自然光與現代建筑設計

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生活中扮演著極其重要的角色，如今，自然光又在建筑行業顯示出它獨特的優勢。現代建筑設計師們對自然采光系統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。本文首先分析現代建筑自然采光設計現狀和影響因素，其次從建筑設計的場地選擇、布局規劃、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

現階段，建筑企業面臨激烈的市場競爭，為在競爭的環境中贏得一席之地，建筑企業愈加關注建筑設計，并注意從優化設計的角度節省能源，滿足人們的多樣化需求。在人們注重高生活品質的背景下，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，實現節能環保。

1　現代建筑自然采光設計現狀和影響因素

目前，在現代建筑設計中，“生態節能”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境始終是設計師的追求。經過建筑師們不斷的探索與努力，對天然采光系統進行不間斷的更新與改良，對自然光的各方面優勢加以利用，代替傳統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，沒有經過任何處理的自然光，不僅不能在建筑中體現出它的節能優勢，反而會對建筑的內環境造成不好的影響。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部的許多功能產生影響，也破壞了房屋的舒適感。比如，太多的陽光直射會導致室內溫度過高，這樣反而影響室內空調制冷，引發更多的電量損耗，因此，優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，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，以優化設計。

2　現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布局規劃

建筑布局規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地理位置確定，如在北方地區，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劃和設計時，應在分析其光熱環境的基礎上合理布置，并明確建筑的采光標準，優化采光設計，以實現建筑節能。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，同時關注建筑節能，對此，可適當減小建筑體型的長寬比；而在北方地區，冬季寒冷，應優化建筑的采暖設計，同時注意暖通空調的節能，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向采光這些普通的采光方式，以創造出高水平的環境效果和人文體驗。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的側窗采光的補充。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調節的明暗控制裝置結合起來，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，其將發電、隔音、隔熱等功能相結合，既安全環保又起到裝飾作用，而且其將自然光能轉化成電能，避免光污染的發生，而且生態環保。

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

經研究表明，窗地比越大，人工照明消耗的電能就越少，建筑內一年的關燈率也就呈上升趨勢，具體見圖2。這個現象是由于窗地比較大，建筑內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，優化建筑外圍護結構，使其實現保溫節能，以使室內獲得較好的保溫效果。相反，若對建筑室內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　側窗高度

3.1.2透光率

透光率和建筑室內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，建筑節能的目的也就不難達到，這要求根據不同建筑功能要求，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。在進行建筑室內采光節能設計時，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，要根據實際情況確定窗戶位置，以免影響到建筑功能。②建筑內部空間的光照度值也會受到窗體形狀的影響。經實驗證明，窗戶上沿的高度越高，光線也會在進入室內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　不同形狀的側窗光線分布

3.2反光板設置

在側窗設計中，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，在側窗設置外反光板，還能使夏季熱量減少，從而將空調制冷所消耗的電能減少，同樣可以達到節能的目的。因此，在建筑采光設計時，可以對側窗進行反光板的設置，進一步改善室內采光效果，降低能耗。

4　結束語

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量，而且可達到節能的效果。鑒于此，本文從影響自然采光的因素出發，具體分析了建筑設計中場地選擇、布局規劃、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.

[2]周金星，鐘麗.淺談自然光空間設計[J].山西建筑，2008（23）：55～56.

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

TU201

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1673-0038（2015）14-0015-02

2015-3-17