淺談自然采光在現(xiàn)代建筑中的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

李夢怡

（西安建筑科技大學(xué)華清學(xué)院 710000）

1 自然采光的相關(guān)概述

1.1 自然光的概念

自然光是自然界重要的能源，不僅安全高效，并且取之不盡用之不竭。陽光通過大氣層到達(dá)地面，經(jīng)過反射為人們照明。通常情況下，自然采光是指將自然光引入到建筑物內(nèi)部，根據(jù)一定的設(shè)計(jì)方式，實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)部的照明效果。與傳統(tǒng)的人工采光相比，自然采光有著重要的應(yīng)用優(yōu)勢，不僅能夠保證建筑物的內(nèi)部照明需求，同時(shí)能夠進(jìn)行保暖和通氣，提高建筑物室內(nèi)的活動(dòng)質(zhì)量。

1.2 自然采光的發(fā)展

我國很久以前就有設(shè)計(jì)師利用自然采光進(jìn)行相關(guān)建筑物的設(shè)計(jì)。例如，四合院就充分體現(xiàn)了自然采光的設(shè)計(jì)理念。國外很多古建筑也將自然采光進(jìn)行了不用程度的應(yīng)用。根據(jù)建筑物采光的技術(shù)應(yīng)用程度，可以大致將自然采光的發(fā)展分為四個(gè)階段。第一階段，傳統(tǒng)的建筑采光。通過門、窗等基本設(shè)施，保證有足夠的光源能夠射入到建筑物內(nèi)達(dá)，到相應(yīng)的照明效果。第二階段，采用天窗等設(shè)計(jì)元素，增大陽光的照射量，并且能夠有效地控制光源的照射程度，保證建筑物內(nèi)部的熱量。第三階段，很多現(xiàn)代建筑物會采用一些光導(dǎo)照明技術(shù)來輔助采光效果，一些新技術(shù)、新材料能夠有效改善自然光的照射均勻程度，提高自然光的利用效率。第四階段，可持續(xù)的自然采光設(shè)計(jì)。對建筑物的整體系統(tǒng)進(jìn)行全面分析，優(yōu)化其中的維護(hù)結(jié)構(gòu)、光照結(jié)構(gòu)以及熱量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，保證自然光的可持續(xù)利用。

1.3 自然采光的特點(diǎn)

自然采光通常是一個(gè)采集、過濾、存儲的動(dòng)態(tài)過程。與人工照明相比，自然采光有著顯著的應(yīng)用特點(diǎn)。首先，自然采光設(shè)計(jì)方案與建筑物的整體充分融合，通過建筑物的細(xì)節(jié)元素來保證自然采光的應(yīng)效果。同時(shí)，很多現(xiàn)代建筑物會使用大量的先進(jìn)技術(shù)和新材料，對光源進(jìn)行充分的利用。并且，最近幾年很多設(shè)計(jì)師開始對自然采光進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，提高建筑物對外界環(huán)境的變化適應(yīng)性。利用智能技術(shù)來跟蹤控制光感技術(shù)，增強(qiáng)自然采光裝置的智能程度，滿足當(dāng)前人們的生活需求。

2 國內(nèi)外自然采光應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 應(yīng)用成果

目前國外建筑設(shè)計(jì)師對于自然采光的研究主要圍繞不穩(wěn)定性和熱輻射兩個(gè)方面。通常情況下，設(shè)計(jì)師要對自然光進(jìn)行檢測和調(diào)控，保證內(nèi)部光源的穩(wěn)定性。同時(shí)要結(jié)合相應(yīng)的技術(shù)、材料推動(dòng)自然采光產(chǎn)品的創(chuàng)新和研發(fā)。由于自然光源與人工光源相比，光照程度不穩(wěn)定，并且會帶來一定程度的熱輻射，因此為了滿足人們更高品質(zhì)的生活需求，設(shè)計(jì)師需要對建筑物的自然采光系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，要保證采光裝置能夠?qū)χ車h(huán)境進(jìn)行適時(shí)準(zhǔn)確的光熱檢測。通過引入調(diào)光玻璃、感光膜等材料，提高自然采光裝置的檢測效果。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員要積極推動(dòng)自然采光裝置的創(chuàng)新發(fā)展，要充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，對自然采光裝置進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)。例如，德國國會大廈應(yīng)用了光導(dǎo)纖維制成相應(yīng)的自然采光裝置，有效的提高了建筑物自然采光的供熱效果。

與國外相比，我國對建筑物的自然采光研究還處于初級階段。最近的十幾年里，氣象部門對全國各地的氣候進(jìn)行了數(shù)據(jù)整理，為建筑物的自然采光設(shè)計(jì)提供了相應(yīng)的參考依據(jù)。并且，隨著綠色低碳理念受到越來越多人的關(guān)注和重視，國內(nèi)逐漸出現(xiàn)以自然采光為核心的辦公樓和商業(yè)大廈，標(biāo)志著未來我國建筑物的設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢。

2.2 存在的問題

從目前國內(nèi)外建筑物的自然采光應(yīng)用現(xiàn)狀來看，盡管自然采光的設(shè)計(jì)理念得到了進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了很多經(jīng)典的自然采光設(shè)計(jì)案例。但是隨著人類社會的不斷進(jìn)步，自然采光需要發(fā)揮更加重要的應(yīng)用作用。然而很多國內(nèi)外相關(guān)工作人員往往注重自然采光技術(shù)，側(cè)重于利用計(jì)算機(jī)建模軟件對建筑物的自然采光進(jìn)行分析和調(diào)整，很少有相關(guān)工作人員對建筑物自然采光的節(jié)能效果進(jìn)行研究，導(dǎo)致建筑物的綠色低碳設(shè)計(jì)效果仍舊有待提高。

3 自然采光在現(xiàn)代建筑物中的優(yōu)化策略

由于自然采光充分迎合了當(dāng)前低碳環(huán)保的行業(yè)發(fā)展趨勢，因此為了提高自然采光在現(xiàn)代建筑物中的應(yīng)用效果，需要從建筑設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，滿足建筑物的照明和節(jié)能需求。

3.1 在建筑物側(cè)向進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

通常情況下，為了保障有足夠的光源能夠照射到建筑物內(nèi)部，需要在建筑物側(cè)部進(jìn)行開窗。窗戶作為建筑物的重要組成形式，能夠有效調(diào)節(jié)建筑物內(nèi)部光源，并且能夠發(fā)揮過濾作用，是室內(nèi)與外界進(jìn)行交換的重量媒介。因此，現(xiàn)代建筑物要發(fā)揮側(cè)向采光的優(yōu)勢作用，要結(jié)合建筑物的形體特點(diǎn)，在側(cè)向進(jìn)行采光載體的設(shè)計(jì)。首先，要進(jìn)行平面形式的優(yōu)化。設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)利用計(jì)算機(jī)軟件對建筑物內(nèi)部的接受光源進(jìn)行模擬分析，對內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而保證各個(gè)房間能夠接受到足夠的自然光源，滿足內(nèi)部的采光環(huán)境建設(shè)需要。要避免周圍建筑物的遮擋，需要調(diào)整建筑物的形態(tài)來獲取最大的自然采光量。例如，意大利的扭曲金融大廈屹立于密集的寫字樓之中，但是憑借其獨(dú)特的形態(tài)，能夠獲得足夠的光源。同時(shí)，要在建筑物的剖面形式上進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)圍繞建筑物的高度、剖面形式和進(jìn)深比例進(jìn)行分析，采用不同的采光方式進(jìn)行對比。通常情況下，建筑物頂層可以采取天窗，下層的樓層采用側(cè)面采光設(shè)計(jì)，從而增加建筑物各部分的接受光源。另外，在側(cè)向窗戶上進(jìn)行優(yōu)化。窗口的結(jié)構(gòu)形式對建筑物的自然采光效果有著重要的影響。設(shè)計(jì)師為了提升建筑物的節(jié)能性和舒適性，要對建筑的差異化立面進(jìn)行準(zhǔn)確分析，根據(jù)不同角度的陽光射入量進(jìn)行窗戶的位置調(diào)整，并且要調(diào)整建筑物的高度和取向，在不同的位置設(shè)置遮陽板，調(diào)節(jié)自然光的熱輻射。

3.2 在頂部采光進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

通常情況下，一些大型的寫字樓、商場都會采用頂部采光的設(shè)計(jì)方式，保證建筑物內(nèi)部不會出現(xiàn)采光死角。在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)案例中，頂部采光有著重要的應(yīng)用優(yōu)勢。設(shè)計(jì)師首先應(yīng)當(dāng)進(jìn)行水平天窗的優(yōu)化設(shè)計(jì)，要對水平天窗的構(gòu)造進(jìn)行靈活調(diào)整，與建筑物的側(cè)向結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。同時(shí)，要對鋸齒天窗形式進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。所謂的鋸齒形天窗是一種單側(cè)采光的天窗形式，在我國北方地區(qū)應(yīng)用廣泛，能夠有效調(diào)節(jié)陽光的照射量，并且保證室內(nèi)的溫度和濕度。與傳統(tǒng)的天窗相比，鋸齒身天窗更加美觀，并且能夠有效彰顯現(xiàn)代建筑物的設(shè)計(jì)美學(xué)。另外，要對特殊天窗形式進(jìn)行優(yōu)化。最近幾年，隨著人們審美水平的不斷提升，越來越多的現(xiàn)代化建筑會采用特殊的天窗形式。因此，設(shè)計(jì)師需要結(jié)合建筑物整體的設(shè)計(jì)風(fēng)格，天窗進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，既要滿足基本的照明需求，也要給人們帶來與眾不同的設(shè)計(jì)美感。

3.3 中庭采光的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于越來越多的現(xiàn)代化建筑利用中庭作為緩沖空間，因此設(shè)計(jì)師需要對中庭進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，要根據(jù)光線在建筑物內(nèi)部的漫反射特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，充分考慮到建筑物的平面和剖面設(shè)計(jì)特征，對中庭的比例結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)建筑內(nèi)部的設(shè)計(jì)感和節(jié)能效果。首先，要對中庭的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行創(chuàng)新。設(shè)計(jì)師要合理分析中庭與其他空間的間距，通常需要將中庭的高度與寬度比例設(shè)置為3：1，保證有足夠的空間能夠接受光源。同時(shí)，設(shè)計(jì)師需要對中庭的透光性進(jìn)行優(yōu)化，采用透光性更強(qiáng)的頂棚來進(jìn)行建筑物設(shè)計(jì)，引用大面積的玻璃天窗能夠保證建筑物的透光量，并且能夠?qū)⒂泻Φ墓饩€進(jìn)行阻擋，避免自然光的熱輻射。另外，要對中庭的反射性能進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)選擇更加先進(jìn)有效的反射材料，對材料表面的粗糙程度進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而增加光線的漫反射效果。

4 結(jié)語

隨著社會的不斷發(fā)展，人們對建筑物的節(jié)能效果和設(shè)計(jì)美感提出了更高要求。與傳統(tǒng)的人工照明相比，自然采光有著顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，不僅能夠增加內(nèi)部空間的空氣流通和照明程度，并且能夠給室內(nèi)人們營造一種舒適的氛圍。設(shè)計(jì)師在對現(xiàn)代建筑物進(jìn)行自然采光設(shè)計(jì)的過程中，要圍繞建筑物的空間結(jié)構(gòu)和尺寸比例進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，對于各個(gè)部分進(jìn)行自然采光的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，利用更加先進(jìn)的材料和技術(shù)進(jìn)行自然光源的模擬分析，從而最大程度上發(fā)揮自然采光的優(yōu)勢作用，給人們帶來更加舒適的體驗(yàn)。