淺談建筑設計中自然光設計手法的應用

張艷花

（山西中方森特建筑工程設計研究院，山西太原 030002）

建筑設計中自然光的合理運用，一方面可增強建筑日常采光效果，加大自然光引入率，讓人們感受自然帶來的能量。另一方面也可實現能源管控，減少設備的使用，提高建筑內部的舒適性。為此，在設計開展中，應科學選擇設計手段和方法，增大自然光應用率，以提高建筑設計水平。

1 自然光

自然光會隨著地球轉動而發生一定的變化，這些變化是有規律可循的。在自然光變化中，時間是影響入射角度和建筑光影的主要因素，且時間所代表的變化呈現周期性、規律性特征。自然光照射中，入射角度會以平角—直角—平角這樣的變化規律呈現大—小—大的變化趨勢，相應的建筑投影也會呈現長—短—長的趨勢，而正午垂直角度下，入射角的角度最小，建筑光影最短。隨著時間的推移，光線的色溫也會呈現差異性變動，光波越長，色溫則越低，反之則越高。而景物色彩會受到色溫和光譜的變化而變化。

2 自然光在現代建筑設計中的意義

2.1 環境調節

建筑設計中，自然光的合理應用可對室內環境加以科學調節，自然光照射到室內后，會由于室內物體不同呈現不同的光影效果，進而營造不同的感官印象。同時自然光具有一定的溫度特征，隨著自然光線的變動，室內溫度也會存在升高或降低的變化，影響建筑內部空間的舒適性，如圖1所示。也正是由于這些特征，在冬季溫差較大區域內，需要借助自然光來開展室內保溫工作，以降低暖通空調使用率，控制能源損耗和環境污染。

2.2 優化視覺感官印象

自然光引入建筑內部后，會因為建筑內部物體材質、結構等的不同而呈現不同的光影變化，且這些光影變化會隨著自然光角度的變動而發生相應改變，使建筑內部在不同時段形成不同的光影效果，營造不一樣的視覺感官，加強建筑內部舒適性。對于建筑外部景觀塑造，在自然光線照射角度、位置、強弱等的變化下，根據材質的不同也會形成不一樣的感官效果，并可保證人們擁有絕佳的視線，加強建筑美觀性，提升總體價值。

圖1 環境調節

2.3 緩解能源危機，落實可持續發展目標

建筑行業作為我國經濟發展的支柱型產業，隨著經濟水平的提高，建筑數量也在增多，發展速度不斷加快，但其中存在的能源損耗問題卻未得到有效解決和控制。而自然光在建筑設計中的科學應用，針對能源損耗問題給出合理解決策，通過自然光的引入，加強室內自然照明效果，減少照明系統的運轉，節省更多電力能源。另外，自然光的引用可對室內溫度加以調節，降低暖通空調系統的應用率，減輕電能過度使用對環境造成的污染。同時對北方來說，自然光的合理應用可節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。可以說自然光的科學設計，不單單是加強建筑設計效果，也可為行業的可持續發展提供有力保障，為實現低碳環保型城市建設目標奠定堅實基礎。

3 自然光在現代建筑設計中的應用

3.1 誘導式自然光設計

誘導式自然光設計手法的應用目的是加大自然光應用率，降低人工照明設備使用頻率。在設計過程中，設計人員需要從多方面綜合考量，為自然光應用提供良好條件。在設計中，可使用多種方法。例如安裝百葉窗，當然某些建筑物也使用光纖進行照明。誘導式采光設計有很多優點，不僅可以為住宅建筑提供足夠的自然光，還可以節省人造照明的能耗，為居民創造一個舒適的室內環境。

3.2 半透明屋頂的設計

半透明屋頂設計現被廣泛應用在建筑設計中，如圖2所示，可有效將自然光引入室內，滿足自然照明要求。在屋頂設計中，透光屋頂設計形式的應用，可將自然光以柔和方式引入室內，在改善室內照明效果的基礎上，借助自然光線角度的變化，營造不同的光影效果。且對深度達到5m左右的建筑，可利用該方式為內部提供良好的采光和通風條件。

圖2 半透明屋頂設計

半透明屋頂在目前住宅建筑設計中也得到較為廣泛的應用，目的在于增強室內采光效果，降低因陽光折射帶來的不良影響。同時該方法的應用也是降低人工照明設備使用頻率，減少電能損耗，提高建筑內部空間采光效果的重要措施。半透明屋頂的應用可突顯建筑設計的時尚感、現代感，滿足人們審美和藝術追求。由于建筑的藝術美，城市中的一些生態建設者經常使用透明屋頂，力求增加建筑的自然采光，滿足低碳環保建設理念，避免能源的大量損耗。

3.3 中庭設計

中庭設計也是建筑設計中增強自然采光效果的重要措施，尤其是對進深較大的建筑而言，中庭設計不僅可以提高建筑內部空間寬敞及明亮之感，也可實現空間上的科學利用。在中庭設計中，需要注意的內容有：

（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，可將其與建筑垂直窗戶結合起來，尤其是與側向窗戶的結合，可將不同時段下的自然光引入到內部，加強自然采光效果，同時這樣的設計也可避免正午陽光直射帶來的影響。

（2）細節處理。在中庭設計中，為突顯自然采光的效果，設計人員需要做好細節思考，了解樓層變化對自然光的影響，完善方案內容，注重處理靈活性，以提升中庭位置的進光效果。

（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長，調整室內環境，做到能源的科學把控。但是目前太陽光收集器的成本較高，應用這種方式會顯著提高建筑的造價。實際運用的過程中，設計人員還應結合業主項目部、施工項目部、監理項目部三項意見展開綜合設計與分析。

3.4 誘導式中庭氣候交換系統

誘導式中庭氣候交換系統對建筑通風和采光有著特殊要求，是當前生態建筑設計中常用的自然光設計運用手法。誘導式中庭氣候交換系統實現了智能通風和照明系統設計，且維持兩者間的協調性，突顯建筑內部自然采光效果，建設照明設施和通風系統的合理性使用，降低不必要的能源損耗。

生態建筑中，利用該系統的創設可保證各房間的自然采光效果，控制建筑能耗問題，彰顯建筑生態性，為人們營造舒適、健康的空間環境。與此同時，在設計中以透光燈的應用可減少人工照明系統的設置，達到節能環保目標。此外，誘導式中庭氣候交換系統的落實可根據外界環境變化，自動調整系統性能，對室內環境加以改善，如利用溫室效應改變冬季環境下，室內存在的溫差變化問題，加強室內溫暖舒適性；利用熱煙囪效果完善建筑內部通風條件，降低夏季空調系統使用率，達到自然降溫的作用。以這種方式，可以收集和回收從建筑物中排除的熱能，減少機械通風，達到節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量，減輕建筑物對周圍環境的負擔，為用戶提供心理上的舒適感。再者，在生態建筑設計中，誘導式中庭氣候交換系統的應用可有效控制相關設施設備的使用，做到能源管控，規避環境污染問題。且該系統可對建筑運行中產生的多余熱量或能源進行回收利用，有效控制能源損耗，提高建筑實用價值。在生態建筑設計中，也可將綠色植被栽植在中庭中，以改善空氣質量，進而營造美觀環境，提高人們的生活品質。

4 結語

總而言之，建筑設計中自然光設計手法多種多樣，結合建筑實際情況及地理環境特征，采用科學有效的采光設計方法，加大自然光的引入率，能在彰顯建筑美觀性、藝術性的基礎上，實現能源的科學管控，真正達到綠色建筑設計目標，為人們提供健康、舒適的生活空間，符合綠色環保型城市的整體要求。