淺析舊工業(yè)建筑改造中的天然采光設(shè)計(jì)

劉曉茜

摘? ? 要：科技的進(jìn)步，促進(jìn)工業(yè)建設(shè)得到快速發(fā)展。隨著可持續(xù)發(fā)展理念和建筑節(jié)能減排的逐漸推進(jìn)，近年來舊工業(yè)建筑改造項(xiàng)目日益增多。在實(shí)際改造中，建筑師往往只關(guān)注其內(nèi)部功能的重新設(shè)計(jì)，卻很少關(guān)注天然采光的再設(shè)計(jì)，導(dǎo)致舊工業(yè)建筑改造后，室內(nèi)天然光環(huán)境不能很好地適應(yīng)建筑新的功能，造成照度不足、采光均勻度差等問題，盡管可以通過人工照明來彌補(bǔ)，但會(huì)增加電力能耗，違背了可持續(xù)發(fā)展理念。本文就舊工業(yè)建筑改造中的天然采光設(shè)計(jì)展開探討。

關(guān)鍵詞：舊工業(yè)建筑;改造利用;天然采光設(shè)計(jì)

引言

在社會(huì)總能耗中，建筑工程能耗占1/3，具體包括照明設(shè)備、暖通設(shè)備等。根據(jù)當(dāng)前的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)理念要求，往往重視建筑熱環(huán)境節(jié)能設(shè)計(jì)，對于照明、采光設(shè)計(jì)的重視度比較低，有些建筑工程自然光條件良好，但是沒有得到充分利用，不符合節(jié)能環(huán)保要求。對此，在建筑節(jié)能采光設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮氣候條件、周邊環(huán)境等因素，選擇最優(yōu)采光節(jié)能方案。因此，需要對建筑工程采光節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行深入研究。

一、天然采光的預(yù)測與評價(jià)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)中都得到了大規(guī)模的應(yīng)用，在建筑天然采光的測評中，我們也可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)建立模型來檢驗(yàn)建筑的采光性是否合乎標(biāo)準(zhǔn)，和實(shí)體模型相比，計(jì)算機(jī)建模更加簡便、精準(zhǔn)。建筑行業(yè)發(fā)展到今天，天然采光設(shè)計(jì)之所以不能很快的普及就是因?yàn)槿狈ο鄳?yīng)的設(shè)計(jì)、監(jiān)測工具，而計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)建模技術(shù)的應(yīng)用為建筑天然采光提供了基本方法。當(dāng)今國外搭建了許多數(shù)字化的天然采光分析模型，這里簡單介紹其中的幾種模型。由微軟公司開發(fā)，在EXCEL的平臺上搭建而成，面對對象是建筑頂部的設(shè)計(jì)，通過建立天然的采光分析模型，使氣候和建筑能夠很好的通過這個(gè)平臺得到計(jì)算，使建筑師通過所得數(shù)據(jù)得到自己想到的采光率。對于分析照明情況，AG132和LumenOe-51gner通過分析計(jì)算達(dá)拉斯一年中太陽運(yùn)行軌道的精確數(shù)據(jù)，建立了三維遮擋曲線，以此為基礎(chǔ)建立了以中國形似貝殼的鋁型鑄件。這些由特殊材質(zhì)制作的五十萬個(gè)貝殼，以開口向北的方式很整齊的排列在屋頂，通過吸收向北朝向的陽光，并且阻止直射陽光帶來的紫外線的投入，很好的避免了建筑物的展品吸收那些有害的成分，從而對人體進(jìn)行損害。

二、既有舊工業(yè)建筑改造中的天然采光再利用設(shè)計(jì)

1.既有采光設(shè)計(jì)的改造

骨架承重結(jié)構(gòu)的廠房其外圍護(hù)結(jié)構(gòu)多為自承重且脫離于建筑主體結(jié)構(gòu)的砌體墻，因此根據(jù)實(shí)際需要擴(kuò)大外窗是較為簡單高效的改善室內(nèi)采光的方法，甚至可將整面?zhèn)葔Υ蛲?，?chuàng)造更為通透的室內(nèi)環(huán)境?；蛘弑Ａ艏扔型獯?，對窗過梁以上部分進(jìn)行改造，將實(shí)墻替換成透明材料，如：玻璃、玻璃磚等。既有舊工業(yè)建筑中很多都采用天窗采光，其中矩形天窗和鋸齒形天窗占多數(shù)，平天窗較少。盡管平天窗的采光效率最高，但由于眩光、夏季過熱、積灰、防水等一系列問題，在我國的既有舊工業(yè)建筑中很少采用。對于矩形天窗，可嘗試將其改造成跌落式矩形天窗，以增大天窗在水平方向覆蓋面積從而改善采光均勻度問題。鋸齒形天窗的照度水平、采光均勻度改善可以通過在傾斜的屋面和內(nèi)部頂面設(shè)置反射材質(zhì)的方法，將更多的光線反射進(jìn)室內(nèi)進(jìn)深較大處，也可通過將屋頂傾斜面改造成曲面以改善室外光線的反射。由于我國大部分鋸齒形天窗的采光口一般朝北，眩光的問題并不突出，而南向天窗所面臨的由直射陽光引起的眩光問題則可以通過在室內(nèi)設(shè)置遮陽板等方式來改善。

2.優(yōu)化建筑物體型

太陽能輻射對于建筑工程室內(nèi)照明以及熱環(huán)境產(chǎn)生較大影響，同時(shí)，建筑工程的體型也會(huì)影響太陽輻射的接受面積。為了提升建筑采光節(jié)能性，應(yīng)該優(yōu)化建筑工程體型設(shè)計(jì)，充分利用自然采光條件，盡量減少人工照明能耗。另外，在對建筑工程體型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)綜合考慮地區(qū)差異以及氣候條件因素，比如我國南方地區(qū)夏季炎熱，應(yīng)做好防熱節(jié)能設(shè)計(jì)，而北方寒冷，應(yīng)做好保溫節(jié)能設(shè)計(jì)，這就要求根據(jù)區(qū)域環(huán)境、氣候進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)。

三、天然采光的重新再設(shè)計(jì)

當(dāng)舊工業(yè)建筑的表皮不適宜保留或其空間形式需要較大變動(dòng)時(shí)，建筑師通常僅會(huì)保留原有廠房結(jié)構(gòu)，并重新設(shè)計(jì)其天然采光。工業(yè)廠房建筑的特點(diǎn)是進(jìn)深大，因此建筑師在改造時(shí)，經(jīng)常會(huì)配合空間設(shè)計(jì)打開一些內(nèi)部空間，如設(shè)置內(nèi)庭以減少進(jìn)深，增加采光口面積，還能一定程度上提升空間品質(zhì)。平天窗因施工方便，一些原本無天窗采光的單跨廠房在改造時(shí)，會(huì)在屋脊處設(shè)置通長的平天窗，也可以根據(jù)需要設(shè)置多條采光平天窗以改善采光均勻度。對于多層舊工業(yè)建筑，如明尼蘇達(dá)州明尼阿波利斯萊歇廣場倉庫的改造，則打開二層至頂層部分樓板，形成中庭空間，并在頂層增設(shè)大型天窗，有效引入天然光，此外有些設(shè)計(jì)甚至采用高強(qiáng)度的玻璃樓板，為內(nèi)部空間創(chuàng)造出天然光環(huán)境。

四、具體的采光節(jié)能設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（1）窗地比越大采光均勻性越好。簡單點(diǎn)說就是窗的面積與地面面積的比值，它的大小決定了屋內(nèi)自然采光的比例。窗地比越大，窗口設(shè)計(jì)越大，自然采光的水平也越高相反窗地比越小窗口設(shè)計(jì)越小，自然采光的效果就差些，而人工耗能的照明設(shè)備會(huì)隨著自然采光的強(qiáng)度產(chǎn)生變化，研究證明，采光條件較好的房屋，使用人工照明的能耗就更小些。（2）窗戶透光率越大照度均勻度越高。建筑物的采光率與窗戶材質(zhì)的通透性成正比，通透性越好，屋內(nèi)的采光率越高。而采光率越高，對于人工照明的使用率就越低，對能源的損耗也越低。（3）窗戶相對位置高度越高越節(jié)能。很多人在裝修房子的時(shí)候，都喜歡采用落地窗，這不僅是為了擴(kuò)大視野，增強(qiáng)建筑的美觀性，還在一定程度上起到了節(jié)能的作用。尤其對于高層建筑來說，全部采用插U能過戶位置偏低的設(shè)計(jì)會(huì)影響整體的視覺效果。

五、結(jié)論

舊工業(yè)建筑的循環(huán)再利用已經(jīng)成為建筑可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢，由于工業(yè)建筑本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，導(dǎo)致其天然采光上存在許多問題，加之工業(yè)廠房改造后的使用功能更是繁多復(fù)雜，不同的功能對采光有不同的要求，因此需要建筑師從多方面綜合考慮，盡量通過合理改善建筑形式來解決和優(yōu)化其天然采光，并輔之以必要的技術(shù)手段。

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