淺談建筑設(shè)計(jì)中自然光設(shè)計(jì)手法的應(yīng)用

張艷花

（山西中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030002）

建筑設(shè)計(jì)中自然光的合理運(yùn)用，一方面可增強(qiáng)建筑日常采光效果，加大自然光引入率，讓人們感受自然帶來的能量。另一方面也可實(shí)現(xiàn)能源管控，減少設(shè)備的使用，提高建筑內(nèi)部的舒適性。為此，在設(shè)計(jì)開展中，應(yīng)科學(xué)選擇設(shè)計(jì)手段和方法，增大自然光應(yīng)用率，以提高建筑設(shè)計(jì)水平。

1 自然光

自然光會(huì)隨著地球轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生一定的變化，這些變化是有規(guī)律可循的。在自然光變化中，時(shí)間是影響入射角度和建筑光影的主要因素，且時(shí)間所代表的變化呈現(xiàn)周期性、規(guī)律性特征。自然光照射中，入射角度會(huì)以平角—直角—平角這樣的變化規(guī)律呈現(xiàn)大—小—大的變化趨勢(shì)，相應(yīng)的建筑投影也會(huì)呈現(xiàn)長(zhǎng)—短—長(zhǎng)的趨勢(shì)，而正午垂直角度下，入射角的角度最小，建筑光影最短。隨著時(shí)間的推移，光線的色溫也會(huì)呈現(xiàn)差異性變動(dòng)，光波越長(zhǎng)，色溫則越低，反之則越高。而景物色彩會(huì)受到色溫和光譜的變化而變化。

2 自然光在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的意義

2.1 環(huán)境調(diào)節(jié)

建筑設(shè)計(jì)中，自然光的合理應(yīng)用可對(duì)室內(nèi)環(huán)境加以科學(xué)調(diào)節(jié)，自然光照射到室內(nèi)后，會(huì)由于室內(nèi)物體不同呈現(xiàn)不同的光影效果，進(jìn)而營(yíng)造不同的感官印象。同時(shí)自然光具有一定的溫度特征，隨著自然光線的變動(dòng)，室內(nèi)溫度也會(huì)存在升高或降低的變化，影響建筑內(nèi)部空間的舒適性，如圖1所示。也正是由于這些特征，在冬季溫差較大區(qū)域內(nèi)，需要借助自然光來開展室內(nèi)保溫工作，以降低暖通空調(diào)使用率，控制能源損耗和環(huán)境污染。

2.2 優(yōu)化視覺感官印象

自然光引入建筑內(nèi)部后，會(huì)因?yàn)榻ㄖ?nèi)部物體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等的不同而呈現(xiàn)不同的光影變化，且這些光影變化會(huì)隨著自然光角度的變動(dòng)而發(fā)生相應(yīng)改變，使建筑內(nèi)部在不同時(shí)段形成不同的光影效果，營(yíng)造不一樣的視覺感官，加強(qiáng)建筑內(nèi)部舒適性。對(duì)于建筑外部景觀塑造，在自然光線照射角度、位置、強(qiáng)弱等的變化下，根據(jù)材質(zhì)的不同也會(huì)形成不一樣的感官效果，并可保證人們擁有絕佳的視線，加強(qiáng)建筑美觀性，提升總體價(jià)值。

圖1 環(huán)境調(diào)節(jié)

2.3 緩解能源危機(jī)，落實(shí)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)

建筑行業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，建筑數(shù)量也在增多，發(fā)展速度不斷加快，但其中存在的能源損耗問題卻未得到有效解決和控制。而自然光在建筑設(shè)計(jì)中的科學(xué)應(yīng)用，針對(duì)能源損耗問題給出合理解決策，通過自然光的引入，加強(qiáng)室內(nèi)自然照明效果，減少照明系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)省更多電力能源。另外，自然光的引用可對(duì)室內(nèi)溫度加以調(diào)節(jié)，降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用率，減輕電能過度使用對(duì)環(huán)境造成的污染。同時(shí)對(duì)北方來說，自然光的合理應(yīng)用可節(jié)約供暖中煤炭資源的使用量，降低資源損耗，減少有害氣體的排放?？梢哉f自然光的科學(xué)設(shè)計(jì)，不單單是加強(qiáng)建筑設(shè)計(jì)效果，也可為行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障，為實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保型城市建設(shè)目標(biāo)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 自然光在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 誘導(dǎo)式自然光設(shè)計(jì)

誘導(dǎo)式自然光設(shè)計(jì)手法的應(yīng)用目的是加大自然光應(yīng)用率，降低人工照明設(shè)備使用頻率。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要從多方面綜合考量，為自然光應(yīng)用提供良好條件。在設(shè)計(jì)中，可使用多種方法。例如安裝百葉窗，當(dāng)然某些建筑物也使用光纖進(jìn)行照明。誘導(dǎo)式采光設(shè)計(jì)有很多優(yōu)點(diǎn)，不僅可以為住宅建筑提供足夠的自然光，還可以節(jié)省人造照明的能耗，為居民創(chuàng)造一個(gè)舒適的室內(nèi)環(huán)境。

3.2 半透明屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)

半透明屋頂設(shè)計(jì)現(xiàn)被廣泛應(yīng)用在建筑設(shè)計(jì)中，如圖2所示，可有效將自然光引入室內(nèi)，滿足自然照明要求。在屋頂設(shè)計(jì)中，透光屋頂設(shè)計(jì)形式的應(yīng)用，可將自然光以柔和方式引入室內(nèi)，在改善室內(nèi)照明效果的基礎(chǔ)上，借助自然光線角度的變化，營(yíng)造不同的光影效果。且對(duì)深度達(dá)到5m左右的建筑，可利用該方式為內(nèi)部提供良好的采光和通風(fēng)條件。

圖2 半透明屋頂設(shè)計(jì)

半透明屋頂在目前住宅建筑設(shè)計(jì)中也得到較為廣泛的應(yīng)用，目的在于增強(qiáng)室內(nèi)采光效果，降低因陽光折射帶來的不良影響。同時(shí)該方法的應(yīng)用也是降低人工照明設(shè)備使用頻率，減少電能損耗，提高建筑內(nèi)部空間采光效果的重要措施。半透明屋頂?shù)膽?yīng)用可突顯建筑設(shè)計(jì)的時(shí)尚感、現(xiàn)代感，滿足人們審美和藝術(shù)追求。由于建筑的藝術(shù)美，城市中的一些生態(tài)建設(shè)者經(jīng)常使用透明屋頂，力求增加建筑的自然采光，滿足低碳環(huán)保建設(shè)理念，避免能源的大量損耗。

3.3 中庭設(shè)計(jì)

中庭設(shè)計(jì)也是建筑設(shè)計(jì)中增強(qiáng)自然采光效果的重要措施，尤其是對(duì)進(jìn)深較大的建筑而言，中庭設(shè)計(jì)不僅可以提高建筑內(nèi)部空間寬敞及明亮之感，也可實(shí)現(xiàn)空間上的科學(xué)利用。在中庭設(shè)計(jì)中，需要注意的內(nèi)容有：

（1）建筑采光。若想依靠中庭位置將自然光高效的引入到室內(nèi)，可將其與建筑垂直窗戶結(jié)合起來，尤其是與側(cè)向窗戶的結(jié)合，可將不同時(shí)段下的自然光引入到內(nèi)部，加強(qiáng)自然采光效果，同時(shí)這樣的設(shè)計(jì)也可避免正午陽光直射帶來的影響。

（2）細(xì)節(jié)處理。在中庭設(shè)計(jì)中，為突顯自然采光的效果，設(shè)計(jì)人員需要做好細(xì)節(jié)思考，了解樓層變化對(duì)自然光的影響，完善方案內(nèi)容，注重處理靈活性，以提升中庭位置的進(jìn)光效果。

（3）做好太陽光收集工作。太陽光收集的目的是借助折射、反射等多樣化的形式增大自然光通透率，滿足中庭自然采光的要求，增加建筑中自然光照射的時(shí)長(zhǎng)，調(diào)整室內(nèi)環(huán)境，做到能源的科學(xué)把控。但是目前太陽光收集器的成本較高，應(yīng)用這種方式會(huì)顯著提高建筑的造價(jià)。實(shí)際運(yùn)用的過程中，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)結(jié)合業(yè)主項(xiàng)目部、施工項(xiàng)目部、監(jiān)理項(xiàng)目部三項(xiàng)意見展開綜合設(shè)計(jì)與分析。

3.4 誘導(dǎo)式中庭氣候交換系統(tǒng)

誘導(dǎo)式中庭氣候交換系統(tǒng)對(duì)建筑通風(fēng)和采光有著特殊要求，是當(dāng)前生態(tài)建筑設(shè)計(jì)中常用的自然光設(shè)計(jì)運(yùn)用手法。誘導(dǎo)式中庭氣候交換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能通風(fēng)和照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且維持兩者間的協(xié)調(diào)性，突顯建筑內(nèi)部自然采光效果，建設(shè)照明設(shè)施和通風(fēng)系統(tǒng)的合理性使用，降低不必要的能源損耗。

生態(tài)建筑中，利用該系統(tǒng)的創(chuàng)設(shè)可保證各房間的自然采光效果，控制建筑能耗問題，彰顯建筑生態(tài)性，為人們營(yíng)造舒適、健康的空間環(huán)境。與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)中以透光燈的應(yīng)用可減少人工照明系統(tǒng)的設(shè)置，達(dá)到節(jié)能環(huán)保目標(biāo)。此外，誘導(dǎo)式中庭氣候交換系統(tǒng)的落實(shí)可根據(jù)外界環(huán)境變化，自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)性能，對(duì)室內(nèi)環(huán)境加以改善，如利用溫室效應(yīng)改變冬季環(huán)境下，室內(nèi)存在的溫差變化問題，加強(qiáng)室內(nèi)溫暖舒適性；利用熱煙囪效果完善建筑內(nèi)部通風(fēng)條件，降低夏季空調(diào)系統(tǒng)使用率，達(dá)到自然降溫的作用。以這種方式，可以收集和回收從建筑物中排除的熱能，減少機(jī)械通風(fēng)，達(dá)到節(jié)省建筑物能耗的目的。

引入綠色植物可以改善中庭的空氣質(zhì)量，減輕建筑物對(duì)周圍環(huán)境的負(fù)擔(dān)，為用戶提供心理上的舒適感。再者，在生態(tài)建筑設(shè)計(jì)中，誘導(dǎo)式中庭氣候交換系統(tǒng)的應(yīng)用可有效控制相關(guān)設(shè)施設(shè)備的使用，做到能源管控，規(guī)避環(huán)境污染問題。且該系統(tǒng)可對(duì)建筑運(yùn)行中產(chǎn)生的多余熱量或能源進(jìn)行回收利用，有效控制能源損耗，提高建筑實(shí)用價(jià)值。在生態(tài)建筑設(shè)計(jì)中，也可將綠色植被栽植在中庭中，以改善空氣質(zhì)量，進(jìn)而營(yíng)造美觀環(huán)境，提高人們的生活品質(zhì)。

4 結(jié)語

總而言之，建筑設(shè)計(jì)中自然光設(shè)計(jì)手法多種多樣，結(jié)合建筑實(shí)際情況及地理環(huán)境特征，采用科學(xué)有效的采光設(shè)計(jì)方法，加大自然光的引入率，能在彰顯建筑美觀性、藝術(shù)性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)能源的科學(xué)管控，真正達(dá)到綠色建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)，為人們提供健康、舒適的生活空間，符合綠色環(huán)保型城市的整體要求。