建筑設計中自然光的應用解析

陳 新 升

(山西二建集團有限公司,山西 太原 030013)

在大自然創(chuàng)造的萬物中，自然光是一種取之不竭、用之不盡的資源之一，自然光為人們的生活工作提供了方便，近些年，隨著城市化進程不斷加快，工業(yè)化發(fā)展速度越來越快，因而消耗了大量的能源資源，導致資源匱乏，同時對大氣產(chǎn)生較大的污染，出現(xiàn)了許多環(huán)境問題[1]。基于此，人們在建筑設計方面提出了綠色環(huán)保的理念，在這一理念的影響下也提高了對可再生資源的利用率。因此在近些年的城市建筑設計中加強了對自然光的利用，降低了人們對資源的消耗。但在自然光利用過程中也存在許多不足之處，需要進一步加強人們對自然光與建筑材料之間關系的認識。因此，本文就相關的問題進行深入的分析研究。

1 自然光在現(xiàn)代建筑設計中的重要性

首先，自然光的利用能夠對室內環(huán)境起到一定的調節(jié)作用。由于我國地域遼闊，南北地域跨度比較大，因此在各個城市化建設過程中，每個地域對自然光的利用各不相同，尤其對于高緯度的地域，自然光照射時間比較少，而且高緯度地域的季節(jié)變化明顯，在寒冷的冬季室內外溫差比較大，室內溫度多以空調或煤炭取暖，因此對能源的消耗比較大[2]。此外，利用煤炭、木材取暖的地域，經(jīng)常出現(xiàn)一氧化碳中毒的事件，對人們的生命安全造成嚴重的威脅。而利用自然光則能夠降低人們對空調、煤炭的利用率，同時自然光也能調節(jié)室內的溫度。

其次，自然光有利于改變建筑物的視覺效果。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，人們對建筑設計的創(chuàng)新力度非常大，因此許多建筑物在自然光的照射下其視覺效果發(fā)生很大的變化，而且部分建筑在光照的情況下能夠提高其觀賞性[3]。因此，在近些年人們加強了對自然光的利用，使得城市建筑群進一步吸引人們的眼球。與此同時，自然光的利用還能節(jié)約資源能源，由于自然光能夠改善室內的溫度和亮度，因此減少了建筑物室內的光照時間，降低了人們對資源能源的利用率，最終起到節(jié)能環(huán)保的效果。

2 自然光與建筑材料的關系

在城市化建設發(fā)展過程中，建筑結構設計中自然光的利用率越來越高，與此同時，自然光與建筑材料之間的關系越來越密切，其中透光質地的建筑材料和不透光質地的建筑材料運用越來越廣泛。首先，透光質地的建筑材料運用越來越頻繁，并且成為當今城市建設中不可缺少的一部分，并且隨著相關技術的進步，透光質地的材料質量也不斷提升，因此，城市建設中許多建筑物的外層結構由透光質地材料代替，能夠有效改善建筑物室內的光照和溫度，同時也提高了建筑物室內的光感透明度[4]。比如在當下的建筑物，玻璃材料的建筑物已經(jīng)被普遍運用，而且玻璃的顏色種類比較多，形狀也多種多樣，因此在建筑中運用，除了能夠改善建筑室內的溫度和光照以外，還能增加建筑物的美觀程度(圖1為自然光合理利用示例圖)。

其次，不透光質地材料的運用。在現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展過程中，不透光質地材料運用最為廣泛的是混凝土，由于混凝土與石材、木材相比成本比較低，而且混凝土的表現(xiàn)形式多樣，既能夠表現(xiàn)粗獷的建筑物特點，也能表現(xiàn)細膩的建筑設計理念，并且在使用混凝土期間也同時使用金屬材料，進而提高了自然光的利用率。并且，自然光的利用增加了建筑物外觀的美觀性，因此增加了城市建筑物的美感。

3 利用現(xiàn)代科技手段充分運用自然光

隨著城市化建設發(fā)展，自然光的運用范圍越來越廣，自然光的運用不僅在建筑物結構的填充上，而且還運用于節(jié)能環(huán)保理念設計中。在居民生活中運用的光源主要源于火力發(fā)電，火力發(fā)電對煤炭資源的消耗量比較大，嚴重污染環(huán)境。而在城市建筑物中加強了自然光的利用率，能夠減少煤炭資源的利用，加強城市綠化建設，同時也節(jié)約能源。

3.1 光熱的收集和儲存

自然光能夠對建筑物室內的溫度起到一定的改善作用，即在建筑物中實施蓄熱墻的方式進行改善建筑物室內的溫度，目前在建筑物南向垂直面通過蓄熱墻進行吸收陽光，然后通過傳導、輻射的形式將吸收的熱量傳入室內，以此增加室內的溫度[5]。一般情況下，為了提高建筑物墻體的吸熱能力，墻體的顏色以黑色和深色為主，目前，我國建筑物設計中有了很大的突破，“零能房屋”的運用提高了我國建筑物對自然光的利用率，“零能房屋”主要將太陽光轉化為建筑物所需的能源，減少了對不可再生能源資源的利用率，降低了對空氣的污染。我國“零能房屋”技術的突破為建筑物自然光的利用提供了新的發(fā)展方向，也為綠色生態(tài)建筑發(fā)展提供了明確的發(fā)展方向。

3.2 熱能傳遞法利用自然光

熱能傳遞主要通過對流傳熱的形式進行傳遞，其形式主要通過液體或氣體將熱能傳遞到另一處，進而達到升溫的效果。由于熱能傳遞有自然對流和強制對流兩種，因此具體運用期間主要分為層流傳熱和湍流傳熱兩種，與此同時再輔助機械對流，能夠提高自然光的利用率。熱能傳遞的方式主要在冬季利用，即在建筑物的屋頂放置太陽能集熱器，將熱空氣吸收到房間的底板處，能夠通過地板上的孔進入到室內，達到增加室內溫度的目的，并且通過底板孔進入房間的熱量在室內進行循壞，能夠持續(xù)保持室內的溫度。

3.3 利用導光管法進行采集利用自然光

在城市化建設發(fā)展過程中，人們的建筑設計理念發(fā)生了很大的變化，綠色節(jié)能環(huán)保設計理念運用越來越廣，人們不僅減少了能源資源的利用率，而且也提高了城市綠化建設的力度，因此在建筑設計過程中，自然光的利用大幅度降低了對大氣的污染。其中導光管法在生態(tài)建筑設計中運用越來越廣，主要通過導光管將太陽激光器收集到的光線傳遞到建筑的采光地方，采光的地方將光能通過相關的技術設備轉化為熱能，進而滿足人們的生活需求。一般情況下，導光管主要安置在建筑物的頂部、側墻、地表等容易采光的地方。在安裝導光管的地方安裝導光筒，由于導光筒中的采光器能夠將自然光中的紫外線、紅外線等有害光線過濾掉，人們接觸的光則比較柔和、健康，因而對人體減少危害。而且，在安裝導光管期間，還要在光線傳輸系統(tǒng)中安裝漫射裝置，能夠將被過濾的自然光均勻的漫射到建筑物室內的各個角落。有利于提高自然光的利用率，同時也有利于保持室內的溫度。

除此之外，在利用自然光方面還可以運用棱鏡組多次反射法，即運用一組傳光棱鏡，將集光器收集的太陽光傳送到采光的部位。由于該措施主要采用棱鏡組進行多次反射收集自然光，因此需要對棱鏡組的安置位置進行精確的計算，同時還要對棱鏡的材料等進行嚴格的要求，提高棱鏡的質量。此外，棱鏡組多次反射法對自然光的運用，主要用于光線照明比較困難的地方，比如地下室或者無窗的建筑物內均可實施該方法，并且該方法的普及運用，能夠降低地下室相關建筑物的照明消耗，減少能源資源的利用率。比如：地下室、地下車庫等環(huán)境，能夠有效節(jié)約能源。而且自然光的反射傳入，還能有效改善地下室的溫度。

4 結語

在城市化發(fā)展過程中，建筑設計是最主要的組成部分之一，而且建筑行業(yè)的發(fā)展也進一步促進了城市化的發(fā)展。同時人們的環(huán)保理念運用范圍越來越廣，在建筑物設計過程中，利用自然資源成為建筑設計的主要理念和方向，其中自然光是大自然的主要資源之一，人們取之不盡，用之不竭，而且自然光在建筑設計中運用能夠提高建筑物的觀賞性，并且通過采光裝置的運用，能夠提高建筑物的室內溫度和光照。降低能源資源的利用，降低對環(huán)境的污染。因此，在自然光的利用過程中，需要加強對自然光的收集和儲存，同時也需要通過熱能的傳遞和導光管法進行提高對自然光的利用，進而為建筑設計增添色彩。