自然光與現(xiàn)代建筑設計

劉群杰

（貴州省建筑設計研究院貴州貴陽550001）

自然光與現(xiàn)代建筑設計

劉群杰

（貴州省建筑設計研究院貴州貴陽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)顯示出它獨特的優(yōu)勢?，F(xiàn)代建筑設計師們對自然采光系統(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計的水平。本文首先分析現(xiàn)代建筑自然采光設計現(xiàn)狀和影響因素，其次從建筑設計的場地選擇、布局規(guī)劃、建筑形式方面闡述設計方法，最后從窗的角度進一步分析提高自然光利用率的設計方法。

自然光；建筑設計；窗

引言

現(xiàn)階段，建筑企業(yè)面臨激烈的市場競爭，為在競爭的環(huán)境中贏得一席之地，建筑企業(yè)愈加關注建筑設計，并注意從優(yōu)化設計的角度節(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，尤其是建筑采光設計，應充分考慮加大對自然光的利用力度，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

1　現(xiàn)代建筑自然采光設計現(xiàn)狀和影響因素

目前，在現(xiàn)代建筑設計中，“生態(tài)節(jié)能”是貫穿始終的設計理念，在采光設計方面，最大程度上利用自然光，用自然的力量改變建筑光熱環(huán)境始終是設計師的追求。經(jīng)過建筑師們不斷的探索與努力，對天然采光系統(tǒng)進行不間斷的更新與改良，對自然光的各方面優(yōu)勢加以利用，代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑建造中對不可再生能源的大量使用與消耗。雖然自然光對現(xiàn)代建筑建造提供了許多便利之處，但同時必須認識到，沒有經(jīng)過任何處理的自然光，不僅不能在建筑中體現(xiàn)出它的節(jié)能優(yōu)勢，反而會對建筑的內(nèi)環(huán)境造成不好的影響。因為太陽光中含有大量的紫外線，會對受到陽光直射的建筑內(nèi)部的許多功能產(chǎn)生影響，也破壞了房屋的舒適感。比如，太多的陽光直射會導致室內(nèi)溫度過高，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)化采光設計至關重要。

而采光效果是受到很多因素的影響的，如：建筑場地選擇、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，在建筑設計中受到廣泛關注，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，在建筑設計中必須充分考慮這些因素，以優(yōu)化設計。

2　現(xiàn)代建筑自然采光設計方法

2.1場地選擇

場地選擇是建筑設計必須考慮的因素，也是影響自然采光的重要因素。對此，在考慮建筑自然采光設計時所說的場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拓寬場地的邊界，場地必須被視為三維對象，場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；同時也應考慮包括周圍環(huán)境景觀、太陽運行、天空狀況和微氣候等場地因素。

2.2布局規(guī)劃

建筑布局規(guī)劃應注重選擇以下幾個方面：①建筑朝向。我國南北方存在較大的氣候差異，基于此，在建筑朝向方面應根據(jù)地理位置確定，如在北方地區(qū)，為獲得足夠的太陽光線，建筑主體需朝向南。這種以太陽熱輻射分布為基礎的建筑規(guī)劃設計，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，北向設計也不可忽視，北向設計雖然在采光采暖設方面不如南向設計，但在照度的均勻性等方面明顯要優(yōu)于南向設計。因此，在建筑朝向設計中，應合理布局，取長補短，如：為彌補北面朝向的建筑采光度不夠的問題，應在建筑的南向墻面設置反射率較高的材料，如鏡面、鋼板等。②在進行建筑整體規(guī)劃和設計時，應重點分析影響采光的不利因素，包括主觀因素和客觀因素，如，在進行建筑綠化面積規(guī)劃和設計時，應在分析其光熱環(huán)境的基礎上合理布置，并明確建筑的采光標準，優(yōu)化采光設計，以實現(xiàn)建筑節(jié)能。③建筑體型的長寬比。在南方，夏季天氣炎熱，因此，應做好建筑的防熱設計，同時關注建筑節(jié)能，對此，可適當減小建筑體型的長寬比；而在北方地區(qū)，冬季寒冷，應優(yōu)化建筑的采暖設計，同時注意暖通空調(diào)的節(jié)能，對此，可適當增大與建筑體型的長寬比。如果綜合考慮將采光設計，建筑長寬比例較太小，會使得建筑內(nèi)部空間光線微弱，所以，建筑進深不應該太長，而且要盡量將橫墻遮蔽減少。

2.3建筑形式

在建筑設計中，不同的建筑形式，其采光方式和采光率是不同的，因此，應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。例如：對進深較大的空間，可以在中部設置中庭和天井，將來自中庭的光線作為南北兩側(cè)的側(cè)窗采光的補充。又如：對于需要盡量避免直射自然光的建筑，可以設計較大的懸挑屋頂。在充分考慮建筑形式的前提下，還要考慮技術因素。例如：對于有天窗的建筑，可在天窗下面設置反射板，將直射自然光進行漫射并控制眩光的形成，天窗的形式多樣，具體見圖1。又如：可以利用外部百葉窗遮陽，內(nèi)部百葉窗來控制直射光、眩光以及熱量獲得量，并將帶有感光器的高性能熒光設施和可連續(xù)調(diào)節(jié)的明暗控制裝置結(jié)合起來，共同控制自然光、電燈和所需照度。此外，對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計師青睞的裝飾。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——窗的設計角度具體分析自然采光就設計要點

3.1窗的設計原則

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)一年的關燈率也就呈上升趨勢，具體見圖2。這個現(xiàn)象是由于窗地比較大，建筑內(nèi)采光效果就會相對良好，進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、制冷設計角度來說，還需在窗地比大小方面仔細考慮和分析。在設計建筑的窗地比時，應根據(jù)建筑的光度要求進行采光設計。例如：在建筑對對采光量要求較高的情況下，可適當擴大窗戶面積，除此之外，優(yōu)化建筑外圍護結(jié)構(gòu)，使其實現(xiàn)保溫節(jié)能，以使室內(nèi)獲得較好的保溫效果。相反，若對建筑室內(nèi)的保溫隔熱效果要求較高，則可是適當減小窗戶面積，以達到設計要求。

圖2　側(cè)窗高度

3.1.2透光率

透光率和建筑室內(nèi)的均勻值是正比關系的，也就是說，如果窗戶的透光性足夠好，透光率就會相應的增加，照度均勻值也就會隨之而增高。因此，透光率較高，則在人工照明方面所消耗的電能就會大幅度減少，建筑節(jié)能的目的也就不難達到，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圖3。

3.1.3位置、形狀

①窗的位置對自然采光也具有較大影響。在進行建筑室內(nèi)采光節(jié)能設計時，要綜合考慮多方面的因素，比如，低窗位對光照值的增加作用應仔細考慮，還要同時考慮光照度平緩時對人的視覺舒適度和視覺效果的影響。在建筑窗戶位置設計時，由于低窗位會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，則容易使人的視覺舒適度受到影響。所以，在進行設計時，要根據(jù)實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受到窗體形狀的影響。經(jīng)實驗證明，窗戶上沿的高度越高，光線也會在進入室內(nèi)深度的方向上相應增高。但是，如果將窗體的寬度隨高度增加，室內(nèi)的光照值就不會相應增加很多。所以，在進行窗戶形狀設計的同時，要考慮到窗戶瘦高形狀所帶來的采光效果，不同形狀的側(cè)窗光線分布見圖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反光板設置

在側(cè)窗設計中，為獲得良好的自然采光效果，可增設反光板。這種措施可使建筑在很大程度上獲得較為均勻的太陽光照；同時，在建筑高側(cè)窗或或者其上部設置反光板，可降低近窗處的照度峰值。不僅如此，在側(cè)窗設置外反光板，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，同樣可以達到節(jié)能的目的。因此，在建筑采光設計時，可以對側(cè)窗進行反光板的設置，進一步改善室內(nèi)采光效果，降低能耗。

4　結(jié)束語

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

[1]王鴻江.自然光在建筑設計中的運用研究[J].江蘇商報·建筑界，2013（21）：150.

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[3]冉祥瓊.淺談“自然光”在室內(nèi)設計中的運用[J].人力資源管理：學術版，2009（6）：194.

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1673-0038（2015）14-0015-02

2015-3-17