天然采光在建筑設計中的誤區

全 利，何 滎，陳彥君

(1.重慶建筑工程職業學院，重慶 400039;2.重慶大學建筑城規學院，重慶 400045）

0 引言

從人類利用能源的角度講，太陽能是取之不盡，用之不竭的清潔能源。除太陽輻射熱外，太陽還為人類提供了巨大的天然光能，而在建筑中充分利用天然光，能夠顯著地減少能耗和運行費用;同時利用天然光，減少了電光源的使用量，相應減少了電力消耗和相關的污染。再者，相關研究表明天然光比人工光更能滿足人的心理及生理的需求，并能營造更為健康和興奮的工作環境，可顯著提高工作效率;并提高學生閱讀速度及考試測試成績。

隨著我國構建節能減排社會及可持續發展目標的提出，天然光的利用更加引起建筑師的廣泛重視。而天然光利用最簡單的方法就是通過天然采光在白天引入天然光照明建筑空間，而減少電光源的使用量，從而在僅花費較少電能消耗費用的基礎上，就可提供令人愉悅的光照環境(圖1）。此外，天然采光還可使得室內室外有一個合理的交流與互換。

圖1 圖書館采光

中國現行采光設計標準GB/T 50033—2001中主要以采光系數作為采光標準，同時在建筑采光設計時推薦使用窗地面積比作為采光設計的參考。

一個良好的采光設計應是從整個建筑來綜合考慮的采光方法，不僅應減少人工光的需求，而且減少(至少不增加）由于燈具發熱而引起的建筑制冷負荷。因此采光設計工作不僅應滿足采光設計標準中規定的采光系數或窗地比的要求，而且還應綜合考慮室內照明水平、亮度對比和眩光控制等照明質量的要求，更要減少因室內照明產生熱量而引起建筑冷負荷的增加，這將是一個綜合的設計工作。

為了達到這個目的，科研工作者探索建立一整套能夠綜合描述良好采光設計的技術指標，但至今為止采光設計技術指標仍不太成熟，也缺乏有效的宣傳與推廣，這導致大多數的建筑師在建筑設計過程中對預期的采光節能目標缺乏了解，從而對天然采光設計產生了畏懼和誤解。因此針對建筑師在采光設計中存在的誤區和困惑進行分析與研究，將會促進天然采光設計在實際工程中的運用，進而節約能源并促進節能減排。

1 天然采光的誤區

綜合建筑師在天然采光設計中遇到的一些困惑，總結了10種天然采光設計中常存在的誤區進行分析研究。指引建筑師消除對天然采光的誤解，從而在建筑設計中采用合理的技術手段，正確運用天然光。

1.1 天然采光會增加造價

如果綜合考慮采光、節能等多方面因素設計，那么良好的天然采光不僅不會增加建筑造價，而且還會大大降低后期維護運行費用。而正確利用天然采光手段利用天然光能在引入外界天然光的同時，幾乎不會產生任何的熱量，這也是目前國外流行的“冷采光”設計方法(圖2）。

圖2 導光管引入天然光

冷采光是一種從整個建筑來考慮的真正的采光方法，不僅減少人工光的需求，而且減少(至少不增加）制冷負荷的采光建筑。制冷負荷主要來自由光、設備、人體及陽光所產生的熱，通常在現代辦公建筑中因為人工照明產生熱量而引起的空調負荷占到建筑總能耗的40%～60%。天然采光減少了電光的需要，并且相應地減少了由電光源所產生的熱量。當結合高性能玻璃和室外遮陽設施的綜合冷采光設計，可以減少從建筑外表皮獲得的太陽輻射熱。從總體上說，這些減少的熱負荷常常會減少建筑中相應制冷系統的負荷量，這將降低空調系統的初始安裝費用及運行維護費用，而這部分降低的費用足以彌補天然采光改善而增加的建造費用。

1.2 天然采光是復雜的系統

天然采光系統已經廣泛地運用于大多數的辦公、商業及教育建筑。相關研究報告及成果也介紹了經過長時間驗證的采光技術，這些采光技術的運用可顯著提高采光效果。而這些采光技術是可以很方便地復制并用于相類似的建筑上。而這樣做的結果是節約了可再生的能源，減少了設計時間并降低了投資風險。這種復制的方法可用于學校、辦公室和工廠等建筑(圖3）。

圖3 辦公空間采光

1.3 天然采光導致太多的熱量

正確的采光設計能在獲得能滿足大多數工作的500 lx光照度的同時屏蔽99%的太陽輻射熱。500 lx的光照度通常能滿足大多數的工作環境照明要求，而人工照明要達到相同的照度需求需要消耗大量的電功率;我們知道常用的高效電光源的光電轉換比也是低于20%，其他電能都轉化為熱能，因此天然采光的光熱比遠好于甚至最高效的電光源。

1.4 天然采光導致眩光

眩光通常發生在當太多光線進入建筑時，這種情況在傳統的采光建筑(如辦公建筑等）中幾乎所有時間都可能發生，因此為了遮擋太多光線的進入，大多數的辦公建筑窗戶的窗簾幾乎都是密閉的(圖4）。事實上，良好的天然采光在引入天然光的同時也遮擋了過量的天然光，并減少了眩光的產生。

圖4 窗簾遮光

1.5 提高照明及暖通空調的效率比采光設計更節能

照明和制冷能通過多種設備達到，要節約能源消耗，提高兩者效率是好方法。但是事實上，最好的方法不是提高照明及暖通空調的效率，而是減少電光源和制冷的需要量，良好的采光設計能做到兩者兼顧。自然光的使用能減少安裝電光源的數量(當然應滿足夜間照明的使用要求）。

較少的電光源意味著較少的光源熱量產生，也意味著減少了空調的制冷負荷，也就降低了空調的能量消耗。

1.6 采光建筑需要清潔的玻璃窗

清潔的玻璃窗引入了太多的光線，遠遠超過室內照明的需求量。陰天中午室外照度為8000 lx～20000 lx;晴天中午在陽光下的室外照度可高達80000 lx～120000 lx，而室內辦公空間僅僅需要500 lx的光照度。

因此室內引入太多的光會導致眩光和“洞穴效應”，即房間背后看起來比其他表面黑。為了減少眩光和“洞穴效應”，人們通常關閉百葉窗或拉上窗簾，并且點亮懸掛的頂燈來減少房間對比。

而良好的采光設計使得天然光在減少眩光的同時能降低頂部電光源的使用量。

1.7 天然采光就是天窗采光

在封閉的走廊或非常深的空間中，可利用天窗采光來實現采光要求。窗戶的位置和尺寸影響采光效率;天窗和靠近墻面頂部的成排小窗口，可在屋頂產生自然發光，這模擬了天空自然發光，可取得良好的天然光采光效果。但是絕不能認為天然采光就是天窗采光，因為在許多建筑中，如學校和辦公室，側窗戶可以提供大多數的采光需要，并且降低了采光成本。

1.8 天然采光需要陽光和晴天

前面已經提到全陰天中午室外照度為8000 lx～200001x，這是室內工作所需要采光照度值的幾十倍。而且全陰天空以散射光為主，光線更加柔和且沒有方向性，因此陰天是比晴天空更加好的天然采光光源。

天然采光最具有挑戰性的是在有太陽直射光的情況下如何獲得舒適的天然采光環境。由太陽直射光和天空光所產生的高照度遠遠超出了室內環境所需要的照度需求，因此這些光線必須減少并被控制，以獲得適宜的采光照度要求及良好的光環境質量。

1.9 只有一種正確的采光方法

經過多年的發展，現有采光技術是多種多樣的，這依賴建筑位置、建筑層數、建筑朝向和建筑使用要求，因此針對同樣的采光要求可以有不同的實現技術手段。

而現有成熟的采光技術可以滿足各種具有不同用途的建筑采光要求，不管該建筑是工業廠房、貨倉、學校、辦公室、美術館或政府建筑。

1.10 全玻璃建筑就是采光建筑

事實上全玻璃建筑并不能提供良好的天然采光，因為他們會使得建筑在夏天變得太熱，在冬天變得太冷，并且會有大量的眩光問題出現(圖5）。

圖5 全玻璃建筑

在有效設計的采光建筑中，窗戶通常占到外維護結構表面面積的25%。通常，良好采光建筑中的窗戶面積并不會與非采光建筑窗戶面積有很大的不同。良好的采光建筑依靠正確的窗戶位置設置及窗戶性能特點來獲得良好的采光性能，如大面積的采光口可使用可穿透可見光和低太陽能熱增益系數的玻璃，以減少進入室內的太陽輻射熱，降低室內空調負荷。

2 小結

一個良好的天然采光在節能的同時還能創造出優美的、適宜的光照環境。而一個成功的天然采光建筑是結合藝術和科學、建筑和技術的綜合體;它也是一個綜合設計流程的結果，而不是簡單的，直接安裝在建筑上就完成的一種技術手段。其實采光設計一直是藝術與科學的綜合體，氣候和地理區域，建筑類型和建筑朝向都是天然采光的重要影響因素。因此良好天然采光技術的推廣，對我國構建節能減排社會及可持續發展目標的實現具有重要的意義。

［1］陳仲林，唐鳴放.建筑物理(圖解版）［M］.北京:中國建筑工業出版社，2009

［2］［EB/01］http://www.daylighting.org/

［3］GB/T 50033—2001.建筑采光設計標準［S］

［4］黃海靜，陳綱.建筑采光節能設計的整體思維［J］.重慶建筑大學學報，2007(04）

［5］王愛英，時剛.天然采光技術新進展［J］.建筑學報，2003(03）