梯教室的采光设计提供更为全面的理论指导。
（2）实践意义
随着现代教育的不断发展，阶梯教室其大容量设计适应了现代教育的大规模需求，并为学生创造了集中的学习环境。阶梯教室的光环境质量，直接关乎学生的视觉健康与学习成效，因此，优化其空间自然采光设计显得尤为重要。本研究聚焦于沈阳地区教学建筑阶梯教室，深入探究并优化采光标准中的采光系数、照度及目前较少受关注的采光均匀度，旨在为改善阶梯教室光环境、进而提升实际教学环境提供科学的策略支持。这一研究不仅具有理论价值，更将为提升学生的学习体验和视觉健康，提供实践指导。为更深入了解沈阳地区教育建筑中阶梯教室的光环境状况，本研究将开展实地调研，详细探究晴天和阴天下阶梯教室的采光系数、照度以及采光均匀度的变化规律。这些调研数据将为未来的教育建筑设计提供更为精确的优化设计依据，从而更好地满足教学环境对光环境的需求，进而提升学生的学习体验和学习成效。通过本研究，期望从光环境的角度出发，为提升学生的学习体验和教育质量贡献力量，为学生的全面发展创造更为优越的条件。
2自然采光基础理论研究
2.1光气候和光环境相关理论
2.1.1光气候分区
在制定光气候分区时，除了考虑太阳高度角、日照强度、地理位置和云量情况外，还考虑了各地区全年太阳辐射总量。在我国，基于多种因素，全国被分为五个光气候区，采光条件从I区至V区逐渐降低。各个区域都均有的独特特征和标准。本文以沈阳为例进行研究，该地区属于第Ш光气候区（如图2.1）[41]。
上图可知，沈阳地区地处第Ⅲ类光气候区，沈阳地区位于高纬度地区，纬度越高日出时间越晚，日落时间越早[42]。且相较于其他地区，沈阳地区从冬季开始太阳高度角会逐渐开始降低，而且下午的太阳高度角远低于其他城市，从而导教室内所能接受的太阳辐射量减少即室内进光量减少，同时在室内近窗处产生眩光情况的时间更长，范围更大。
2.2自然采光质量评价指标
2.2.1采光系数以及标准值
采光系数是衡量室内采光量的重要量化指标。它表示在室内特定平面上的某一点，由全阴天空漫射光产生的照度，与相同时间、地点，在室外无遮挡水平面上由全阴天空漫射光产生的照度的比值[47]。这一指标有助于客观、准确地了解和评估室内的采光状况。自人们认识到自然光对室内环境的重要性以来，就不断寻求量化室内采光情况的方法。自19世纪末L.Weber和A.P.Trotter进行开创性研究后，随着建筑学的发展及室内环境质量要求的提高，采光系数的概念和应用得到了持续深化和完善。
采光系数的标准值主要依据建筑物的功能需求和使用场景来确定。这一标准的制定基于广泛的实地测试、科学研究和数据分析，同时考虑了不同地区、建筑类型及使用场景下的采光需求。设定统一的标准值不仅便于比较和评估不同建筑的采光情况，也规定了各种建筑类型和用途下，室内采光应达到的最低水平。此外，采光系数标准值的设定还旨在确保建筑内部的光环境既满足功能性需求，如阅读、写作和工作，又符合人们的舒适性需求，即避免过强或过弱的光线刺激[48]。
针对沈阳地区的教室、实验室和阶梯教室等教学空间，《建筑采光设计标准》明确规定了采光系数的标准值。在综合考虑沈阳的Ⅲ类光气候特点、建筑物的具体朝向、窗地面积比，以及室内表面的反射比等因素后，将这些教学空间的平均采光系数标准值设定为3%[49]（如表2.4）。此标准旨在确保学习空间拥有充足的自然光线，从而为学生创造一个良好的视觉环境，并充分满足其功能性需求。
3沈阳地区高校阶梯教室冬季自然光环境调研分析........................28
3.1沈阳地区高校阶梯教室调研方案..............................28
3.1.1调研目的与调研对象...................................28
3.1.2实地数据测量方法...........................29
4沈阳地区高校阶梯教室采光模拟设定研究.............................62
4.1沈阳地区高校阶梯教室自然光环境改善目标.................................62
4.1.1提高总体照度........................................62
4.1.2均衡室内自然光分布...........................62
5基于模拟的沈阳地区高校阶梯教室采光设计策略研究.................76
5.1方位设计.........................................76
5.1.1结合太阳方位设计.............................76
5.1.2结合建筑方位设计...........................78
5基于模拟的沈阳地区高校阶梯教室采光设计策略研究
5.1方位设计
5.1.1结合太阳方位设计
基于上述调研分析，上午自然光照度较弱，正午及下午眩光问题严重，应采用导光构件等措施平衡室内自然光照分布，创造更为舒适的学习环境。为深入全天不同时刻太阳方位对室内采光的具体影响进行模拟并为后续的设计策略提供坚实的理论基础，本研究将进行详细的模拟分析。模拟条件包括空间形态不变等的条件下以时间为主要变量。因此，模拟选择了8：30、9：30、10：30、11：30、12：30、13：30、14：30、15：30进行对比分析。值得注意的是，由于冬季日落时间大在16:18至16:30之间，此时已无自然光，因此未将此时段纳入测量范围。这样的测量时段选择旨在更科学地评估阶梯教室在白天主要使用时段内的自然采光和其他相关条件，从而为阶梯教室采光设计提供数据支持。通过确保其他参数的一致性，本研究旨在准确揭示全天不同时刻自然光对室内采光环境的实际影响（如表5.1）。
6总结与展望
6.2研究不足与展望
本研究在沈阳地区高校阶梯教室的采光优化方面取得了显著的进展，但仍有深化与拓展的空间。
（1）本研究为静态模拟，然而静态模拟有其局限性，它主要关注于特定时刻或条件下的光照状况，而无法全面反映全年不同季节与时段采光性能的变化。为了更深入地了解和优化阶梯教室的光环境，未来的研究可以着眼于动态模拟。模拟全年不同季节与时段的采光性能，从而更全面地评估和优化阶梯教室的光环境。
（2）虽然本研究针对沈阳地区常见阶梯教室选择12.6m×16.2m的开间进深尺寸规模，但在实际操作中，由于用地限制、预算考虑、功能需求、法规和标准以及设计审美等多种因素的影响，建筑师在设计时会面临多种挑战，可能需要根据实际情况调整阶梯教室的开间进深设计。此开间尺寸规模受限于具体条件和环境因素，在实际建设时需要因地制宜地进行调整，因此非普适性结论。
（3）本研究为聚焦于自然采光，然而人工照明在教室光环境中同样扮演着至关重要的角色。在实际使用场景中，自然采光与人工照明往往是相
