【摘要】相同水平投影面積的平天窗比同樣大小的其他天窗采光效率高，但易引起眩光的問(wèn)題。本文探討了建筑設(shè)計(jì)中避免平天窗可能引起的眩光問(wèn)題而采取的措施，提出改善平天窗眩光效果的建議。

【關(guān)鍵詞】平天窗；眩光；建筑節(jié)能

1.平天窗的概述

建筑中心采光是通過(guò)天窗實(shí)現(xiàn)的，平天窗是指直接安裝在建筑屋頂平面， 以透光材料為頂蓋的天窗。平天窗具有采光效率高、布置靈活、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便和造價(jià)便宜等優(yōu)點(diǎn)。

平天窗的水平投影面積比同樣大小的其他天窗的投影面積要大，因此采光效率高。一般平天窗只適合以全云天為主的光氣候區(qū)，如重慶，夏季陽(yáng)光強(qiáng)烈的地區(qū)應(yīng)避免使用。平天窗最佳的窗地比在5%～10%之間。根據(jù)玻璃的透光率、天窗的設(shè)計(jì)、所需的照度、頂棚高度等因素，及建筑內(nèi)是否有空調(diào)，窗地比可以更高。

2.平天窗的眩光問(wèn)題

為了避免平天窗可能引起的眩光問(wèn)題，可采取以下措施（圖1）：選擇低可見(jiàn)光透射比的玻璃；利用墻壁、水池、雕塑、地板、反光百葉等漫射表面擴(kuò)散光線；將采光口設(shè)計(jì)成喇叭口狀；對(duì)天窗進(jìn)行季節(jié)性遮陽(yáng)。

2.1反光板

平天窗冬季接受的太陽(yáng)輻射很少，而夏季溫度高峰時(shí)卻接受大量的太陽(yáng)輻射帶來(lái)的嚴(yán)重能耗問(wèn)題。季節(jié)性調(diào)解的室外反光板、遮陽(yáng)板可以解決這一問(wèn)題。它在夏季可以遮擋直射陽(yáng)光，并將屋面反射的漫射光線折射進(jìn)室內(nèi)，而在冬季可以增加進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)光線，利于采暖。

利用室內(nèi)反光板將入射光線折射到頂棚表面，使頂棚成為面積較大的間接光源，或在天窗下設(shè)里格柵，這些措施都降低了光源與背景之間的對(duì)比，可以改善平天窗的采光效果，避免眩光。倫佐·皮亞諾事務(wù)所設(shè)計(jì)的Menil美術(shù)館采用了室內(nèi)反光板，不但柔化了上方平天窗投射下的光線，并且形成了輕巧起伏的頂棚表面，成為建筑室內(nèi)外最具特色的構(gòu)成元素。路易斯·康設(shè)計(jì)的金貝爾美術(shù)館帶形天窗下運(yùn)用了室內(nèi)反光板，這是個(gè)很好的采光策略。但遺憾的是，由于反光板離采光口太近，并且室內(nèi)沒(méi)有進(jìn)行白色粉刷，而是保留了清水混凝土的表面，所以采光效果并不盡如人意。

2.2百葉

理麥德·邁耶事務(wù)所設(shè)計(jì)的蓋蒂美術(shù)館采用了大面積天窗獲得自然光線。為了避免眩光，天窗采用了可見(jiàn)光透射比低至35%的無(wú)色玻璃，其上還設(shè)計(jì)了一個(gè)太陽(yáng)控制系統(tǒng)，通過(guò)外部百葉調(diào)節(jié)光線。百葉由一個(gè)定時(shí)器控制，根據(jù)季節(jié)和時(shí)間調(diào)整位置。室外的光傳感器將天空和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，然后將百葉轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)設(shè)的位置，并保持1～2小時(shí)，空間內(nèi)的光線會(huì)有些許變化，但百葉的角度絕不會(huì)讓直射陽(yáng)光進(jìn)人展室。設(shè)計(jì)階段利用模型進(jìn)行模擬，最終到達(dá)了滿意的效果，在一年中大多數(shù)時(shí)間里都可以利用自然光線作為主要的光源。

2.3采光井

采光井是建筑中穿透一層或多層的垂直開(kāi)口，目的是為相鄰區(qū)域提供自然采光。平天窗和采光井結(jié)合，有利于消除眩光，其優(yōu)點(diǎn)還在于可將光線從屋頂引入到建筑低層不易采光的區(qū)域。然而，采光井壁的多次反射會(huì)吸收光線，降低進(jìn)入室內(nèi)空間的光線亮度。光線折減的系數(shù)和井壁的反射比及采光井的形狀有關(guān)。狹高的采光井光線衰減較嚴(yán)重。

圖2表示了不同的采光井指數(shù)（WI）和采光井效率的關(guān)系。WI表示了采光井的深度和形態(tài)，由以下公式得來(lái)：

由橫軸上讀出的光井指數(shù)向上移動(dòng)，在與采光系數(shù)斜線的交點(diǎn)處水平移動(dòng)，在豎軸上讀出采光井的井壁檔光折減系數(shù)。根據(jù)天窗大小確定的采光系教和所得到的分?jǐn)?shù)相乘，得出的才是實(shí)際的采光系數(shù)。如果采光系教是4%，而井壁擋光折減系數(shù)是0.60，那么修正后的采光系數(shù)就應(yīng)該是2.4%。因此，采光井的效率越低，要提供相同的照度，需要的天窗面積越大。

采光井做成傾斜的，可以增加采光量，并且眩光也更少，光線更均勻。隨著屋頂結(jié)構(gòu)厚度（即屋面板到頂棚距離）的增加，采光井壁的角度對(duì)提高采光效率的作用越明顯。

Moshe Safdie設(shè)計(jì)的加拿大國(guó)家美術(shù)館中，采光井從拱頂一直延伸下來(lái)，將天光引入到建筑底層。由于該采光井非常狹高。光井指數(shù)高達(dá)約3.0，因此井壁采用了高反射比的鏡面材料——鍍銀的聚酯薄膜，使該美術(shù)館在全陰天不啟用人工照明的情況下，仍能獲得滿意的采光效果。

2.4斜天窗

為了改善冬季和夏季的光線平衡，還可將天窗設(shè)計(jì)成斜天窗，朝向北面或南面（圖3）。這時(shí)，光線的分布更接近側(cè)窗采光，理論上其采光效率會(huì)隨著屋頂坡度降低。但是由于有些地區(qū)平天窗積塵污染嚴(yán)重，所以實(shí)際應(yīng)用中斜天窗反而更利于采光。

當(dāng)南向斜天窗坡度大于當(dāng)?shù)鼐暥燃?3°，北向斜天窗坡度等于緯度加23°時(shí)，天窗接受光線最多，而通過(guò)天窗進(jìn)人建筑的直射陽(yáng)光最少，不需要考慮控制太陽(yáng)輻射。應(yīng)避免朝向東西的斜天窗，否則必須考慮遮陽(yáng)。

天窗設(shè)計(jì)是一個(gè)技術(shù)上比較復(fù)雜的課題，不但涉及到各種光學(xué)知識(shí)和節(jié)能技術(shù)，而且與建筑的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和材料技術(shù)也是密切相關(guān)的。隨著建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，天窗形式不斷變化，成為實(shí)現(xiàn)不同藝術(shù)目標(biāo)的有效工具。

3.小結(jié)

隨著新技術(shù)、新材料的不斷應(yīng)用， 結(jié)構(gòu)形式越來(lái)越先進(jìn)， 合理改善平天窗的眩光問(wèn)題，優(yōu)化平天窗的氣密性、水密性、通風(fēng)、除塵等性能。平天窗的種類形式也必然會(huì)越來(lái)越多， 更加美觀多樣、絢麗多彩。

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