劉群杰

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院貴州貴陽(yáng)550001）

自然光與現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)

劉群杰

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院貴州貴陽(yáng)550001）

自然光在人類的日常生產(chǎn)生活中扮演著極其重要的角色，如今，自然光又在建筑行業(yè)顯示出它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)師們對(duì)自然采光系統(tǒng)顯示出了前所未有的濃厚興趣，極大地提升了建筑采光設(shè)計(jì)的水平。本文首先分析現(xiàn)代建筑自然采光設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和影響因素，其次從建筑設(shè)計(jì)的場(chǎng)地選擇、布局規(guī)劃、建筑形式方面闡述設(shè)計(jì)方法，最后從窗的角度進(jìn)一步分析提高自然光利用率的設(shè)計(jì)方法。

自然光；建筑設(shè)計(jì)；窗

引言

現(xiàn)階段，建筑企業(yè)面臨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，為在競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境中贏得一席之地，建筑企業(yè)愈加關(guān)注建筑設(shè)計(jì)，并注意從優(yōu)化設(shè)計(jì)的角度節(jié)省能源，滿足人們的多樣化需求。在人們注重高生活品質(zhì)的背景下，要求以人們的需求為基礎(chǔ)，尤其是建筑采光設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮加大對(duì)自然光的利用力度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

1　現(xiàn)代建筑自然采光設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和影響因素

目前，在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中，“生態(tài)節(jié)能”是貫穿始終的設(shè)計(jì)理念，在采光設(shè)計(jì)方面，最大程度上利用自然光，用自然的力量改變建筑光熱環(huán)境始終是設(shè)計(jì)師的追求。經(jīng)過(guò)建筑師們不斷的探索與努力，對(duì)天然采光系統(tǒng)進(jìn)行不間斷的更新與改良，對(duì)自然光的各方面優(yōu)勢(shì)加以利用，代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑建造中對(duì)不可再生能源的大量使用與消耗。雖然自然光對(duì)現(xiàn)代建筑建造提供了許多便利之處，但同時(shí)必須認(rèn)識(shí)到，沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何處理的自然光，不僅不能在建筑中體現(xiàn)出它的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，反而會(huì)對(duì)建筑的內(nèi)環(huán)境造成不好的影響。因?yàn)樘?yáng)光中含有大量的紫外線，會(huì)對(duì)受到陽(yáng)光直射的建筑內(nèi)部的許多功能產(chǎn)生影響，也破壞了房屋的舒適感。比如，太多的陽(yáng)光直射會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)溫度過(guò)高，這樣反而影響室內(nèi)空調(diào)制冷，引發(fā)更多的電量損耗，因此，優(yōu)化采光設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

而采光效果是受到很多因素的影響的，如：建筑場(chǎng)地選擇、布局規(guī)劃、建筑形式、朝向等因素，而窗作為自然采光的重要方式，在建筑設(shè)計(jì)中受到廣泛關(guān)注，目前各種形式的窗不斷涌現(xiàn)，在很大程度上提升了其自然采光的性能，鑒于此，要想獲得良好的自然采光，在建筑設(shè)計(jì)中必須充分考慮這些因素，以優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2　現(xiàn)代建筑自然采光設(shè)計(jì)方法

2.1場(chǎng)地選擇

場(chǎng)地選擇是建筑設(shè)計(jì)必須考慮的因素，也是影響自然采光的重要因素。對(duì)此，在考慮建筑自然采光設(shè)計(jì)時(shí)所說(shuō)的場(chǎng)地不僅僅由水平二維尺度所構(gòu)成，需要在水平方向和豎直方向來(lái)拓寬場(chǎng)地的邊界，場(chǎng)地必須被視為三維對(duì)象，場(chǎng)地的邊界可以向下延伸至地下，向上則可以涵蓋天空和太陽(yáng)；同時(shí)也應(yīng)考慮包括周圍環(huán)境景觀、太陽(yáng)運(yùn)行、天空狀況和微氣候等場(chǎng)地因素。

2.2布局規(guī)劃

建筑布局規(guī)劃應(yīng)注重選擇以下幾個(gè)方面：①建筑朝向。我國(guó)南北方存在較大的氣候差異，基于此，在建筑朝向方面應(yīng)根據(jù)地理位置確定，如在北方地區(qū)，為獲得足夠的太陽(yáng)光線，建筑主體需朝向南。這種以太陽(yáng)熱輻射分布為基礎(chǔ)的建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)，不僅使建筑在冬季獲得足夠的熱量，而且在夏季還能最大程度地降低熱輻射。但是即使如此，北向設(shè)計(jì)也不可忽視，北向設(shè)計(jì)雖然在采光采暖設(shè)方面不如南向設(shè)計(jì)，但在照度的均勻性等方面明顯要優(yōu)于南向設(shè)計(jì)。因此，在建筑朝向設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理布局，取長(zhǎng)補(bǔ)短，如：為彌補(bǔ)北面朝向的建筑采光度不夠的問(wèn)題，應(yīng)在建筑的南向墻面設(shè)置反射率較高的材料，如鏡面、鋼板等。②在進(jìn)行建筑整體規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)分析影響采光的不利因素，包括主觀因素和客觀因素，如，在進(jìn)行建筑綠化面積規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在分析其光熱環(huán)境的基礎(chǔ)上合理布置，并明確建筑的采光標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化采光設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。③建筑體型的長(zhǎng)寬比。在南方，夏季天氣炎熱，因此，應(yīng)做好建筑的防熱設(shè)計(jì)，同時(shí)關(guān)注建筑節(jié)能，對(duì)此，可適當(dāng)減小建筑體型的長(zhǎng)寬比；而在北方地區(qū)，冬季寒冷，應(yīng)優(yōu)化建筑的采暖設(shè)計(jì)，同時(shí)注意暖通空調(diào)的節(jié)能，對(duì)此，可適當(dāng)增大與建筑體型的長(zhǎng)寬比。如果綜合考慮將采光設(shè)計(jì)，建筑長(zhǎng)寬比例較太小，會(huì)使得建筑內(nèi)部空間光線微弱，所以，建筑進(jìn)深不應(yīng)該太長(zhǎng)，而且要盡量將橫墻遮蔽減少。

2.3建筑形式

在建筑設(shè)計(jì)中，不同的建筑形式，其采光方式和采光率是不同的，因此，應(yīng)注意合理利用頂部采光和側(cè)向采光這些普通的采光方式，以創(chuàng)造出高水平的環(huán)境效果和人文體驗(yàn)。例如：對(duì)進(jìn)深較大的空間，可以在中部設(shè)置中庭和天井，將來(lái)自中庭的光線作為南北兩側(cè)的側(cè)窗采光的補(bǔ)充。又如：對(duì)于需要盡量避免直射自然光的建筑，可以設(shè)計(jì)較大的懸挑屋頂。在充分考慮建筑形式的前提下，還要考慮技術(shù)因素。例如：對(duì)于有天窗的建筑，可在天窗下面設(shè)置反射板，將直射自然光進(jìn)行漫射并控制眩光的形成，天窗的形式多樣，具體見(jiàn)圖1。又如：可以利用外部百葉窗遮陽(yáng)，內(nèi)部百葉窗來(lái)控制直射光、眩光以及熱量獲得量，并將帶有感光器的高性能熒光設(shè)施和可連續(xù)調(diào)節(jié)的明暗控制裝置結(jié)合起來(lái)，共同控制自然光、電燈和所需照度。此外，對(duì)大型公共建筑可使用幕墻形式，以提升其采光性能。例如：現(xiàn)階段，光電玻璃幕墻成為大多建筑設(shè)計(jì)師青睞的裝飾。與光電玻璃幕墻相比，傳統(tǒng)玻璃幕墻具有隔熱和保溫效果差、能耗大、存在光污染等缺陷。而光電幕墻則不同，其將發(fā)電、隔音、隔熱等功能相結(jié)合，既安全環(huán)保又起到裝飾作用，而且其將自然光能轉(zhuǎn)化成電能，避免光污染的發(fā)生，而且生態(tài)環(huán)保。

圖1　幾種形式的天窗

3　從建筑采光口——窗的設(shè)計(jì)角度具體分析自然采光就設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1窗的設(shè)計(jì)原則

3.1.1窗地比

經(jīng)研究表明，窗地比越大，人工照明消耗的電能就越少，建筑內(nèi)一年的關(guān)燈率也就呈上升趨勢(shì)，具體見(jiàn)圖2。這個(gè)現(xiàn)象是由于窗地比較大，建筑內(nèi)采光效果就會(huì)相對(duì)良好，進(jìn)而使得人工照明消耗電能大大減少。但是，從采光以及建筑采暖、制冷設(shè)計(jì)角度來(lái)說(shuō)，還需在窗地比大小方面仔細(xì)考慮和分析。在設(shè)計(jì)建筑的窗地比時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑的光度要求進(jìn)行采光設(shè)計(jì)。例如：在建筑對(duì)對(duì)采光量要求較高的情況下，可適當(dāng)擴(kuò)大窗戶面積，除此之外，優(yōu)化建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，使其實(shí)現(xiàn)保溫節(jié)能，以使室內(nèi)獲得較好的保溫效果。相反，若對(duì)建筑室內(nèi)的保溫隔熱效果要求較高，則可是適當(dāng)減小窗戶面積，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖2　側(cè)窗高度

3.1.2透光率

透光率和建筑室內(nèi)的均勻值是正比關(guān)系的，也就是說(shuō)，如果窗戶的透光性足夠好，透光率就會(huì)相應(yīng)的增加，照度均勻值也就會(huì)隨之而增高。因此，透光率較高，則在人工照明方面所消耗的電能就會(huì)大幅度減少，建筑節(jié)能的目的也就不難達(dá)到，這要求根據(jù)不同建筑功能要求，選擇不同形式的玻璃，以獲得理想的透光率，不同玻璃的透光率見(jiàn)圖3。

3.1.3位置、形狀

①窗的位置對(duì)自然采光也具有較大影響。在進(jìn)行建筑室內(nèi)采光節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮多方面的因素，比如，低窗位對(duì)光照值的增加作用應(yīng)仔細(xì)考慮，還要同時(shí)考慮光照度平緩時(shí)對(duì)人的視覺(jué)舒適度和視覺(jué)效果的影響。在建筑窗戶位置設(shè)計(jì)時(shí)，由于低窗位會(huì)使采光效果受到較大影響，所以，近幾年建筑窗戶位置隨著采光需要升高，但是位置高低各有其利弊。比如窗戶位置高，就會(huì)使近窗處的照度值大幅降低，而如果窗戶位置太低，則容易使人的視覺(jué)舒適度受到影響。所以，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況確定窗戶位置，以免影響到建筑功能。②建筑內(nèi)部空間的光照度值也會(huì)受到窗體形狀的影響。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，窗戶上沿的高度越高，光線也會(huì)在進(jìn)入室內(nèi)深度的方向上相應(yīng)增高。但是，如果將窗體的寬度隨高度增加，室內(nèi)的光照值就不會(huì)相應(yīng)增加很多。所以，在進(jìn)行窗戶形狀設(shè)計(jì)的同時(shí)，要考慮到窗戶瘦高形狀所帶來(lái)的采光效果，不同形狀的側(cè)窗光線分布見(jiàn)圖4。

圖3　不同玻璃的透光率

圖4　不同形狀的側(cè)窗光線分布

3.2反光板設(shè)置

在側(cè)窗設(shè)計(jì)中，為獲得良好的自然采光效果，可增設(shè)反光板。這種措施可使建筑在很大程度上獲得較為均勻的太陽(yáng)光照；同時(shí)，在建筑高側(cè)窗或或者其上部設(shè)置反光板，可降低近窗處的照度峰值。不僅如此，在側(cè)窗設(shè)置外反光板，還能使夏季熱量減少，從而將空調(diào)制冷所消耗的電能減少，同樣可以達(dá)到節(jié)能的目的。因此，在建筑采光設(shè)計(jì)時(shí)，可以對(duì)側(cè)窗進(jìn)行反光板的設(shè)置，進(jìn)一步改善室內(nèi)采光效果，降低能耗。

4　結(jié)束語(yǔ)

綜上分析，在建筑設(shè)計(jì)中，提升對(duì)自然光的利用率，不僅可提升人們的居住質(zhì)量，而且可達(dá)到節(jié)能的效果。鑒于此，本文從影響自然采光的因素出發(fā)，具體分析了建筑設(shè)計(jì)中場(chǎng)地選擇、布局規(guī)劃、建筑形式等設(shè)計(jì)方法，并重點(diǎn)從窗的角度闡述提升自然采光率的設(shè)計(jì)手法，以期為我國(guó)的建筑設(shè)計(jì)和節(jié)能提供一些參考建議。

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1673-0038（2015）14-0015-02

2015-3-17