對(duì)建筑自然采光技術(shù)的探討

鄒桂然

摘要：當(dāng)今建筑自然采光的研究隨著不斷的實(shí)踐逐步得到廣泛的發(fā)展，在多種使用功能的建筑中均可以看到自然采光設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的結(jié)合，本文從幾個(gè)方面闡述了建筑自然采光。

關(guān)鍵詞：建筑；自然采光；技術(shù)；空間組織

Abstract: With the constant practice gradually gained a wide range development， the construction of natural light in the construction of multiple use function combine with natural lighting design in the architectural design, this paper analyzed several aspects of the construction of natural lighting.Key words: architecture; natural light; technology; spatial organization

中圖分類(lèi)號(hào)：B845.63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

建筑采光是指建筑需要進(jìn)行照明使用面采取的利用天然光源與人工光源對(duì)建筑室內(nèi)進(jìn)行照明的行為。

目前我們的建筑采光還主要是利用天然采光和人工采光，天然采光主要是利用光線(xiàn)在白天為建筑室內(nèi)進(jìn)行照明。而人工采光則能在天然采光不足以滿(mǎn)足采光要求時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充和替代，在夜里人們則完全依賴(lài)人工照明來(lái)維持現(xiàn)代文明社會(huì)的正常生活。由于天然采光沒(méi)有成本、沒(méi)有污染，又無(wú)須設(shè)備投資，所以人們還是喜歡盡量地利用大自然的資源。人工照明則可以給人們提供自由、豐富、多變、方便的照明效果。

一、建筑自然采光技術(shù)的發(fā)展

隨著完全人工環(huán)境下對(duì)自然環(huán)境的氣候特征征服的全球化推廣，伴隨著地域主義對(duì)其忽略各個(gè)不同地域環(huán)境特征和文化特點(diǎn)的批判，國(guó)際式逐漸暴露出了種種弊端。它不僅是對(duì)地方氣候特性和文化特征的一種同質(zhì)化，同時(shí)也極大地隔絕了人與自然的聯(lián)系，并且造成了大量的能源消耗。建筑照明設(shè)計(jì)作為建筑能耗中的一個(gè)重要部分，隨著對(duì)自然采光的深入研究以及自然采光與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合的不斷發(fā)展，建筑自然采光設(shè)計(jì)在世界范圍內(nèi)的建筑實(shí)踐中已經(jīng)成為一個(gè)越來(lái)越重要的因素，一方面在建筑設(shè)計(jì)的初期就成為整個(gè)建筑設(shè)計(jì)構(gòu)思的考慮方面之一，在整個(gè)建筑空間和功能的組織和實(shí)現(xiàn)上產(chǎn)生了重要的影響；另一方面建筑圍護(hù)系統(tǒng)作為建筑自然采光設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，同時(shí)還關(guān)系到建筑對(duì)外的能量交換和自然通風(fēng)，已經(jīng)逐步發(fā)展為綜合建筑自然采光、遮陽(yáng)、自然通風(fēng)的一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)。

并且伴隨著建筑圍護(hù)系統(tǒng)的復(fù)合化以及對(duì)自然光源控制的深入研究，太陽(yáng)光不再是一個(gè)單一的建筑研究對(duì)象，而是集合了其可見(jiàn)性、紅外熱效應(yīng)、紫外輻射效應(yīng)、運(yùn)行軌跡和反射性等多種特性的多重系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)有益的自然光線(xiàn)的利用和不利因素的控制，建筑自然采光的適用范圍也逐步得到了廣泛的應(yīng)用和實(shí)踐發(fā)展，自然光源存在著穩(wěn)定性不足、變化較大，熱效應(yīng)和紫外輻射問(wèn)題已經(jīng)通過(guò)控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展逐漸形成了一個(gè)越來(lái)越完善的綜合體系。并且隨著自然光源控制水平的不斷提高，自然光源在很多情況下可以代替人工光源成為主要的建筑照明手段，而人工光源則作為必要情況下的輔助光源系統(tǒng)。

二、砌體結(jié)構(gòu)的自然采光

砌體結(jié)構(gòu)根據(jù)材料主要包括磚砌體結(jié)構(gòu)和石砌體結(jié)構(gòu)。選擇磚墻或者石墻作為承載整個(gè)重量的結(jié)構(gòu)，首先由于磚和石的承壓型能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于承拉性能。但由于要考慮到承重墻的抗震性能，因此在承重外墻上洞口的開(kāi)設(shè)大小就存在的一定的限制，通常在洞口上方可以看到使用磚砌拱或者石拱券以承載上部傳遞的壓力，或者通過(guò)鋼筋混凝土過(guò)梁的方法，但一般洞口寬度都不大。

長(zhǎng)期以來(lái)的通過(guò)采用窗地比限制來(lái)控制各房間的自然采光，但窗墻比僅規(guī)定了面積的大小，對(duì)于空間的進(jìn)深、窗的形狀、位置等相關(guān)因素均沒(méi)有要求，就有可能造成雖然窗地比值滿(mǎn)足要求，但是室內(nèi)采光不均勻，窗空口處由于控制不當(dāng)導(dǎo)致采光過(guò)量，而內(nèi)部由于缺乏適當(dāng)?shù)膶?dǎo)光措施過(guò)暗，這兩種情況下都無(wú)法為使用者創(chuàng)造一個(gè)舒適的光環(huán)境，導(dǎo)致在自然光充足的情況下，室內(nèi)窗簾或百葉緊閉，電燈全部開(kāi)啟的情況出現(xiàn)。而這種由于設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的不必要浪費(fèi)完全可以在設(shè)計(jì)師在控制房間進(jìn)深、結(jié)合外墻采用適當(dāng)?shù)拇翱谖恢?、形狀以及相?yīng)的反光措施，從很大的程度上緩解該情況的出現(xiàn)。

三、框架結(jié)構(gòu)的自然采光

隨著現(xiàn)代建筑運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，鋼筋混凝土多米諾體系迅速取代舊的砌體結(jié)構(gòu)成為現(xiàn)代建筑的標(biāo)志之一，隨之而來(lái)的建筑外墻從承重結(jié)構(gòu)的限制中解放，出現(xiàn)了現(xiàn)代建筑通長(zhǎng)的條狀窗。伴隨著Mies幕墻技術(shù)最終發(fā)展形成的全通透的玻璃建筑，自然采光和建筑圍護(hù)之間的矛盾已經(jīng)消融，如何獲得充足的采光似乎已不再是問(wèn)題，但是當(dāng)玻璃幕墻席卷世界，出現(xiàn)在紐約、倫敦、東京、上海以及世界各地的時(shí)候，一方面大面積的玻璃幕墻造成的光污染開(kāi)始引起人們的關(guān)注。同時(shí)，過(guò)度采光造成的視覺(jué)不適似乎通過(guò)在室內(nèi)安裝窗簾或百葉就很容易的解決。玻璃本身作為維護(hù)材料，其傳熱系數(shù)是普通磚墻的兩倍，同時(shí)引入大量自然光也帶來(lái)了溫室效應(yīng)。

但是由此造成的室內(nèi)熱環(huán)境的問(wèn)題在空調(diào)的發(fā)明和便宜的能源價(jià)格被暫時(shí)掩蓋。直到70年代第一次能源危機(jī)，現(xiàn)代建筑內(nèi)在隱藏的一些能源問(wèn)題才逐漸受到廣泛的關(guān)注，其中一項(xiàng)就在于這種基于能量的大量消耗而維持的人造環(huán)境是不可持續(xù)的。建筑師開(kāi)始重新審視建筑與環(huán)境，建筑與社會(huì)之間的矛盾，同時(shí)，大量生態(tài)建筑理念開(kāi)始逐漸在全世界范圍內(nèi)引起關(guān)注。而自然采光作為可持續(xù)建筑中的重要組成部分，也開(kāi)始朝著生態(tài)、節(jié)能的道路發(fā)展。

四、可持續(xù)建筑背景下的自然采光

可持續(xù)建筑思想作為一個(gè)關(guān)于建筑、自然、人類(lèi)、社會(huì)的重新審視，一方面由于能源危機(jī)導(dǎo)致的巨大的社會(huì)問(wèn)題，同時(shí)另一方面也植根與面對(duì)現(xiàn)代建筑全球化而引發(fā)的批判的地域主義的再思考。建筑與能耗的全面關(guān)注，作為可持續(xù)建筑焦點(diǎn)之一，對(duì)建筑圍護(hù)系統(tǒng)的導(dǎo)熱性能、主動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)、被動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)、自然采光系統(tǒng)的研究也逐漸廣泛的發(fā)展起來(lái)。在自然采光方面，如何處理過(guò)量的光線(xiàn)導(dǎo)致的眩光、自然光引發(fā)的熱效應(yīng)、以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造導(dǎo)致巨大的能量消耗、自然光采集與光伏轉(zhuǎn)換等問(wèn)題，開(kāi)始隨著低能耗，甚至零能耗建筑研究在歐美國(guó)家得到更加深入的發(fā)展。

同時(shí)隨著現(xiàn)代建筑對(duì)于光線(xiàn)作為建筑元素的思想進(jìn)一步發(fā)展，亦有自然采光結(jié)合建筑創(chuàng)作的經(jīng)典之作，并且隨著技術(shù)的發(fā)展，自然采光不再作為電氣照明的補(bǔ)充地位而逐漸在建筑設(shè)計(jì)的初期便融入整個(gè)建筑構(gòu)思之中，而逐漸成為不可或缺的元素之一。自然采光實(shí)現(xiàn)的范圍和手段均呈現(xiàn)出極大的多樣化，同時(shí)形成結(jié)合自然通風(fēng)、采光和隔熱等多重目的復(fù)合維護(hù)系統(tǒng)。

當(dāng)今自然采光不再是一個(gè)單純的采集過(guò)程，而是一個(gè)包括采集、過(guò)濾、存儲(chǔ)的復(fù)合過(guò)程。隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展，建筑照明設(shè)計(jì)逐漸成為一項(xiàng)可以量化控制的過(guò)程，通過(guò)計(jì)算的模擬計(jì)算，建筑師可以更加直觀、更加客觀的評(píng)估建筑圍護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。自然采光的控制不再僅僅是一個(gè)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，一個(gè)簡(jiǎn)單的窗墻比，而是一個(gè)結(jié)合建筑維護(hù)系統(tǒng)構(gòu)造方式、材料等動(dòng)態(tài)影響的過(guò)程。

五、住宅采光設(shè)計(jì)

（一）日照

住宅室內(nèi)陽(yáng)光對(duì)居民的心理影響很大，甚至相當(dāng)于其他因素對(duì)人的影響的綜合。荷蘭的勃脫和凡爾萊達(dá)兩人選擇112戶(hù)，記錄其住宅日照時(shí)間并詢(xún)問(wèn)住戶(hù)對(duì)日照現(xiàn)狀的意見(jiàn)和愿望。通過(guò)調(diào)研分析他們認(rèn)為住宅起居室冬至日的日照時(shí)間應(yīng)不小于2小時(shí)，觀測(cè)點(diǎn)定在窗臺(tái)內(nèi)緣的中點(diǎn)。

影響日照評(píng)價(jià)的另一個(gè)因素是在室內(nèi)的活動(dòng)。一般說(shuō)來(lái)，室內(nèi)工作位置越固定，陽(yáng)光的不利影響越大；反之，若居民根據(jù)日照情況改變其視線(xiàn)方向及工作位置的靈活性越大，則陽(yáng)光的副作用越小。

我們可以通過(guò)一個(gè)地區(qū)的長(zhǎng)期氣象資料計(jì)算出該地區(qū)的全年日照總時(shí)數(shù)及不同朝向的日照時(shí)數(shù)。例如，處于北緯51.5°的某地區(qū)朝南的窗全年日照可達(dá)1200小時(shí)，而東北向和西北向的窗年日照時(shí)數(shù)則不超過(guò)300小時(shí)。

通過(guò)研究我們認(rèn)為住宅日照標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該定為該地區(qū)平均全年日照總時(shí)數(shù)的1/4~1/3，這樣能基本滿(mǎn)足居民的要求，及住宅的全年日照時(shí)數(shù)不小于400~500小時(shí)，日照時(shí)數(shù)還必須分布在每年6個(gè)月里。

（二）日照間距

住宅日照間距主要滿(mǎn)足后排房屋（北向）不受前排房屋（南向）的遮擋，并保證后排房屋底層南面房間有一定的日照時(shí)間。日照時(shí)間的長(zhǎng)短，是由房屋和太陽(yáng)相對(duì)位置的變化關(guān)系決定的，這相對(duì)位置以太陽(yáng)高度角和方位角表示。它和建筑所在的 、建筑方位以及季節(jié)、時(shí)間有關(guān)。通常以建筑物正南向，當(dāng)?shù)囟寥眨ù蠛眨┱缡r(shí)的太陽(yáng)高度角作為依據(jù)。根據(jù)日照計(jì)算，我國(guó)大部分城市的日照間距約為1~1.7倍前排房屋高度。一般越往南的地區(qū)日照間距越小，往北則越大。