綠色辦公建筑天然采光策略

黃海靜，李毛毛

（重慶大學(xué)a.建筑城規(guī)學(xué)院；b.山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045）

綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，是與自然和諧共生的建筑。辦公建筑是為行政、教育及其他工作提供活動(dòng)場(chǎng)所的公共建筑。工作人員在辦公室工作八小時(shí)及以上的時(shí)間，其光環(huán)境的舒適度會(huì)影響工作效率。同時(shí)，辦公建筑應(yīng)遵循綠色建筑設(shè)計(jì)的原則，避免造成資源浪費(fèi)和環(huán)境問題。綠色辦公建筑中引入無污染、光色好的天然光作為采光光源是綠色光環(huán)境設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

綠色辦公建筑天然采光的意義體現(xiàn)在:1）節(jié)約照明用電，降低建筑能耗。辦公建筑的室內(nèi)光環(huán)境中，天然采光所占比例越大所需人工照明就越少，既節(jié)約照明用電也減少照明設(shè)備產(chǎn)熱，從而減少空調(diào)負(fù)荷；照明用電約占建筑能耗的25%～40%，合理的天然采光可節(jié)省52%的照明用電，節(jié)能意義大。2）清潔無污染，利于人體健康。天然光作為綠色光源，能減少對(duì)環(huán)境的污染；天然光也是人眼所適應(yīng)的光源，比人工照明的視覺功效更高。3）提高工作效率，營造動(dòng)態(tài)室內(nèi)空間。天然光能創(chuàng)造出人工照明無法替代的自然光環(huán)境，使人感到愉悅，較高的采光舒適度更有助于提高工作效率；天然光還能強(qiáng)化空間，營造豐富動(dòng)態(tài)、富于變化的室內(nèi)環(huán)境。

1 綠色辦公建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 辦公建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)要求

辦公建筑的使用特性是辦公人員需要盯著水平作業(yè)面或是豎向的電腦屏幕，座位固定，如果辦公室內(nèi)的光環(huán)境不佳，照度不均勻或是有眩光，則極易產(chǎn)生視覺疲勞，影響工作效率和人體健康。

辦公建筑的采光系數(shù)最低值、采光標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合以下要求（表1）。

表1 辦公建筑采光標(biāo)準(zhǔn)

同時(shí)，辦公建筑還應(yīng)避免直射陽光引起的眩光。作業(yè)面鄰近周圍的照度可低于作業(yè)面照度，但不宜低于下表中的數(shù)值（表2）。

表2 辦公建筑作業(yè)面及周圍照度要求

1.2 辦公建筑光環(huán)境現(xiàn)狀

在大量的辦公建筑中，由于設(shè)計(jì)師沒有對(duì)天然光進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，導(dǎo)致室內(nèi)光環(huán)境問題較多，使用者在不舒適甚至不健康的光環(huán)境下工作，造成資源浪費(fèi)。

1）照度不夠，均勻度差。辦公建筑受平面布局、使用情況、經(jīng)濟(jì)成本等因素影響，進(jìn)深較大且多采用單側(cè)窗采光。在側(cè)窗高度1.5 倍的地方，工作面的平均照度值大幅降低，整個(gè)房間照度均勻度差。因此，僅依靠側(cè)窗采光不能滿足大進(jìn)深辦公建筑的采光要求。

2）眩光嚴(yán)重，舒適度差。眩光產(chǎn)生的原因一是直接或通過反射看到燈具、明亮的窗口或者亮度極高的光源，二是在視野中出現(xiàn)強(qiáng)烈的亮度對(duì)比。此外，辦公建筑的水平作業(yè)面和電腦屏幕也容易出現(xiàn)光幕反射。因此，辦公建筑不能只增大采光口的面積，應(yīng)考慮其采光質(zhì)量，避免眩光，提高光環(huán)境舒適度。

3）熱量獲得、損失過多。天然光直接進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，隨著建筑采光口面積的增大，會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)溫度變化較大，早上和晚上溫度低，中午的溫度高，從而造成較多的熱量得失。人體的熱舒適度降低，需要采取空調(diào)制冷，消耗電能。因此采光口應(yīng)在保證采光的同時(shí)考慮熱工性能，在天然光進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，應(yīng)通過合理的構(gòu)件進(jìn)行處理。

1.3 綠色辦公建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)要點(diǎn)

辦公建筑的光環(huán)境設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下條件:1）適當(dāng)?shù)恼斩人剑?）一定的照度均勻度；3）合適的亮度比；4）盡量避免直射光的射入和過多的熱量得失；5）工作面上避免眩光干擾；6）直觀性提供天氣或時(shí)間的信息及與自然的親近感。

因此，綠色辦公建筑的光環(huán)境設(shè)計(jì)主要解決三個(gè)問題:進(jìn)深較大處的照度不足；近窗處的眩光；能源的浪費(fèi)。綠色辦公建筑天然采光設(shè)計(jì)的基本思路就是根據(jù)天然光傳播、反射的原理，通過控制建筑外圍護(hù)系統(tǒng)保證一個(gè)理想的光環(huán)境。此外，建筑空間的尺度構(gòu)成對(duì)天然采光設(shè)計(jì)起著決定作用，應(yīng)盡量在形體設(shè)計(jì)過程中使建筑變“薄”，增加天然光可照射的區(qū)域，并盡量保證工作面照度的合理均勻。根據(jù)《綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則》，綠色辦公建筑的光環(huán)境設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下:

1）采用天然光調(diào)控設(shè)施，如采用反光板、反光鏡、集光裝置等，改善室內(nèi)的天然光分布。

2）如不具備天然采光條件，可利用光導(dǎo)纖維引導(dǎo)照明，以充分利用陽光，減少白天對(duì)人工照明的依賴。

3）發(fā)揮天井、庭院、中庭的采光作用，使天然光線照亮人員經(jīng)常停留的室內(nèi)空間。

2 綠色辦公建筑天然光采光案例解析

綠色辦公建筑的天然采光技術(shù)，應(yīng)該以不消耗或消耗很少額外的不可再生能源為主要目標(biāo)，且盡量減少設(shè)備的維修和更新費(fèi)用，從而降低建筑全生命周期內(nèi)能源消耗。

現(xiàn)代綠色辦公建筑的天然采光技術(shù)，基于建筑外圍護(hù)系統(tǒng)控制和建筑空間形體控制，在外立面造型、建筑體量的變化上將使用功能與節(jié)能措施結(jié)合，既滿足綠色辦公建筑光環(huán)境要求，又充分體現(xiàn)建筑的創(chuàng)新性與前沿性。優(yōu)秀綠色辦公建筑天然采光設(shè)計(jì)案例如表3 所示。

表3 綠色辦公建筑天然采光案例解析

續(xù)表

3 綠色辦公建筑天然采光設(shè)計(jì)策略

綠色辦公建筑強(qiáng)調(diào)通過建筑本身的適宜性設(shè)計(jì)，充分利用天然采光，降低建筑對(duì)人工照明的過度依賴，采光與照明協(xié)同互補(bǔ)，從而達(dá)到整體節(jié)能目的。

3.1 建筑外圍護(hù)系統(tǒng)控制

3.1.1 使用遮陽、反射構(gòu)件

從側(cè)面直接引入天然光，易在近窗處形成眩光，降低舒適度。因此，在窗戶外側(cè)即建筑側(cè)立面可設(shè)置構(gòu)件，構(gòu)件（遮陽、反射作用）角度一般根據(jù)當(dāng)?shù)仃柟庹丈浣嵌却_定?；蚪M織反光板、反射頂棚等實(shí)現(xiàn)天然光的漫反射，從而提高整個(gè)室內(nèi)環(huán)境照度的均勻度。

3.1.2 雙層外表皮

外立面覆蓋表皮原理同遮陽構(gòu)件，其優(yōu)勢(shì)在于將建筑的整體性提高。引導(dǎo)天然采光的設(shè)施構(gòu)造亦是多樣，主要是通過光的偏轉(zhuǎn)和多次漫反射從建筑外部將光線引入建筑內(nèi)部。在表皮中設(shè)置遮陽網(wǎng)，遮陽網(wǎng)根據(jù)光線變化自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)光量。

3.1.3 窗戶分段設(shè)計(jì)

在同一立面上開高低窗，高窗補(bǔ)充進(jìn)深較大處的天然光，低窗提供視野?；?qū)⒋皯糇龀射忼X狀，鋸齒上半部分形成自遮陽，并使用淺色漫反射屋頂，提高室內(nèi)照度均勻度，節(jié)約照明用電。同時(shí)，窗戶的變化也為建筑造型提供新的思路。

3.1.4 中庭補(bǔ)充天然光

傳統(tǒng)的封閉內(nèi)走廊的空間組織方式，通常造成每個(gè)單元房間僅依靠外墻開窗進(jìn)行采光，近窗處眩光嚴(yán)重，進(jìn)深較大處照度較低。中庭空間從屋頂上引入天然光，對(duì)內(nèi)部空間提供一個(gè)額外的采光面，采光效果有了更大的靈活性及適應(yīng)性。

3.2 建筑空間形體控制

3.2.1 形體自遮陽、自采光

將建筑的體量自身呈傾斜狀，形成南向自遮陽。南向表面積減少，熱量獲得降低；北向的漫反射無眩光，并結(jié)合反光板、反射頂棚提高室內(nèi)照度均勻度?；?qū)⒔ㄖ伺_(tái)式設(shè)計(jì)，后退的上層建筑為下層空間留出屋頂作為采光面。

3.2.2 體量減法

在建筑整體體量不變的情況下，通過立面減法形成凹口，縮短實(shí)際的建筑進(jìn)深，減少對(duì)人工照明的需求。缺失的洞口，使建筑獲得了更多的采光面，天然采光條件得到改善，視野也更加開闊。同時(shí)，這些采光洞口可作為公共綠化與休息空間，提升了整體空間品質(zhì)。

3.2.3 形體分段

建筑形體分段控制的方式指縱向上將建筑體量分成若干段處理，每段屋頂都可作為采光面，使天然光進(jìn)入建筑的開口增多，從而解決高層辦公樓的中間層與底層內(nèi)部的天然采光問題。

4 小 結(jié)

天然采光在綠色辦公建筑中具有重要意義。綠色辦公建筑天然采光設(shè)計(jì)中，利用單側(cè)面采光時(shí)，空間進(jìn)深宜控制在窗高度的2.5 倍；雙側(cè)面采光時(shí)，進(jìn)深宜控制在窗高度的5 倍。在進(jìn)深較大的單層建筑的頂層，可設(shè)置天窗進(jìn)行天然采光。進(jìn)深較大的高層建筑，可利用中庭、庭院補(bǔ)充天然光。

天然采光策略的選擇在很大程度上與建筑空間形態(tài)組織密切相關(guān)，建筑設(shè)計(jì)的早期結(jié)合天然采光策略，進(jìn)行相關(guān)空間的組織和調(diào)整，才能在營造適宜的室內(nèi)采光環(huán)境的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)建筑能耗的有效降低。

［1］戴立飛.中小型建筑自然采光設(shè)計(jì)研究［D］.天津大學(xué)，2006

［2］黃海靜，鄭潔.辦公建筑天然采光影響因素初探［J］.燈與照明，2012（3）:9～11

［3］中華人民共和國建科部.綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則［S］.建科［2005］199 號(hào)

［4］王德玲.澳大利亞建筑金屬折板外遮陽設(shè)計(jì)案例研究［D］.華南理工大學(xué)，2013

［5］宋德萱，朱丹.高密度城區(qū)辦公建筑被動(dòng)采光通風(fēng)設(shè)計(jì)策略［C］/ /第十屆國際綠色建筑與建筑節(jié)能大會(huì)暨新技術(shù)與產(chǎn)品博覽會(huì)論文集，2014

［6］閆瑋.建筑自然采光與空間組織策略［J］.建筑技藝，2009（6）:94～97