建筑設(shè)計中自然光設(shè)計手法的應(yīng)用

王鵬

摘?要：在人類社會進(jìn)步的同時對生活品質(zhì)有了更高、更多樣化的要求，特別是對居住條件不僅要舒適、安全、節(jié)能，而且要滿足個性化設(shè)計需求，這也是建筑設(shè)計需重點考慮的。而采光設(shè)計作為建筑設(shè)計重要內(nèi)容，如何利用自然光實現(xiàn)建筑照明的綠色、節(jié)能成為新的研究方向。本文圍繞自然光設(shè)計展開分析，首先介紹了自然光的應(yīng)用價值，并分析了其在建筑內(nèi)外部設(shè)計、建筑材料以及生態(tài)建筑中具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計;自然光設(shè)計;應(yīng)用

一、自然光設(shè)計的應(yīng)用價值

（一）有利于室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)

對于建筑室內(nèi)環(huán)境來說，日間自然采光不僅關(guān)系到室內(nèi)光照強(qiáng)度，而且對室內(nèi)環(huán)境溫度也有調(diào)節(jié)作用，特別是對采光條件較差的建筑，自然光設(shè)計可顯著優(yōu)化室內(nèi)光照效果。在自然條件下室內(nèi)溫度變化較大，尤其是在冬季，人們不得不利用空調(diào)、暖風(fēng)等設(shè)備來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，高寒緯度供暖條件不足的地區(qū)，仍保持燃燒取暖的方式，木柴、煤炭燃燒在帶來嚴(yán)重大氣環(huán)境問題的同時也會使室內(nèi)空氣質(zhì)量惡化，在閉塞的室內(nèi)環(huán)境中還容易引發(fā)co中毒事件。在建筑設(shè)計中充分利用自然光對溫度的調(diào)節(jié)效果，通過優(yōu)化采光條件，能顯著減少能源損耗，還能實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的優(yōu)化。

（二）有利于優(yōu)化建筑視覺效果

建筑視覺效果也是設(shè)計的重要內(nèi)容，而設(shè)計中要著重考慮自然光因素，通過調(diào)節(jié)不同物體、不同空間的自然光的照射角度、強(qiáng)度以及光照形式，能夠?qū)ㄖ斐刹煌囊曈X效果。自然光的設(shè)計方案應(yīng)依照建筑整體設(shè)計要求，使建筑達(dá)到預(yù)期的光照效果，提高建筑物在視覺上的吸引力。

（三）有利于促進(jìn)能源可持續(xù)

理念的進(jìn)步和技術(shù)的創(chuàng)新有效推動了自然光設(shè)計的發(fā)展，人們不再局限于傳統(tǒng)建筑設(shè)計模式，而追求低碳、節(jié)能、環(huán)保的建筑設(shè)計效果。自然光設(shè)計可有效將自然光融入到建筑整體設(shè)計中去，提高自然光利用率，降低建筑使用中的能源損耗，助推能源可持續(xù)發(fā)展。

二、自然光在建筑設(shè)計中應(yīng)用

（一）在建筑內(nèi)部設(shè)計應(yīng)用

通過將自然光設(shè)計融入建筑內(nèi)部設(shè)計，可實現(xiàn)室內(nèi)外環(huán)境的有效溝通，不再受墻體結(jié)構(gòu)的約束，使室內(nèi)光線更加充足，帶給人們更佳視覺效果。在開展建筑內(nèi)部設(shè)計時要考慮光線的方向性問題以及不同采光條件對室內(nèi)環(huán)境、功能、人物心理等的作用，從而合理設(shè)置采光窗口的位置。對于室內(nèi)光線的控制要綜合利用采光窗口以及室內(nèi)裝飾品表面的光學(xué)特性，從而使建筑內(nèi)部光線分布更合理。其中室內(nèi)表面材質(zhì)尤為關(guān)鍵，有的材料具有反光特性，還有的材料則具有透光性，要根據(jù)室內(nèi)光線設(shè)計需求選擇合適表面材料，還要保證室內(nèi)環(huán)境氣氛的協(xié)調(diào)和一致。此外，室內(nèi)家具、裝飾品的設(shè)計對自然光應(yīng)用也有影響，應(yīng)合理選擇室內(nèi)物品的材質(zhì)、形狀、大小等，使室內(nèi)設(shè)計對自然光應(yīng)用更科學(xué)。

（二）在建筑外部設(shè)計應(yīng)用

建筑外部結(jié)構(gòu)對于建筑的采光能力有很大影響，因此在建筑外部設(shè)計時要充分考慮自然光照的角度、強(qiáng)度以及日照時長。還要利用好自然光的特性，在不同季節(jié)和日間不同時刻自然光表現(xiàn)不同特征，且由于建筑外部結(jié)構(gòu)往往粗糙，在光照下會形成漫反射，在設(shè)計時要利用好以上特性形成光、影的有效控制，要營造出虛實變幻、似透非透、舒適緩和的光線效果。

三、自然光同建筑材料的關(guān)系

（一）不透光質(zhì)地材料

在混凝土材料出現(xiàn)前，建筑材料的選取不外乎石、磚、泥土、木材等，雖然能基本滿足對遮風(fēng)、擋雨、保溫的建筑需求，但在自然光利用上存在不足，且在當(dāng)今建筑成本更高。隨著混凝土材料成本降低以及施工工藝、技術(shù)的突破性發(fā)展，已逐漸取代以往的材料，并廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑。混凝土結(jié)構(gòu)既能用于建筑整體框架搭建，又能用于細(xì)小構(gòu)件的制作，具有較好可塑性，并且在加入鋼筋結(jié)構(gòu)后基本能滿足多樣化的建設(shè)要求，并且自然光設(shè)計更加靈活。

（二）透光質(zhì)地材料

為使現(xiàn)代建筑更具特色，透光材料在建筑設(shè)計中有更廣泛應(yīng)用，已成為建筑施工中常用材料，這得益于透光材料制作技術(shù)上的突破，使其擁有不弱于常用建材的性能，并且在質(zhì)量上也能得到有力保證。如今，玻璃等透光材料甚至可用于建筑外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，起到很好的采光和溫度調(diào)節(jié)作用。由于玻璃材料相較傳統(tǒng)材料在顏色、透光以及形狀多樣性上有較大優(yōu)勢，可使建筑更美觀。透光材料的應(yīng)用實現(xiàn)了室內(nèi)外空間的互通，自然光的有效利用有助于生態(tài)建筑建設(shè)。

四、自然光在生態(tài)建筑中應(yīng)用

（一）光能的收集和儲存

集熱蓄熱墻是建筑光能收集和存儲的典型應(yīng)用，通常設(shè)置在建筑南向位置，當(dāng)自然光透過采光玻璃后將會在光熱輻射、傳導(dǎo)、對流等一些列反應(yīng)下，利用儲熱裝置向室內(nèi)傳遞熱量，這在生態(tài)建筑中多有應(yīng)用，一般集熱蓄熱墻的外觀設(shè)計為黑色，這樣可提高自然光吸收效果。根據(jù)集熱儲熱的方式不同可將其分為水墻式、實體式、花格式以及相變材料集熱蓄熱墻等。此外，“零能房屋”是新提出的概念性建筑，能夠利用太陽能轉(zhuǎn)換滿足房屋全部能源需求，基本不存在污染和排放問題，是今后光能應(yīng)用的發(fā)展目標(biāo)。

（二）自然光取暖

為了利用自然光來達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的目的，在生態(tài)建筑中人們將太陽能集熱器布置在建筑屋頂，而在地板位置會留有通氣孔洞，在吸收光能熱量的同時與室內(nèi)空氣形成對流傳熱，熱量由集熱器傳遞到室內(nèi)，這也是自然光取暖的主要方式。由于熱對流存在自然和強(qiáng)制對流兩類，在建筑結(jié)構(gòu)中自然對流的效率低下，需借助相關(guān)設(shè)備提高熱對流的效率。利用自然光取暖降低冬季取暖的能源消耗，也有較好環(huán)境效益。

（三）導(dǎo)光管法采集自然光

由于現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有的空間由于很難接受到自然光照射而多采用燈光照明，帶來較大電能消耗，而導(dǎo)光管法可將自然光收集并傳遞到建筑各個角落，并達(dá)到工作、生活所需光照強(qiáng)度。導(dǎo)光筒是導(dǎo)光管法的關(guān)鍵設(shè)備，僅要求采光效果而對安裝位置無特殊要求，屋頂、側(cè)墻、地表等位置均可，其中采光器不僅僅用于自然光采集，而且具有有害光線（如紫外線、放射性射線等）的濾除功能，從而時室內(nèi)采光更加安全、健康。當(dāng)自然光傳遞到室內(nèi)時，還要借助裝設(shè)好的漫射裝置使人們接收到的光線更均勻、更柔和。

三、結(jié)語

綜上所述，自然光應(yīng)用是綠色建筑設(shè)計的重要內(nèi)容，通過優(yōu)化建筑內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)設(shè)計，可提高自然光利用率。如今，在相關(guān)先進(jìn)設(shè)備輔助下已能實現(xiàn)光能的收集、存儲和傳遞，并應(yīng)用于室內(nèi)自然光照明、取暖等，促進(jìn)了生態(tài)建筑發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮舒婷，李憲鋒.基于建筑設(shè)計中自然光設(shè)計手法的研究[J].建材與裝飾，2017（16）：110-111