淺談建筑設(shè)計(jì)中自然光的運(yùn)用

郭星光 陳麗君

【摘要】本文通過分析自然光的作用，以及自然光與建筑設(shè)計(jì)的關(guān)系，綜合這些因素，闡釋了在設(shè)計(jì)建筑時(shí)利用自然光的有效手段。

【關(guān)鍵字】自然；建筑；建筑設(shè)計(jì)；自然光

中國(guó)古典文學(xué)家劉熙載曾經(jīng)提出：“書當(dāng)造乎自然。蔡中郎但謂書肇與自然，此立天定人，尚未及乎由人復(fù)天也?！边@里說明的是藝術(shù)的起源是從自然發(fā)源，由自然決定的，藝術(shù)家創(chuàng)造審美意向應(yīng)該回歸自然，而不露人工的痕跡。而“造乎自然”也并不是照抄自然，而是經(jīng)過創(chuàng)造而回歸自然。只有“極煉”才能達(dá)到有如“不練”的境界。在建筑設(shè)計(jì)中這樣的觀點(diǎn)最適用不過，好的建筑應(yīng)與自然結(jié)合，才能產(chǎn)生意想不到的建筑奇跡。而自然光是這一奇跡中不可缺少的條件。

1.光的作用

光給我們溫暖，我們充分享受著自然光帶給我們色彩斑斕的世界，光照對(duì)人視覺功能的發(fā)揮著極為重要的作用，因?yàn)闆]有光就沒有顏色和明暗的區(qū)分，也不會(huì)看到世間的美好。光不僅是人對(duì)視覺、物體形狀、空間色彩的生理的需要，而且是美化環(huán)境必不可缺少的物質(zhì)條件。光照可以形成物體的輪廓，又能區(qū)分空間。我們根據(jù)空間、物體對(duì)采光需求的不同對(duì)光照進(jìn)行人為的控制，以求達(dá)到不一樣的光照效果，針對(duì)同樣的物體，如果采取不同的光照形式，不同的角度、位置、方向，不同的采光強(qiáng)度，也可以獲得多種多樣的視覺效果。

2.建筑設(shè)計(jì)中自然光設(shè)計(jì)的技術(shù)因素

2.1建筑材料

（1）材料受光特性。除了直射陽光， 自然光都要經(jīng)過不同材質(zhì)的透射、折射和反射才能有所察覺。在這個(gè)過程中， 材質(zhì)被賦予了光的不同性格， 同時(shí)光也充分地表現(xiàn)了材質(zhì)。根據(jù)材料表面的光滑程度和材料的透光度不同， 光照射到一般建筑材料的表面會(huì)產(chǎn)生反射和透射現(xiàn)象。

（2）光表現(xiàn)材料的本性。表現(xiàn)材料的本性是建筑設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。設(shè)計(jì)師的任務(wù)是制造一種最合適的光環(huán)境， 將材料的本性和魅力淋漓盡致地表現(xiàn)出來。所以， 路易斯·康問磚：“ 你想成為什么？” 賴特則聲稱：“ 我開始懂得把磚看成是磚， 把木看成是木， 把混凝土、玻璃和金屬看成是它們本身?！?每一種材料都有不同的特點(diǎn)， 都有自身的語言， 材料的本性決定了它有屬于自己的最佳構(gòu)造方式和質(zhì)感表達(dá)。

（3）光表現(xiàn)材料的質(zhì)感。材料的質(zhì)感是使建筑耐看的重要因素。細(xì)部呈現(xiàn)之處即是材料本性流露之所。材料細(xì)部的表達(dá)需要均勻漫反射光， 均勻漫反射光的特點(diǎn)是反射光線向各個(gè)方向散開。因此， 無論從哪個(gè)方向都可以清晰地看到材料表面的細(xì)節(jié)。這樣， 材料的天然面貌就被充分地表現(xiàn)出來。材料的凹凸賦予建筑的表皮以雕塑感， 使體量細(xì)分到可以觸摸的尺度。在漫反射光下， 材料的這種變化得以充分的表現(xiàn)。羅中立工作室分別采用了拉毛抹灰、鵝卵石和頁巖三種漫反射材料， 拉毛和鵝卵石被采用到外墻上， 形成了兩個(gè)凹凸變化的層次。鵝卵石造就了較大的起伏感， 而拉毛抹灰則產(chǎn)生出細(xì)致的凹凸效果。頁巖在坡頂上呈現(xiàn)出清晰的裂紋。這些變化離開漫反射光則無法被充分地展現(xiàn)出來。材料的色差和紋理變化是材料的天然性能。色差與紋理變化豐富了材料的表現(xiàn)力。它們可以借助簡(jiǎn)單的構(gòu)造方式產(chǎn)生出豐富的圖案效果， 使平板的墻面變得富于生氣與活力。

3.利用現(xiàn)代科技手段充分運(yùn)用自然光

現(xiàn)在科技的發(fā)展讓自然光得到了充分的運(yùn)用。生態(tài)建筑利用自然光的設(shè)計(jì)過程中，針對(duì)其各自理想的供能系統(tǒng)，不僅可以為照明設(shè)備供電，還能減少火力發(fā)電產(chǎn)的污染，起到保護(hù)環(huán)境的作用。在生態(tài)建筑設(shè)計(jì)體系中，對(duì)設(shè)計(jì)原則的分析和把加強(qiáng)環(huán)境綠化這一原理運(yùn)用到設(shè)計(jì)領(lǐng)域中是我們應(yīng)該具有的設(shè)計(jì)意識(shí)。

3.1光熱的收集和儲(chǔ)存

蓄熱墻方式：利用南向垂直集熱蓄熱墻吸收穿過玻璃采光面的陽光，通過傳導(dǎo)、輻射及對(duì)流，把熱量送至室內(nèi)。墻的外表面涂成黑色或某種深色，以便有效地吸收陽光。集熱蓄熱的形式有：實(shí)體式集熱蓄熱墻，花格式集熱蓄熱墻，水墻式集熱蓄熱墻，相變材料集熱蓄熱墻，快速集熱墻等。值得一提的是最近幾年來在發(fā)達(dá)國(guó)家已出現(xiàn)了發(fā)展水平相當(dāng)高的“零能房屋”，完全由太陽能光電轉(zhuǎn)換裝置提供建筑物所需要的全部能源消耗，真正做到了無污染，零排放的生態(tài)建筑體系，它也代表了建筑發(fā)展的一個(gè)方向，為生態(tài)建筑建立了良好的開端。

3.2 熱能的傳遞

對(duì)流傳熱是熱傳遞的一種基本方式。熱能在液體或氣體中從一處傳遞到另一處的過程。主要是由于質(zhì)點(diǎn)位置的移動(dòng)，使溫度趨于均勻是液體和氣體中熱傳遞的主要方式。但也往往伴有熱傳導(dǎo)。通常由于產(chǎn)生的原因不同，有自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流兩種。根據(jù)流動(dòng)狀態(tài)，又可分為層流傳熱和湍流傳熱。利用熱體或者是氣體的對(duì)流傳送熱能，也可以利用機(jī)械輔助對(duì)流，冬季可以將位于屋頂?shù)奶柲芗療崞骶奂臒峥諝馕盏椒块g的地板處，并通過地板上的氣孔進(jìn)入室內(nèi)，這樣就實(shí)現(xiàn)了利用太陽能采暖的目的，此后利用熱原理實(shí)現(xiàn)氣體在房間的循環(huán)。

3.3 導(dǎo)光管法

用導(dǎo)光管將太陽激光器收集到的光線傳遞到建筑中需要采光的地方，如中國(guó)建筑科學(xué)院已經(jīng)通過無窗廠房和地下建筑的自然采光研究成果，就是這樣的方法進(jìn)行自然光的采集。能在室內(nèi)的陽光下休息、在室內(nèi)的陽光下辦公、在室內(nèi)的陽光下看書學(xué)習(xí)、在室內(nèi)的陽光下用餐……而且導(dǎo)光筒可以安裝在屋頂、地表、側(cè)墻任何能采到光的地方。導(dǎo)光筒頂上的采光器能過濾掉了陽光中很大部分的有害成份紫紅外線，同時(shí)對(duì)太陽光中的具有放射性的射線也進(jìn)行了排除，給人類提供了安全陽光新概念，不用擔(dān)心在陽光下皮膚會(huì)變黑和灼傷、人體缺鈣，也不用為夏天強(qiáng)烈的紫外線輻射而擔(dān)心。它的工作原理是將室外的自然光線通過采光罩引入通風(fēng)系統(tǒng)，經(jīng)特殊制作的光導(dǎo)管道傳送從系統(tǒng)底部的漫射裝置把自然光均勻漫射到室內(nèi)每一個(gè)角落。

3.4 棱鏡組多次反射法

用一組傳光棱鏡將集光器收集的太陽光傳送到需要采光的部位。如美國(guó)加州大學(xué)的貝克利實(shí)驗(yàn)室提出用于解決一座十層大樓的采光問題的方法，澳大利亞用這種方法把光送到房間10 米進(jìn)深的部位進(jìn)行照明，英國(guó)用于解決地下和無窗建筑的采光等，都受到了比較好的采光效果。這些科技手段讓自然光得到了充分的運(yùn)用，而且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，為生態(tài)建筑的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

一提到自然采光設(shè)計(jì)， 很多人會(huì)不自覺地把它與建筑物枯燥的數(shù)據(jù)、單位等聯(lián)系起來， 認(rèn)為經(jīng)過自然采光設(shè)計(jì)的建筑物通常會(huì)象工業(yè)廠房一樣單調(diào)、機(jī)械、乏味， 缺乏建筑藝術(shù)魅力。其實(shí)，這是一種理解的誤區(qū)。經(jīng)過自然采光設(shè)計(jì)的建筑并不一定都具有較高的藝術(shù)價(jià)值， 但自然采光設(shè)計(jì)至少不應(yīng)該成為阻礙體現(xiàn)建筑藝術(shù)美的因素。事實(shí)上在對(duì)建筑空間的功能性和藝術(shù)性具有全面認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)之上， 通過對(duì)適當(dāng)?shù)牟晒馄骱驼诠馄鞯倪x用， 建筑師完全可以在自然采光設(shè)計(jì)中選用， 同時(shí)營(yíng)造出藝術(shù)價(jià)值較高的室內(nèi)空間及立面造型。如建筑大師賴特設(shè)計(jì)的羅比住宅的挑檐寬大、厚重， 能夠?yàn)槲鞑块_闊草原上的獨(dú)立式住宅遮擋照射角度較低的、強(qiáng)烈的直射陽光， 白色的出挑陽臺(tái)能夠?yàn)槭覂?nèi)的空間提供充足的反射光線， 同時(shí)深色的挑檐和淺色的陽臺(tái)構(gòu)成強(qiáng)烈的水平線條， 與煙囪等豎直構(gòu)件形成了鮮明的對(duì)比， 仿佛是結(jié)實(shí)地從地中生長(zhǎng)出來一樣， 體現(xiàn)了有機(jī)建筑的藝術(shù)魅力。

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