基于人居环境的住宅自然采光策略浅析

李 蒙，沈上满，杨 悦

(1.中国人民解放军后勤工程学院，重庆 401311;2.第二炮兵工程大学，陕西西安 710000)

二战后(1945年)，希腊著名城市规划学家道萨迪亚斯等人创立了人类聚居科学理论，由此诞生了人居环境科学。该学科主要研究如何让人与自然、建筑与环境之间达到和谐的状态以及可持续的发展。近年来，伴随着科技的持续发展，人类的居住环境质量反而没有得到显著改善，而自然资源的消耗却日益增加。据资料显示，城乡建设和住宅收益占全球经济总量的10%，却消耗了多达30%的自然资源。除此之外，建筑能源利用率低、浪费较严重。尤其在我国，建筑单位面积采暖能耗是发达国家的3 倍之多。这就亟需既能够适应环境、能耗低、污染小，又能有效提高人居环境质量的设计方法和技术。

自然光是住宅可持续发展的一个非常吸引人的切入点，合理运用自然采光能够有效提高居住质量，并降低能耗。本文通过分析自然采光的特点，结合具体的住宅设计实例，探讨自然采光在营造高质量居住环境方面的重要作用。

1 自然采光与住宅的舒适性

住宅需要一个保证人们进行正常活动的照明环境。一个高质量的居住环境需要保证人们视觉的舒适性。视觉舒适程度与光线质量和照明量两个方面有关。这两个因素若选择不适当就能引起压力过大、头疼、眼睛疲劳等常见的问题。由此可见，良好的采光设计对于人居质量有着重要的意义。

高质量的人居环境与采光的舒适性要求密切相关。作为与人的活动密切相关的住宅，舒适性通常意味着明亮、温暖。地区气候的迥异也使得不同气候地区住宅建筑的自然采光大不相同。炎热干旱地区运用自然光是为了减少热量，避免眩光，为人们创造舒适的环境并躲避太阳的强烈照射。炎热潮湿地区的气候则需要大量的通风，并对直射自然光进行控制。而寒冷地区则必须与强烈的季节性温差相适应。

著名建筑师赖特设计的雅各布2号住宅(图1)便是作为吸收太阳能的半圆体体量来进行设计的。微弯的平面和巨大的南向玻璃窗考虑了冬季的照明和采暖，而巨大的悬挑屋顶则控制着夏季的直射阳光。地面和北墙都设计了庞大的蓄热体。当冬季来临的时候，通过白天的阳光蓄热，在夜晚的时候再释放出来。建筑的北侧伸入到山体之中，以获取更多的热量积蓄。夏季，可通过穿堂风降低室内温度。类似的建筑形式却以不同的方式运用在布鲁德设计的位于美国菲尼克斯州的特于尔住宅上(图2)。在炎热干旱地区，如何控制直射阳光是需要考虑的最主要问题。半圆形平面被旋转了180°角，将巨大的玻璃窗避开太阳的直射而引向远处的景致。窗户朝向北面以躲开直射阳光，并安装了百叶窗来进一步遮护。在夏季，随着太阳运行到住宅的北部，百叶窗就可以阻止阳光的进入。布鲁德将蓄热体设置在建筑的南侧而非北侧。它吸收热量以防止室内温度过高。雅各布2号住宅考虑的是如何引入阳光来创造舒适的环境，而特于尔住宅则在尽力避免阳光。

图1 雅各布2号住宅

图2 特于尔住宅

在炎热潮湿的气候环境中存在着各种自然采光的方法。泽西·德威设计的棕榈住宅坐落在美国加州南部，就像特于尔住宅一样，尽可能地避免阳光的直射。住宅窗户的大小和位置都经过精心设计，从而避免了阳光的直射并最大限度地引入自然风，以期达到降温的目的。巨大的悬挑屋顶可以一整年避免阳光的直射，窗户位置则朝着主导风向。该建筑在一层安排工作室，起居室则布置在二层，顶层设计了一间书房。这座住宅的形状经过精心设计而实现了对自然光的控制和非直射照明。

2 强化人与环境的联系

自然光是决定人与建筑之间的关键因素，影响着室内外的联系、建筑与自然的交流。赖特在《自然住宅》中提出:“当大自然借助玻璃使花园变为建筑而建筑变为花园时，在室内就可以清晰地感受到晨曦之美，天空和大地共同成为室内日常生活的一部分。……由于使用玻璃的缘故，墙变成了窗户，而我们熟悉的，嵌在墙洞中的窗户则消失了。”通过窗户，人们可以感受到光的温暖、风的轻拂和各种声音。格伦·穆尔库设计的两座住宅向人们展示自然光是如何完成人与自然的沟通。

图3 宾吉波音特住宅

图4 宾吉波音特住宅平、剖面

宾吉波音特住宅和帕丁顿住宅是为同一业主设计的。其中宾吉波音特住宅是穆尔库设计中最亲切而雅致的作品之一。这栋建筑是为一个家庭去悉尼西部的海岸地区度假而设计的。该地区地表荒凉，小湖泊、草地和裸露的岩石组成了近郊的地貌(图3)。而地平线和开阔的景色则是主要的风景。这栋住宅旨在把握在这种环境中野营的特殊感受。这座直线形的房子位于一条东西轴线上，北临一片小湖泊，并可远眺海岸，建筑的各个体量之间通过牢固的节点连接，足以抗拒大风，同时建筑朝向北面，阳光照射充足(图4)。建筑北面的大型玻璃窗使主人可以享受到海岸轻拂的微风和北面和煦的阳光，欣赏对面湖泊的风景，倾听海浪和风声交织的美妙旋律。曲线形的屋顶和南面墙上的通风窗使交织在一起的光线通过凸起的顶棚反射到下面的服务区。来自北面房间轻柔的光线通过高窗射入到走廊和南面服务区域。光线的引入和高窗的运用强化了建筑内部的空间感，并在视觉上将室内外连通起来。

与南面柔和的光线不同的是，北面的自然光活跃跳动。阳光透过安置在北面的水平遮阳设施所形成的复杂的光影图案把人们的注意力吸引到建筑内部空间。不同的风景都被细心框定在住宅的不同地方，包括客厅外开阔的景观，北面的山坡以及东西几个入口进入建筑时形成的空间层次感，创造出充满质感的人与自然的美妙联系(图5)。

图5 宾吉波音特住宅露天平台

穆尔库设计的另一座住宅帕丁顿住宅(图6)临近悉尼。住宅采用错层式结构，有三个主要空间:在后花园齐平处是一片大的起居空间和厨房，在与街道持平处是入口和客房卧室，而起居室和花园上方则是主卧室(图7)。尽管城市的场所往往受到约束，但帕丁顿住宅的规模和外形仍然营造出各种不同的光环境。因为靠山，错层次建筑可以敞开空间，吸收东北方向的自然光。主要的客厅和卧室都 靠近建筑后部，面朝清晨和正午的太阳。在与入口水平面齐平处，主卧室和客房之间设有一扇天窗。光线可以通过这个天窗照射到室内深处。水平天窗过滤的光线越过隔离墙投射到每间卧室里。此外，经过过滤的柔和光线通过通风口进入客厅。在楼上，在主卧室设置有外伸屋檐，冬季自然光可以深深地投射进室内，而夏天又可以用来遮阳。在一天不同时段和一年不同季节，直射和折射的光线交替照射着建筑。

图6 帕丁顿住宅外观

图7 帕丁顿住宅平、剖面

两个位于不同水平面的露天平台是从起居空间向外延伸形成的，第一个露天平台紧靠住宅，并有一部分与卧室阳台连接。这一露天平台装有一个可调节遮阳篷，留下一片清凉阴影和点点光斑。第二个露天平台的水平位置比客厅高出几步台阶。这是一个由矮墙和植物围合的大型室外空间，可坐观太阳和天气变化。而第三个室外空间是一个靠近主卧室的小型半封闭阳台，由垂直翼墙和大型悬垂屋檐围合而成。在每一个户外空间都有不同的自然体验，从明亮、开放的空间到阴凉的树荫。即便在拥挤的城市环境中，穆尔库仍然让住宅空间开敞以接受自然的触摸，而自然采光则强调着人与自然的密切联系。

3 自然采光与住宅节能

自然采光的运用是一种获得高效照明的手段。但如果进行进一步研究的话，会发现它具有更为广泛的节能潜力，包括被动式太阳能等可再生清洁能源的运用。而对于住宅来说，节能的策略主要体现在太阳能的被动式运用。被动式太阳能是通过建筑朝向和周围环境的合理布置，内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建材和结构、构造的恰当选择，储存太阳能，从而解决住宅的采暖问题。坐落在加州兰斯海的布鲁塞尔住宅就是采用被动式太阳能的住宅典型实例(图8)。它由奥比·G·鲍曼设计。外形由当地的日照条件、气候和场地共同确定。即使这片滨海地区经常被阴云所笼罩，但自然采光的运用却使得其达到了非常好的节能效果。

图8 布鲁塞尔住宅外观

该场地坐落在一片昂贵的草地上，地形轻微起伏，可俯瞰太平洋。由土层覆盖的下凹结构向北伸展，屋顶铺种着草皮。两侧的卧室从南侧中心处的起居室分别伸向北方和东方。每一方向的侧翼上安设的天窗都可以获得照明和欣赏天空的景观效果。与有覆盖层、顶部采光的侧翼不同的是，起居室带有大面积的南向窗户，既引入场地的自然景致，又保证了自然光的获取。混凝土板铺砌的地板上以砖作为面层，为被动式采暖提供蓄热体。安装在阳台南侧的太阳能板可用于烧水以及地板的辐射取暖，而在阴天的气候条件下，燃气的热辐射系统又将作为被动取暖系统的补充。内部百叶窗可以进行微调，以纳入或阻止阳光的直射。由于草皮屋顶掩盖了整个建筑物，所以南侧部分好像是从场地里生长出来的一样。一座室外阳台凹陷在起居室外的场地里，形成了一个自然光充足、具有私密性的空间。建筑的形式和体量都经过精心设计，自然采光得以实现，从而满足了住宅节能的效果。

4 结束语

随着经济社会的进一步发展，人们对住宅人居环境质量的要求也将会日益提高。在当前能源紧缺的情况下，在住宅设计中应当既符合可持续发展的原则，又要利于人居环境质量的提高。作为一种适宜技术，自然采光有着得天独厚的优势。我们可以预见，自然采光将在营造高质量居住环境上发挥更加巨大的作用。

［1］(美)阿尔温德·克里尚，尼克·贝克.建筑节能设计手册——气候与建筑［M］.北京:中国建筑工业出版社，2005

［2］(美)玛丽·古佐夫斯基.可持续建筑的自然光运用［M］.汪芳，译.北京:中国建筑工业出版社，2004

［3］林宪德.绿色建筑 生态·节能·减废·健康［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007

［4］吴良镛.人居环境科学导论［M］.北京:中国建筑工业出版社，2001

［5］隋艳峨.居住建筑节能研究［D］.西安:西安建筑科技大学，2004