淺談建筑天然采光設計

摘要：自古至今，天然采光設計一直被建筑界所廣泛應用，在推行低碳理念、可持續發展的今天，在建筑設計中進行天然采光設計更是顯得尤為重要。在本文中，首先論述了建筑天然采光設計的原則，進行從采光口的科學設計以及反光板和遮陽措施的運用這兩個方面來進行簡要闡述，以供參考。

關鍵詞：建筑；天然采光；設計；側窗；天窗

天然采光就是將日光引入建筑內部，并且將其按一定的方式分配，以提供比人工光源更理想和質量更好的照明。自古至今，天然采光一直在建筑設計中得到廣泛應用，它不但可以減少照明用電，還可以營造一個動態的室內環境，形成比人工照明系統更為健康的天然采光環境。但如果設計不當，則就會影響效果，讓人產生不舒服感，同時還會增加能耗。為此，本文將著重闡述建筑天然采光設計的要點，以供參考。

1建筑天然采光設計的原則

1.1合理配制建筑的功能。一般，從窗墻或屋頂到室內的5m范圍內為天然采光區。

1.2增大建筑東西向的距離，避免在夏季過多的太陽輻射的熱，增大北向的窗戶面積。

1.3盡量從高處透射天然光。

1.4避免太陽直射。把水平面、窗框和其他非鏡面上的直射光折射或散射到建筑深處。

1.5漸少或避免眩光和視野中過大的亮度對比。

1.6利用室內外遮陽構件，確保通過窗戶進入室內的太陽光線和太陽輻射熱增益是可控的。

2建筑采光口的科學設計

采光口不僅提供建筑室內需要的采光日照，同時又要擔負遮蔽陽光的功能；既為建筑空間通風換氣，同時又要防止沙塵、風暴、雨水的侵襲。因此我們必須從綜合節能視角出發，對采光口環節進行科學設計。

2.1由于各個區域的環境、氣溫等各不相同，在進行采光口設計時，應依據不同的區劃標準計算符合采光照度的準確節電量及在冬季失熱及夏季得熱狀態中的能耗量，核準在不同區域環境下采光口設計面積的折中標準，科學布置采光口的位置。

2.2建筑門窗材料的選擇：門窗的能耗可占到建筑總體能耗的50%左右，因此在選擇門窗材料時應本著多透光及少傳熱的原則，在南方較炎熱的地區可采用具有低輻射效能的玻璃，而在北方寒冷地區則應適應性采用雙層中空玻璃。

2.3窗體的選擇及其形狀、位置、尺寸的設計

對于高層建筑來說，自然光絕大部分是通過窗體投射進來的，窗體的選擇影響著室內自然采光的效果。

2.3.1側窗

1.觀景窗

觀景窗是指設置在建筑垂直墻上的位于人的眼睛高度附近的側面采光窗。觀景窗的功能可分為采光和觀景兩大用途。如蘇州博物館，隨處可見設計者那別具一格的菱形、海棠形、八邊形的觀景窗，其在實現節約照明能源的功能外，讓行走在博物館廊道里的人們，可透過窗看到庭院外的風景。在實際的建筑天然采光設計時，應盡量將觀景窗朝向北或者南，以避免東、西向的低角度太陽光直射。在實現這兩個功能的情況下，還得注意控制觀景窗的眩光，即在設計時可從以下幾個方面進行：

（1）窗戶形狀上盡量采用水平向窗戶或帶形窗。即在窗戶的設計上首先要滿足沿墻水平方向的光照均勻度，房間進深方向照度均勻性可通過結合其他采光窗和反光板等采光輔助系統進行改善。

（2）把窗戶設置在靠近室內的結構體表面位置（柱子、墻體）處。將窗戶設置在柱子、墻體等處，這些表面就可充當低亮度的反射器，有助于反射和重新分布天然光。

（3）把窗框外沿和窗洞口設計成有張角的形狀。

2.采光高側窗

采光高側窗是指設置在建筑垂直墻上的位于人的眼睛高度以上的側面采光窗，采光是其主要功能。

在朝向的設計上，采光高側窗應盡量朝向南、北向，盡量減少在東向，尤其是西向的開窗。除北向外，其他朝向在設計窗體時應考慮遮陽系統。而其控制眩光的設計方法與觀景窗的一樣。

2.3.2頂部采光窗（天窗）

天窗采光在工業建筑、公共建筑中采用較多。還是以蘇州博物館為例，設計者貝聿銘在進行設計時就借鑒了中國傳統建筑中老虎天窗的做法，設計了立體幾何形框體內的金字塔形玻璃天窗，將它開在屋頂的中間部位，自然光線透過木貼面的、色調柔和的金屬遮光條，進入到博物館的活動區域，使博物館充滿溫暖、柔和的流動光線。當然，天窗的設計需要結合建筑物本身的結構而定。

1.平天窗

平天窗是指在屋面上直接開洞，鋪上透光材料（玻璃、塑料等），其位置水平或近于水平的一種頂部采光窗體。

（1）在設計是為了獲得均勻無眩光的天然光，天窗在屋頂上的布置位置有：靠近墻壁的屋頂處布置；線性布置；均勻點式布置。

（2）平天窗的間距：為了能獲得均勻的天然光，在設計時天窗間距（中到中距離）等于1.0-1.5倍的天花高度，最靠墻壁的天窗距墻0.5倍的天花高度，但若墻體上已經有窗戶，則離墻距離應提高到2倍左右的天花高度。

（3）天窗與屋頂面積比：按照我國的建筑設計規范，天窗的面積不應大于屋頂總面積的20%。

2.垂直天窗

垂直天窗是指透光材料處于垂直或接近垂直位置的一種頂部采光窗體。它的采光特性與采光高側窗的基本相似。

（1）垂直天窗的間距：其間距一般按照圖1所示基本上就可滿足室內光線均勻度的要求。

圖1 垂直天窗常見的間距

（2）垂直天窗的面積同樣不應大于屋頂總面積的20%。

（3）垂直天窗朝向設計應注意的問題：朝南的垂直天窗在夏季時會由于太陽的直射而使室內熱增益，因此在設計時要考慮遮陽；超北的垂直天窗而由于缺少太陽直射光，在窗體面積上至少要多25%才能獲得與朝南天窗一樣的天然光總量，在設計時為了減少設計的成本，可考慮將朝北的垂直天窗的背面與太陽能集熱器安裝表面相結合。

3反光板及遮陽措施的合理應用

為了提升建筑內部空間的采光照度，我們可在窗頂位置放置水平反光板，以有效將日光引入其無法照射的室內深處；當夏季炎熱天氣來臨時，為了降低陽光的直射程度，我們可在不同的建筑方位設立遮陽裝置，提升建筑內部的舒適度。在設計時，應合理將反光和遮陽措施結合起來，讓其既有遮陽的效果，又能有效令光線形成漫反射效應引入室內。

3.1反光板深度的確定

3.1.1室外反光板深度的確定

室外反光板的深度不僅要考慮與整個建筑立面的關系，還要考慮到側窗的遮陽效果。一般，可根據夏日太陽的高度來計算遮陽板所需的深度，并結合建筑的立面造型，來確定反光板的深度。即：

反光板深度的計算公式：L=Hctghscosrs·w

式中：L——水平板挑出長度，m；

H——水平板下沿至窗臺高度，m；

hs——太陽高度角，deg；

rs·w——太陽方位角和墻方位角之差，deg；

rs·w——As—Aw；As—太陽方位角，Aw—墻體方位角。

3.1.2室內反光板深度的確定

室內反光板的作用是將室內的光線反射到天花板上，其深度的確定只需考慮眩光控制即可。一般，建議室內反光板的深度大致等于其上方的采光高側窗的高度。

3.2在進行遮陽設計時，需考慮如下因素：所處地理位置，太陽高度角，以及尺寸大小安裝方式。在具體設計遮陽板的進深尺寸和計算時，應將遮陽板設置的垂直間距、太陽高度角、太陽方位角與墻面法線間的夾角、墻面法線與正南方向的夾角等一一考慮進去。在此，由于篇幅的關系，就不一一詳述。

參考文獻：

[1]楊曉珍.淺析建筑物采光節能設計[J].城市建設理論研究，2012（3）.

[2]劉潔.建筑天然采光口的設計分析[D].北京建筑工程學院，2012.

[3]杜峰，劉輝.建筑的天然采光與遮陽設計[J].住宅科技，2005（12）.