建筑設(shè)計(jì)中自然光的應(yīng)用解析

程蘭

摘 要：隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，城市土地資源日益緊張，而建筑行業(yè)發(fā)展帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)效益受到了人們的廣泛關(guān)注，但是建筑設(shè)計(jì)、施工、應(yīng)用問(wèn)題也逐漸突出。人們對(duì)于生活工作環(huán)境品質(zhì)要求的提高，建筑平面核心區(qū)域的人工照明設(shè)備數(shù)量不斷增長(zhǎng)，據(jù)相關(guān)調(diào)查研究結(jié)果顯示，這樣造成了建筑能耗的大幅增長(zhǎng)，人工光源照明能耗占據(jù)了建筑全年總能耗的20～30%。所以，基于節(jié)能低碳發(fā)展背景下，需就自然采光技術(shù)的合理應(yīng)用進(jìn)行深入探究。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；自然光；應(yīng)用優(yōu)化

1 建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用自然光的意義

1.1 自然采光與節(jié)能減排

就建筑理論和行業(yè)發(fā)展的多年經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，很多建筑對(duì)于采光井安排、庭院布置以及建筑體量的控制的相關(guān)理論不斷完善，優(yōu)秀實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不斷積累。為了創(chuàng)造更加舒適的室內(nèi)環(huán)境，人們積極探索自然采線方法。但是電氣照明時(shí)代的來(lái)臨，人們?cè)诜忾]和相對(duì)狹小的建筑空間內(nèi)過(guò)度依賴人工照明，使得自然采光逐漸被忽略，一味地通過(guò)照明設(shè)備的合理使用營(yíng)造良好的室內(nèi)光照效果，造成了能耗的增加。為此，需要注重自然光線的利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目的。但是，自然采光本身不能節(jié)約能源，而是需要增加自然采光減少人工照明能耗。因?yàn)樽匀徊晒獾囊肟梢詼p少人工照明產(chǎn)生的熱量，可以抵消空調(diào)設(shè)備熱量能耗。

1.2 自然采光與人體健康

自然采光對(duì)于環(huán)境保護(hù)和節(jié)能具有重要意義，對(duì)于維護(hù)人體健康、提高人們的生活工作積極性也有一定的影響。在建筑發(fā)展史中，建筑物長(zhǎng)期以來(lái)自然采光為人們提供光明，直到電力時(shí)代的到來(lái)，建筑的高度和進(jìn)深增加，甚至很多建筑遠(yuǎn)離窗戶洞口區(qū)域，盡管無(wú)窗空間的利用率較高，但是對(duì)電力設(shè)備的依賴性也更高。在這種長(zhǎng)期沒(méi)有陽(yáng)光和密不透風(fēng)的建筑中生活與工作，會(huì)增加抑郁癥的患病幾率，或出現(xiàn)其他不健康癥狀。因?yàn)槿藗儾荒荛L(zhǎng)期感受到外部自然環(huán)境變化，持續(xù)處于“生物鐘黑暗”狀態(tài)下，降低了人們的生存質(zhì)量。

1.3 自然采光與建筑設(shè)計(jì)

自然采光具有諸多優(yōu)勢(shì)，若設(shè)計(jì)處理不當(dāng)則會(huì)引發(fā)蝴蝶效應(yīng)。因?yàn)樽匀还饩哂胁环€(wěn)定性，所以過(guò)多或者是單一采用自然光，則室內(nèi)的照度不能得到保障，容易造成眩光、室內(nèi)熱量的大量積聚等問(wèn)題。但是也正因?yàn)樽匀还饩哂胁焕?，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中更加偏愛(ài)于穩(wěn)定度高的照明設(shè)備，忽略了自然采光設(shè)計(jì)工作。從很多優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)案例來(lái)看，建筑的合理設(shè)計(jì)和技術(shù)手段的合理使用可以保證建筑內(nèi)部光環(huán)境的穩(wěn)定與均勻，建筑的形態(tài)和外立面也更富有層次感。

2 自然光在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 自然采光的整體設(shè)計(jì)

①建筑朝向。建筑朝向的選擇受到氣候變化、地理環(huán)境和城市規(guī)劃等多種因素影響，為此朝向的確定需要根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況進(jìn)行。如在寒冷的冬季，需要引入充足的自然光線，通過(guò)太陽(yáng)輻射才能為建筑內(nèi)部提供充足的任亮，但是在炎熱的夏季，則需要減少室內(nèi)的自然光線。同時(shí)，需充分利用當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向優(yōu)勢(shì)，夏季可以通過(guò)自然風(fēng)釋放適量，而冬季也可以抵抗外部冷空氣的進(jìn)入。建筑朝向的設(shè)置也需要適應(yīng)地形。通常情況下，我國(guó)家族和夏至日南偏東及偏西60°朝向范圍內(nèi)日照時(shí)間均大于8h，而冬至日南偏東及偏西30°朝向范圍內(nèi)日照的時(shí)間十分充足。需注意的是，日照的西曬會(huì)造成西向房間室內(nèi)溫度過(guò)高，應(yīng)控制在南偏西45°內(nèi)較為適宜。②建筑群體間距控制。建筑群體間距控制的主要目的是避免建筑物相互遮擋問(wèn)題的產(chǎn)生。前后相鄰建筑物設(shè)置，為保證北側(cè)建筑的日照，需控制南側(cè)建筑與北側(cè)建筑的間隔距離，這也就是日照間距。依據(jù)日照標(biāo)準(zhǔn)確定的日照間距和遮擋計(jì)算高度的壁紙也就是日照間距系數(shù)。日照間距系數(shù)和各地區(qū)的太陽(yáng)高度角密切相關(guān)，若太陽(yáng)高度角較大，則日照間距的系數(shù)就會(huì)越小。該系數(shù)客觀反應(yīng)了當(dāng)?shù)亟ㄖg距和建筑高度的控制標(biāo)準(zhǔn)。③建筑體量控制。在總平面設(shè)計(jì)中，在確定以上參數(shù)后，需要進(jìn)行建筑主體的整體形態(tài)設(shè)計(jì)，通過(guò)建筑體量的控制平衡場(chǎng)地關(guān)系，保證建筑與環(huán)境的和諧。一般體量較大的建筑且集中分布，則獲得良好光照的難度較高，而進(jìn)深較深的建筑距離窗口較遠(yuǎn)，所以大體量集中式建筑物需采用分散式的布局方法，對(duì)大體量進(jìn)行分化，增加建筑和外界接觸的表面面積，從而提高進(jìn)入建筑內(nèi)部的自然光亮。

2.2 細(xì)部設(shè)計(jì)

2.2.1 窗體設(shè)計(jì)

在建筑整體設(shè)計(jì)結(jié)束后，需要在建筑頂部或者是墻體上合理布設(shè)孔洞，引入自然光線，如圖1所示。①天窗采光。依據(jù)空間流線性的不同天窗采光的方式也有所差異，可將其分為點(diǎn)狀、線狀以及面狀。點(diǎn)狀設(shè)計(jì)適用于面積較小的建筑。房間長(zhǎng)細(xì)比的增加，使得空間整體流動(dòng)狀態(tài)呈現(xiàn)為以長(zhǎng)邊為主導(dǎo)的特征，此時(shí)采光帶需要與建筑內(nèi)部流線保持一致，提高引導(dǎo)性。對(duì)空間較大的建筑，可以采用整體性的采光頂。對(duì)于公共空間面積較大的建筑，可以覆蓋在整體性采光頂上方設(shè)置遮擋物，建構(gòu)半室外的空間效果。②側(cè)窗采光。側(cè)窗采光的優(yōu)勢(shì)主要是自然采光充足，且自然通風(fēng)條件較好，也可以營(yíng)造良好的自然景觀效果，可控性較強(qiáng)。側(cè)窗依據(jù)位置的不同可分為低側(cè)窗、中側(cè)窗和高側(cè)窗。低側(cè)窗為地面光線反射提供了有利條件，將光線引伸至建筑室內(nèi)。中側(cè)窗均設(shè)置與景觀效果較好且通風(fēng)、采光俱佳的位置。高側(cè)窗強(qiáng)化了空間的私密性，將人的視線提高，加強(qiáng)了室內(nèi)與天空的聯(lián)系。高側(cè)窗一般設(shè)置與墻體的上不，直射自然光線，可將自然光線引至室內(nèi)深處。

2.2.2 天花與墻體構(gòu)造設(shè)計(jì)

從窗口的中央位置望向窗外，則天空的上邊緣和下邊緣形成了一定的夾角，即天空垂直角，可以反映室內(nèi)看到室外的景色程度。天空垂直角與窗口的進(jìn)光量為正比關(guān)系。當(dāng)天窗和墻體呈為鈍角傾斜狀態(tài)，與直角相比，天空的垂直角更大，從天空進(jìn)入室內(nèi)的自然光線更多。

2.2.3 技術(shù)措施

這里以遮陽(yáng)設(shè)計(jì)為例進(jìn)行分析。在夏季，窗口的進(jìn)光量較大，使得輻射過(guò)大，室內(nèi)溫度過(guò)高。當(dāng)強(qiáng)光從窗口進(jìn)入室內(nèi)，進(jìn)窗部位的亮度較高，會(huì)引發(fā)人體不適。為此，需安裝遮陽(yáng)設(shè)施。遮陽(yáng)設(shè)施可以分為室外遮、室內(nèi)遮和中間遮陽(yáng)。室外遮陽(yáng)隔熱效果較好，遮陽(yáng)構(gòu)件和采光玻璃間形成了一個(gè)緩沖區(qū)域，有效控制了進(jìn)入室內(nèi)的熱輻射。建筑內(nèi)部遮陽(yáng)設(shè)施有百葉簾、卷簾，安裝使用便捷。中間遮陽(yáng)多設(shè)置與雙層或者多層玻璃幕墻的中間，綜合了前兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高了遮陽(yáng)設(shè)施的使用壽命，也形成了熱量緩沖的空氣間層。

3 自然采光在建筑形體上的優(yōu)化策略

3.1 建筑平面形式優(yōu)化

所謂建筑平面形式優(yōu)化就是采用專業(yè)的軟件對(duì)當(dāng)?shù)靥?yáng)光進(jìn)行模擬計(jì)算，從而優(yōu)化組織增加室內(nèi)的進(jìn)光量，也可以增加建筑空間與外部環(huán)境的接觸面積，有效引導(dǎo)自然光照的滲透。對(duì)于建筑分布密度較大的城市，建筑位置的調(diào)整難度較大，對(duì)此，需要調(diào)整建筑自身形態(tài)，最大程度地獲得自然采光量。

3.2 建筑剖面形式優(yōu)化

建筑剖面形式優(yōu)化主要是從剖面形式、建筑層高、進(jìn)深比例控制和適宜的墻體構(gòu)造方法實(shí)現(xiàn)的。據(jù)研究，矩形剖面形式與曲線剖面形式采用的自然采光方法不同，在矩形剖面中，均是在頂層設(shè)置天窗，而下層采用側(cè)面采光。在曲線或者是折線剖面中，每個(gè)樓層均可以通過(guò)頂部采光形式擴(kuò)大樓層的采光面積。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，建筑設(shè)計(jì)中自然光的應(yīng)用方法較多，需要依據(jù)建筑所處區(qū)域的自然氣候環(huán)境和建筑發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)建筑朝向、樓層、布設(shè)位置等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并依據(jù)建筑的形狀等采用適宜的采光方法，從而減少人工照明設(shè)備數(shù)量，節(jié)約能耗。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳維維.淺析現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)與自然元素的結(jié)合——以自然光為例[J].設(shè)計(jì)藝術(shù)研究，2014（6）：85～87.

[2] 李建超，張海燕.建筑設(shè)計(jì)中的自然光運(yùn)用策略研究[J].建筑節(jié)能，2012（11）：26～29.