淺談建筑設(shè)計中自然光的運用

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)計的關(guān)系，綜合這些因素，闡釋了在設(shè)計建筑時利用自然光的有效手段。

【關(guān)鍵字】自然；建筑；建筑設(shè)計；自然光

中國古典文學家劉熙載曾經(jīng)提出：“書當造乎自然。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”才能達到有如“不練”的境界。在建筑設(shè)計中這樣的觀點最適用不過，好的建筑應與自然結(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，光照對人視覺功能的發(fā)揮著極為重要的作用，因為沒有光就沒有顏色和明暗的區(qū)分，也不會看到世間的美好。光不僅是人對視覺、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、物體對采光需求的不同對光照進行人為的控制，以求達到不一樣的光照效果，針對同樣的物體，如果采取不同的光照形式，不同的角度、位置、方向，不同的采光強度，也可以獲得多種多樣的視覺效果。

2.建筑設(shè)計中自然光設(shè)計的技術(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。在這個過程中， 材質(zhì)被賦予了光的不同性格， 同時光也充分地表現(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)計的重要內(nèi)容之一。設(shè)計師的任務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， 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。

（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。細部呈現(xiàn)之處即是材料本性流露之所。材料細部的表達需要均勻漫反射光， 均勻漫反射光的特點是反射光線向各個方向散開。因此， 無論從哪個方向都可以清晰地看到材料表面的細節(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)代科技手段充分運用自然光

現(xiàn)在科技的發(fā)展讓自然光得到了充分的運用。生態(tài)建筑利用自然光的設(shè)計過程中，針對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，起到保護環(huán)境的作用。在生態(tài)建筑設(shè)計體系中，對設(shè)計原則的分析和把加強環(huán)境綠化這一原理運用到設(shè)計領(lǐng)域中是我們應該具有的設(shè)計意識。

3.1光熱的收集和儲存

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、輻射及對流，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)達國家已出現(xiàn)了發(fā)展水平相當高的“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)展的一個方向，為生態(tài)建筑建立了良好的開端。

3.2 熱能的傳遞

對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)點位置的移動，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。通常由于產(chǎn)生的原因不同，有自然對流和強制對流兩種。根據(jù)流動狀態(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流傳送熱能，也可以利用機械輔助對流，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入室內(nèi)，這樣就實現(xiàn)了利用太陽能采暖的目的，此后利用熱原理實現(xiàn)氣體在房間的循環(huán)。

3.3 導光管法

用導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，如中國建筑科學院已經(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)的陽光下看書學習、在室內(nèi)的陽光下用餐……而且導光筒可以安裝在屋頂、地表、側(cè)墻任何能采到光的地方。導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，同時對太陽光中的具有放射性的射線也進行了排除，給人類提供了安全陽光新概念，不用擔心在陽光下皮膚會變黑和灼傷、人體缺鈣，也不用為夏天強烈的紫外線輻射而擔心。它的工作原理是將室外的自然光線通過采光罩引入通風系統(tǒng)，經(jīng)特殊制作的光導管道傳送從系統(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。如美國加州大學的貝克利實驗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 米進深的部位進行照明，英國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用，而且不會對環(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， 很多人會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， 認為經(jīng)過自然采光設(shè)計的建筑物通常會象工業(yè)廠房一樣單調(diào)、機械、乏味， 缺乏建筑藝術(shù)魅力。其實，這是一種理解的誤區(qū)。經(jīng)過自然采光設(shè)計的建筑并不一定都具有較高的藝術(shù)價值， 但自然采光設(shè)計至少不應該成為阻礙體現(xiàn)建筑藝術(shù)美的因素。事實上在對建筑空間的功能性和藝術(shù)性具有全面認識的基礎(chǔ)之上， 通過對適當?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)計中選用， 同時營造出藝術(shù)價值較高的室內(nèi)空間及立面造型。如建筑大師賴特設(shè)計的羅比住宅的挑檐寬大、厚重， 能夠為西部開闊草原上的獨立式住宅遮擋照射角度較低的、強烈的直射陽光， 白色的出挑陽臺能夠為室內(nèi)的空間提供充足的反射光線， 同時深色的挑檐和淺色的陽臺構(gòu)成強烈的水平線條， 與煙囪等豎直構(gòu)件形成了鮮明的對比， 仿佛是結(jié)實地從地中生長出來一樣， 體現(xiàn)了有機建筑的藝術(shù)魅力。

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