淺談教學(xué)建筑自然采光的優(yōu)化設(shè)計

賀棟,李梅

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

淺談教學(xué)建筑自然采光的優(yōu)化設(shè)計

賀棟,李梅

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

自然光能夠為建筑室內(nèi)提供照明,也影響著使用者生理和心理健康.教學(xué)建筑是以青少年為主要使用者的公共建筑,該類型的建筑對自然采光應(yīng)更加重視.從建筑形式,建筑開窗,導(dǎo)光、遮陽設(shè)施三方面出發(fā),運用計算機軟件對不同高寬比的中庭以及不同形式的天窗的采光系數(shù)進行模擬分析,對教學(xué)建筑自然采光設(shè)計進行探討并總結(jié)優(yōu)化設(shè)計的方法.

教學(xué)建筑；自然采光；設(shè)計方法

校園建筑中教學(xué)建筑所占比例很大,這類建筑的使用者以青少年居多.雖然可以使用人工照明來彌補建筑室內(nèi)自然采光不足的缺陷,但自然光對室內(nèi)使用者的生理和心理健康起到的作用是無法被取代的[1].因此,設(shè)計師在教學(xué)建筑設(shè)計中應(yīng)對自然采光這一因素著重考慮.本文從建筑形式、建筑開窗、導(dǎo)光及遮陽設(shè)施這幾個方面入手對自然采光時應(yīng)注意的問題進行探討.

1 建筑形式

室內(nèi)自然采光的效果與建筑形式有直接的關(guān)系,因此建筑形式應(yīng)該重視對自然光的引入.中庭式的建筑形式在引入自然光方面就起到了積極的作用.與內(nèi)廊式的形式相比,從中庭進入的自然光能夠較好地解決中庭兩側(cè)內(nèi)窗采光的問題,不會因室內(nèi)內(nèi)墻處亮度不夠而引起照度分布不均[2].中庭自然光引入量與中庭高寬比密切相關(guān),在建筑高度一定時,中庭高寬比越小,自然光線引入就越好（見圖1）.

圖1 不同高寬比的中庭采光系數(shù)模擬Fig.1 Daylight factor simulation of atriums with different aspect ratio

2 建筑開窗

建筑外窗可供選擇的形式較多,常見的開窗形式中以側(cè)窗、天窗最為常見.

2.1 側(cè)窗

建筑引入自然光常以側(cè)窗采光為手段.建筑外墻上的側(cè)窗為其附近空間提供照明,并能提供良好的室外景觀.在設(shè)計中應(yīng)注意開設(shè)方位、外形設(shè)計、高度定位及玻璃材料的選擇等問題.

2.1.1 開設(shè)方位 側(cè)窗適宜開在南向、北向建筑外墻上,不宜開設(shè)在東、西外墻上.在東、西外墻開窗會因太陽高度角相對較低而引入大量的直射陽光,室內(nèi)容易出現(xiàn)直射眩光,也會因引入過多太陽輻射而不利于建筑夏季節(jié)能[3].若必須開窗,則應(yīng)考慮遮陽.

圖2 被吊頂遮擋的教室側(cè)窗（作者自攝）Fig.2 Ceiling of classroom occluded the side window

圖3 高側(cè)窗折光玻璃采光示意圖Fig.3 The use of dioptric glass

圖4 不同天窗的采光系數(shù)分析Fig.4 Daylight factor simulation of rooms with different skylights

2.1.2 外形設(shè)計 若窗洞面積相同,豎向長窗宜在光線充足的外墻開設(shè),橫向水平窗宜在多陰天的地區(qū)采用,也適合在建筑背光面的外墻開設(shè).自然光引入也受窗洞口厚度的影響,窗洞厚度越大,建筑自然采光越不利.除了控制洞口厚度,窗洞在造型設(shè)計上同樣應(yīng)考慮自然光照的引入[4].

2.1.3 高度定位 若側(cè)窗尺寸不變,自然光引入室內(nèi)的距離與窗臺距室內(nèi)地面的高度成正比.但窗臺一味升高,開窗面積受限制,也會降低側(cè)窗附近的亮度.建筑外墻開窗面積較少會使室內(nèi)空間顯得過于幽閉,影響使用者的心理健康.窗口上端距室內(nèi)地面的垂直高度與自然光能夠到達室內(nèi)的水平深度為地板到窗戶頂部高度的1.5倍[5],因此在窗臺高度不變的情況下,窗戶越高,光線進入室內(nèi)越深.但一些教學(xué)建筑在后期室內(nèi)吊頂設(shè)計時沒有考慮對側(cè)窗的遮擋,削弱了側(cè)窗采光效果（見圖2）.

2.1.4 玻璃選擇 側(cè)窗可根據(jù)所安裝玻璃的物理透光性質(zhì)改善室內(nèi)光環(huán)境.比如側(cè)窗可以利用折光玻璃將光線折射到進深較大的房間深處,提高該處的亮度（見圖3）.又如需要避免室內(nèi)出現(xiàn)直射光的教學(xué)建筑可利用漫射玻璃將直射光打散,不僅有效避免直射光進入室內(nèi),散射的光線經(jīng)過墻面和天花的二次反射還可提升房間內(nèi)部的整體亮度.

2.2 增設(shè)天窗

一些教學(xué)建筑如階梯教室,需要較大的使用空間,導(dǎo)致建筑進深過大.此類建筑在設(shè)計時可獨立設(shè)置或放在頂層,利用天窗來改善室內(nèi)照度.矩形天窗、鋸齒形天窗和平天窗是最常用的形式.通過Autodesk Ecotect Analysis 2011軟件[6]對3種天窗形式的采光系數(shù)進行模擬分析可看出：平天窗自然光引入效率最高,但僅在窗口下方具有較強的采光系數(shù),在晴好天氣易形成光斑,造成眩光；鋸齒形天窗的自然光利用率最低,但室內(nèi)整體亮度優(yōu)于矩形天窗；矩形天窗的采光效率優(yōu)于鋸齒形天窗,但除了天窗下方采光系數(shù)較高外,其外圍的采光系數(shù)偏低（見圖4）.

因此,在平天窗設(shè)計時應(yīng)增加必要的光擴散設(shè)施來避免室內(nèi)出現(xiàn)直射光.鋸齒形天窗可用于光線引入量要求不高、室內(nèi)需光線穩(wěn)定、分布均勻的教學(xué)建筑.矩形天窗在設(shè)計時應(yīng)注意兩側(cè)天窗的間距,并結(jié)合側(cè)窗來改善室內(nèi)靠墻處采光系數(shù)較低的情況.

3 導(dǎo)光、遮陽設(shè)施

3.1 反光板

反光板可利用在側(cè)窗外部的出挑形成遮陽,避免過多陽光射入室內(nèi).反光板的上部為鏡面反射材質(zhì),可使導(dǎo)光板上部的陽光通過多次反射到達室內(nèi)更深的部位[4]（見圖5）.

3.2 遮陽百葉

遮陽百葉結(jié)合室內(nèi)墻體、頂棚進行多次反射,在有效避免室內(nèi)出現(xiàn)直射眩光的同時,將自然光均勻擴散,提高房間的整體亮度.

圖5 利用反光板改善室內(nèi)采光Fig.5 Improve the indoor lighting using reflector panel

4 小結(jié)

建筑師在建筑設(shè)計時應(yīng)從建筑形式、開窗設(shè)計和遮陽設(shè)施等方面注重自然采光的優(yōu)化設(shè)計,通過對各方面細節(jié)的把握和相關(guān)軟件的分析來改進建筑設(shè)計方案,為使用者創(chuàng)造良好的自然光照條件,創(chuàng)造環(huán)保、舒適、健康的室內(nèi)光環(huán)境.

[1]吳蔚.西方學(xué)校天然采光設(shè)計的發(fā)展簡況[J].照明工程學(xué)報,2005,16（2）：35-51.

[2]林憲德.綠色建筑[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2007.

[3]冉茂宇,劉煜.生態(tài)建筑[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社,2008.

[4]趙華.教學(xué)建筑自然采光研究[D].天津：天津大學(xué),2007.

[5]王愛英,時剛.天然采光技術(shù)新進展[J].建筑學(xué)報,2003（3）：64-66.

[6]柏慕培訓(xùn).Autodesk Ecotect Analysis綠色建筑分析應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2011.

（責(zé)任編輯：鄧天福）

Discussion on the design of natural lighting of teaching building

He Dong,Li Mei
（Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China）

Natural light can provide lighting for indoor users.It also affects human physical and mental health.The majority of teaching building users are teenagers.So this type of construction should pay more attention to the design of natural light.Through the use of computer analysis software,this paper discussed the natural lighting design and summarized design methods from architectural forms,architectural windows,light guide facilities and shading device three aspects.

natural lighting；teaching building；design method

TU244

A

：1008-7516（2015）02-0017-03

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.02.004

2015-03-07

賀棟（1984―）,男,河南安陽人,碩士,助教.主要從事綠色建筑設(shè)計研究.