建筑設計中自然光的應用解析

程蘭

摘 要：隨著我國城市化進程的不斷加快，城市土地資源日益緊張，而建筑行業發展帶來的巨大經濟效益受到了人們的廣泛關注，但是建筑設計、施工、應用問題也逐漸突出。人們對于生活工作環境品質要求的提高，建筑平面核心區域的人工照明設備數量不斷增長，據相關調查研究結果顯示，這樣造成了建筑能耗的大幅增長，人工光源照明能耗占據了建筑全年總能耗的20～30%。所以，基于節能低碳發展背景下，需就自然采光技術的合理應用進行深入探究。

關鍵詞：建筑設計；自然光；應用優化

1 建筑設計中應用自然光的意義

1.1 自然采光與節能減排

就建筑理論和行業發展的多年經驗來看，很多建筑對于采光井安排、庭院布置以及建筑體量的控制的相關理論不斷完善，優秀實踐經驗不斷積累。為了創造更加舒適的室內環境，人們積極探索自然采線方法。但是電氣照明時代的來臨，人們在封閉和相對狹小的建筑空間內過度依賴人工照明，使得自然采光逐漸被忽略，一味地通過照明設備的合理使用營造良好的室內光照效果，造成了能耗的增加。為此，需要注重自然光線的利用，實現節能減排目的。但是，自然采光本身不能節約能源，而是需要增加自然采光減少人工照明能耗。因為自然采光的引入可以減少人工照明產生的熱量，可以抵消空調設備熱量能耗。

1.2 自然采光與人體健康

自然采光對于環境保護和節能具有重要意義，對于維護人體健康、提高人們的生活工作積極性也有一定的影響。在建筑發展史中，建筑物長期以來自然采光為人們提供光明，直到電力時代的到來，建筑的高度和進深增加，甚至很多建筑遠離窗戶洞口區域，盡管無窗空間的利用率較高，但是對電力設備的依賴性也更高。在這種長期沒有陽光和密不透風的建筑中生活與工作，會增加抑郁癥的患病幾率，或出現其他不健康癥狀。因為人們不能長期感受到外部自然環境變化，持續處于“生物鐘黑暗”狀態下，降低了人們的生存質量。

1.3 自然采光與建筑設計

自然采光具有諸多優勢，若設計處理不當則會引發蝴蝶效應。因為自然光具有不穩定性，所以過多或者是單一采用自然光，則室內的照度不能得到保障，容易造成眩光、室內熱量的大量積聚等問題。但是也正因為自然光具有不利之處，設計人員在設計過程中更加偏愛于穩定度高的照明設備，忽略了自然采光設計工作。從很多優秀的建筑設計案例來看，建筑的合理設計和技術手段的合理使用可以保證建筑內部光環境的穩定與均勻，建筑的形態和外立面也更富有層次感。

2 自然光在現代建筑設計中的應用

2.1 自然采光的整體設計

①建筑朝向。建筑朝向的選擇受到氣候變化、地理環境和城市規劃等多種因素影響，為此朝向的確定需要根據建筑工程的實際情況進行。如在寒冷的冬季，需要引入充足的自然光線，通過太陽輻射才能為建筑內部提供充足的任亮，但是在炎熱的夏季，則需要減少室內的自然光線。同時，需充分利用當地的主導風向優勢，夏季可以通過自然風釋放適量，而冬季也可以抵抗外部冷空氣的進入。建筑朝向的設置也需要適應地形。通常情況下，我國家族和夏至日南偏東及偏西60°朝向范圍內日照時間均大于8h，而冬至日南偏東及偏西30°朝向范圍內日照的時間十分充足。需注意的是，日照的西曬會造成西向房間室內溫度過高，應控制在南偏西45°內較為適宜。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題的產生。前后相鄰建筑物設置，為保證北側建筑的日照，需控制南側建筑與北側建筑的間隔距離，這也就是日照間距。依據日照標準確定的日照間距和遮擋計算高度的壁紙也就是日照間距系數。日照間距系數和各地區的太陽高度角密切相關，若太陽高度角較大，則日照間距的系數就會越小。該系數客觀反應了當地建筑間距和建筑高度的控制標準。③建筑體量控制。在總平面設計中，在確定以上參數后，需要進行建筑主體的整體形態設計，通過建筑體量的控制平衡場地關系，保證建筑與環境的和諧。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，而進深較深的建筑距離窗口較遠，所以大體量集中式建筑物需采用分散式的布局方法，對大體量進行分化，增加建筑和外界接觸的表面面積，從而提高進入建筑內部的自然光亮。

2.2 細部設計

2.2.1 窗體設計

在建筑整體設計結束后，需要在建筑頂部或者是墻體上合理布設孔洞，引入自然光線，如圖1所示。①天窗采光。依據空間流線性的不同天窗采光的方式也有所差異，可將其分為點狀、線狀以及面狀。點狀設計適用于面積較小的建筑。房間長細比的增加，使得空間整體流動狀態呈現為以長邊為主導的特征，此時采光帶需要與建筑內部流線保持一致，提高引導性。對空間較大的建筑，可以采用整體性的采光頂。對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置遮擋物，建構半室外的空間效果。②側窗采光。側窗采光的優勢主要是自然采光充足，且自然通風條件較好，也可以營造良好的自然景觀效果，可控性較強。側窗依據位置的不同可分為低側窗、中側窗和高側窗。低側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。中側窗均設置與景觀效果較好且通風、采光俱佳的位置。高側窗強化了空間的私密性，將人的視線提高，加強了室內與天空的聯系。高側窗一般設置與墻體的上不，直射自然光線，可將自然光線引至室內深處。

2.2.2 天花與墻體構造設計

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，可以反映室內看到室外的景色程度。天空垂直角與窗口的進光量為正比關系。當天窗和墻體呈為鈍角傾斜狀態，與直角相比，天空的垂直角更大，從天空進入室內的自然光線更多。

2.2.3 技術措施

這里以遮陽設計為例進行分析。在夏季，窗口的進光量較大，使得輻射過大，室內溫度過高。當強光從窗口進入室內，進窗部位的亮度較高，會引發人體不適。為此，需安裝遮陽設施。遮陽設施可以分為室外遮、室內遮和中間遮陽。室外遮陽隔熱效果較好，遮陽構件和采光玻璃間形成了一個緩沖區域，有效控制了進入室內的熱輻射。建筑內部遮陽設施有百葉簾、卷簾，安裝使用便捷。中間遮陽多設置與雙層或者多層玻璃幕墻的中間，綜合了前兩種技術的優勢，提高了遮陽設施的使用壽命，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化策略

3.1 建筑平面形式優化

所謂建筑平面形式優化就是采用專業的軟件對當地太陽光進行模擬計算，從而優化組織增加室內的進光量，也可以增加建筑空間與外部環境的接觸面積，有效引導自然光照的滲透。對于建筑分布密度較大的城市，建筑位置的調整難度較大，對此，需要調整建筑自身形態，最大程度地獲得自然采光量。

3.2 建筑剖面形式優化

建筑剖面形式優化主要是從剖面形式、建筑層高、進深比例控制和適宜的墻體構造方法實現的。據研究，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，均是在頂層設置天窗，而下層采用側面采光。在曲線或者是折線剖面中，每個樓層均可以通過頂部采光形式擴大樓層的采光面積。

4 結束語

綜上所述，建筑設計中自然光的應用方法較多，需要依據建筑所處區域的自然氣候環境和建筑發展現狀進行設計，對建筑朝向、樓層、布設位置等進行合理設計，并依據建筑的形狀等采用適宜的采光方法，從而減少人工照明設備數量，節約能耗。

參考文獻：

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