建筑設計中利用自然光的技術策略探討

劉永鑫 酒泉市建筑設計院有限責任公司

1 前言

隨著生活水平的不斷提高，人們對自身居住環(huán)境也提出了更好的要求。針對這一現(xiàn)象，建筑師需要轉變以往的設計理念，在建筑設計當中科學的引入自然光，保障室內采光效果，根據住戶需求來進行室內設計，提高人們生活質量。

2 自然光應用的現(xiàn)狀

2.1 自然光在建筑造型中的應用

查看建筑外部造型，主要依靠光線及其在建筑外墻所留下的光影來實現(xiàn)的，通過這種方式更好觀察建筑外部造型，了解其美感。古埃及金字塔能夠通過光線留下的陰影來呈現(xiàn)出純凈又雄偉的體量，在自然光照射下反映出高光、反光等內容的層次感，更好反襯出建筑的構造美。作為中國古老建筑挑檐經過陽光投射能夠投射出既清晰又優(yōu)美的陰影，使其在一定空間內充分展現(xiàn)出自身裝飾成果。

2.2 自然光對于空間氛圍的營造

陽光不僅可以為我們帶來光明，其還能在一定程度上映射出不同情緒。在陽光強度、方向等內容不斷改變的背景下，光線影響著我們對空間的感知——放松、壓迫等，進而還會影響到我們情緒——慌張、積極、活力四射等。

2.3 自然光與動態(tài)關聯(lián)

設計師的設計歸屬于靜態(tài)建筑，而光線、建筑以及時間存在著四維關系。沒有靜止不動的光線，任何形式的自然光都會隨時間而呈現(xiàn)出不同強度、方向等內容。日本著名建筑師在設計石原邸住宅設計時，其內院設計是最令人震撼的部分，他將大片的玻璃磚引入設計當中，構建了一個能夠與外部直接進行接觸的室內外建筑——光井，在白天室內被自然光照射的非常明亮，夜間則黑暗靜謐，被室內燈光所照亮，這種設計模式可以讓住戶充分的體驗四季變化并感受生活。

3 自然光在當下建筑設計中的作用

3.1 自然光的應用能夠起到調節(jié)室內環(huán)境作用

自然光對現(xiàn)階段室內環(huán)境的調節(jié)起著關鍵性作用，對于自然光照射偏少的建筑來說更為重要，與此同時自然光還能調節(jié)室內溫度。四季變化對室內溫度影響極大，在冬季，多數(shù)建筑都是依靠空調等機械系統(tǒng)來調節(jié)室內溫度，而處于高緯度的地區(qū)，其主要利用燃燒煤炭等內容來取暖，通過這種方式不僅會加大能源消耗，還會降低室內空氣的流動性，甚至還會提高一氧化碳中毒等不良現(xiàn)象發(fā)生率，對人們生命健康構成威脅。而科學的運用自然光能夠有效降低資源浪費，使建筑能夠保持健康舒適的室內環(huán)境。

3.2 自然光的應用能夠改變建筑視覺效果

自然光對建筑視覺效果的改變有著積極影響。以建筑設計的實際情況為根本出發(fā)點，合理的把控建筑空間和光照條件，以便能夠達到更好的關照效果，在對建筑物光照角度等內容進行合理調整后，能夠使其在視覺上達到多樣化效果，受到了人們的喜愛。

3.3 自然光的應用促進能源可持續(xù)發(fā)展

隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，建筑自然光使用也取得了巨大突破。將自然光科學的引用到現(xiàn)階段建筑設計當中，其不僅可以有效的解決建筑能源消耗的問題，還滿足當下我國低碳節(jié)能的理念，為我國生態(tài)文明建設的可持續(xù)發(fā)展打下堅實基礎。

4 建筑設計中利用自然光的技術策略

4.1 誘導式采光設計

經研究表明，自然光對人們的心理和生理健康起著積極影響，而建筑的采光情況也是衡量建筑內外環(huán)境質量的主要指標之一。因此，科學的自然采光不但可以避免由于人工照明帶來的資源浪費，而且還可以輔助工程師設計出一個更加溫暖、舒適的建筑內環(huán)境。不同的生態(tài)建筑師在設計上都會對自然采光有著不同見解，他們會根據建筑的實際情況來制定相應建設措施。其中高技術生態(tài)建筑是現(xiàn)階段設計師廣泛使用的建設策略之一，它在運用時主要采用透光性材料，其最大優(yōu)勢就是能夠最大限度的增加采光面積。此外，誘導式采光主要以建筑的內部光照為根本出發(fā)點來設計的，主要運用自然采光，避免人工照明帶來的人員成本消耗。誘導式采光設計包括遮陽設施、安裝百葉窗等內容，其既可以為顧客提供充足的自然光照，又能降低能源消耗等不良現(xiàn)象的發(fā)生幾率，尤其是太陽收集器等高科技的應用，為我國生態(tài)建筑的發(fā)展打下了堅實基礎。

4.2 誘導式恒溫恒濕圍護結構設計

太陽光熱能對誘導式恒溫恒濕圍護結構的設計有著積極影響，其能夠最大限度減少機械設備的使用，經過科學的設置和挑選材料，使室內溫度濕度達到最佳狀態(tài)。這種設計合理的運用了自然運轉規(guī)律，屬于綠色化建設設計手法，其最常應用在“雙層皮”玻璃幕墻的設計當中。“雙層皮”幕墻可以借助其巧妙的表皮設計來吸收自然光，其中透明圍護結構能夠更好的降低建筑能源消耗，并受到了眾多建筑師的青睞，被稱為“可呼吸的建筑皮膚”?！半p層”玻璃幕墻能夠很好的解決以往建筑能耗高、空氣質量差等問題，提高工程建筑水平，為工程建筑走向綠色化道路打下堅實基礎。

在冬季，“雙層皮”的特殊構造能夠起到空氣預熱作用，其不但可以減少建筑表皮熱量消耗，而且還能降低室內噪音值，為人們營造一個健康舒適的生活環(huán)境。在高層建筑中，“雙表皮”可以有效抵抗建筑內層的風壓，為建筑自由開創(chuàng)通風提供了有利條件，進而降低高層建筑中機械通風所帶來的能源消耗，推動了我國生態(tài)文明的發(fā)展。由于“雙層皮”的自然和機械相結合設計原理，其可以確保建筑在晚上利用率較低時，依然保持自然通風的狀態(tài)。“雙層皮”玻璃幕墻可以有效進行熱能集中并實現(xiàn)循環(huán)利用，降低能源消耗。所以，“，“雙層皮”玻璃幕墻是現(xiàn)階段生態(tài)建筑中不可或缺的一部分，它能夠隨著氣候變化做出積極反應。

4.3 誘導式中庭氣候交換系統(tǒng)

誘導式中庭交換系統(tǒng)主要由誘導式采光和誘導式通風作用而成的，其對生態(tài)文明的發(fā)展起著積極作用，且廣泛應用于現(xiàn)階段生態(tài)建筑當中。透光中庭是最為傳統(tǒng)的設計，它能夠充分體現(xiàn)出人們自然光的喜愛。在20世紀60年代，美國在大型公共建筑設計上引入中庭，由此，中庭設計的性質發(fā)生了巨大改變：在人們面前呈現(xiàn)出了都市氣息，其在設計上具有多樣化特點，能夠給人帶來足夠的公共空間。在科技和建筑不斷發(fā)展的背景下，中庭的作用不僅僅局限于公共空間，其還有著室內氣候調節(jié)的特點，保障室內環(huán)境水平。在現(xiàn)階段生態(tài)建筑當中，這種高效益中庭設計往往會成為生態(tài)建筑師內容設計的首選。

生態(tài)建筑主要把“綠化引入”等內容作為建設的根本出發(fā)點，其不僅可以有效的降低資源消耗，而且還能調節(jié)室內環(huán)境和溫度，為建筑內環(huán)境水平的提高奠定了堅實基礎。透光中庭的綠化引入是依靠自然光熱效應實現(xiàn)的，它可以確保中庭設計的建筑在冬季利用溫室效應達到室內保暖效果，夏季采用熱煙囪效應根據熱壓原理使建筑實現(xiàn)自然通風，從而達到散熱的效果。與此同時，中庭設計的引入不僅可以降低機械通風帶來的能源消耗，還能夠使回收的熱能實現(xiàn)循環(huán)使用，使能源得到充分利用。

4.4 OM陽光體系

OM陽光體系具有多功能化的特點，其可以使建筑室內實現(xiàn)空氣加熱或冷卻，對地面進行加熱，保障室內溫度，并提供大量熱水資源。太陽能屬于被動式系統(tǒng)，相關人員只需要采用有限的高技術就能夠實現(xiàn)一年的室內氣候調節(jié)。OM 陽光體系不僅僅采用了高技術，其在設計上主要將“高技術”和“低技術”進行融合，使其保持簡潔性特點，建筑下通氣槽設計可以有效避免室外空氣的入侵，使其集中在屋檐之下，并在玻璃集熱板加熱下轉化成可利用的熱水，為每家每戶熱水和暖氣的供應提供了有利條件。而高技術的應用可以提高系統(tǒng)工作效率，使建筑中的玻璃集熱板設計充分發(fā)揮了其應用價值。此外，相關人員需要對建筑內的不同位置進行檢測，以此更好的確定熱空氣導入或排出，具體措施如下。

空氣流動對熱量的收集和傳遞有著積極影響，其為建筑內熱水的供應創(chuàng)造了有利條件。地板下的熱能儲蓄室運作原理如下，當屋頂熱空氣被傳輸?shù)轿挥诘叵碌乃喟迳蠒r，熱空氣會作用于水泥厚板，對其進行加熱，在經過地板風口為室內送風。此時，因為水泥板有著蓄熱性特點，其能夠在夜間實現(xiàn)輻射并儲存更多熱量，使太陽能更好實現(xiàn)晝蓄夜發(fā)的特點。因此，OM 陽光體系在不同時間或季節(jié)都有著不同的運行方式，而這些措施的使用可以能夠有效加強建筑物與OM系統(tǒng)之間的聯(lián)系，使其能夠合理的依據大自然變化來運轉，與氣候等內容相互作用，使建筑全年都維持在舒適健康的環(huán)境下。

4.5 功能區(qū)和緩沖區(qū)設置

科學的設置功能區(qū)和緩沖區(qū)，最大限度的為每處功能空間提供充足采光和通風等環(huán)境設計，降低建筑中的能源消耗。功能區(qū)和緩沖區(qū)的設置既相互獨立又有一定聯(lián)系，從功能的角度來講，這對功能區(qū)靈活性的提高起著關鍵性作用，而站在能源的角度來看，功能區(qū)和緩沖區(qū)具有獨立性特征，兩者可以對能源加以有效的利用，如陽光中庭緩沖區(qū)可以改善室內環(huán)境，保障建筑采光等環(huán)境內容等。在建筑上，功能區(qū)主要作用于建筑的功能層面，如辦公中不可缺少的辦公區(qū)等內容，而緩沖服務區(qū)在建筑當中起著輔助的作用。功能區(qū)具有較大的活動空間，其主要將功能和使用模式進行合理調整，保障建筑在能源消耗最低的基礎上實現(xiàn)新的應用功能。而緩沖區(qū)主要作用于功能區(qū)，它對高技術生態(tài)建筑內環(huán)境的調節(jié)有著積極影響，其不僅可以輔助功能區(qū)運轉，還能為其營造一個良好的室內外環(huán)境緩沖空間。

5 結束語

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，以往的建筑設計已不能滿足現(xiàn)階段人們生活需求。針對這一現(xiàn)象，生態(tài)建筑設計師需要在室內外設計上巧妙的利用自然光，根據建筑的實際情況來制定相應方案，確保住戶能夠享受到充足的陽光，并生活在一個良好的室內環(huán)境當中。