浅谈教学建筑自然采光的优化设计

贺栋,李梅

（河南科技学院,河南新乡453003）

浅谈教学建筑自然采光的优化设计

贺栋,李梅

（河南科技学院,河南新乡453003）

自然光能够为建筑室内提供照明,也影响着使用者生理和心理健康.教学建筑是以青少年为主要使用者的公共建筑,该类型的建筑对自然采光应更加重视.从建筑形式,建筑开窗,导光、遮阳设施三方面出发,运用计算机软件对不同高宽比的中庭以及不同形式的天窗的采光系数进行模拟分析,对教学建筑自然采光设计进行探讨并总结优化设计的方法.

教学建筑；自然采光；设计方法

校园建筑中教学建筑所占比例很大,这类建筑的使用者以青少年居多.虽然可以使用人工照明来弥补建筑室内自然采光不足的缺陷,但自然光对室内使用者的生理和心理健康起到的作用是无法被取代的[1].因此,设计师在教学建筑设计中应对自然采光这一因素着重考虑.本文从建筑形式、建筑开窗、导光及遮阳设施这几个方面入手对自然采光时应注意的问题进行探讨.

1 建筑形式

室内自然采光的效果与建筑形式有直接的关系,因此建筑形式应该重视对自然光的引入.中庭式的建筑形式在引入自然光方面就起到了积极的作用.与内廊式的形式相比,从中庭进入的自然光能够较好地解决中庭两侧内窗采光的问题,不会因室内内墙处亮度不够而引起照度分布不均[2].中庭自然光引入量与中庭高宽比密切相关,在建筑高度一定时,中庭高宽比越小,自然光线引入就越好（见图1）.

图1 不同高宽比的中庭采光系数模拟Fig.1 Daylight factor simulation of atriums with different aspect ratio

2 建筑开窗

建筑外窗可供选择的形式较多,常见的开窗形式中以侧窗、天窗最为常见.

2.1 侧窗

建筑引入自然光常以侧窗采光为手段.建筑外墙上的侧窗为其附近空间提供照明,并能提供良好的室外景观.在设计中应注意开设方位、外形设计、高度定位及玻璃材料的选择等问题.

2.1.1 开设方位 侧窗适宜开在南向、北向建筑外墙上,不宜开设在东、西外墙上.在东、西外墙开窗会因太阳高度角相对较低而引入大量的直射阳光,室内容易出现直射眩光,也会因引入过多太阳辐射而不利于建筑夏季节能[3].若必须开窗,则应考虑遮阳.

图2 被吊顶遮挡的教室侧窗（作者自摄）Fig.2 Ceiling of classroom occluded the side window

图3 高侧窗折光玻璃采光示意图Fig.3 The use of dioptric glass

图4 不同天窗的采光系数分析Fig.4 Daylight factor simulation of rooms with different skylights

2.1.2 外形设计 若窗洞面积相同,竖向长窗宜在光线充足的外墙开设,横向水平窗宜在多阴天的地区采用,也适合在建筑背光面的外墙开设.自然光引入也受窗洞口厚度的影响,窗洞厚度越大,建筑自然采光越不利.除了控制洞口厚度,窗洞在造型设计上同样应考虑自然光照的引入[4].

2.1.3 高度定位 若侧窗尺寸不变,自然光引入室内的距离与窗台距室内地面的高度成正比.但窗台一味升高,开窗面积受限制,也会降低侧窗附近的亮度.建筑外墙开窗面积较少会使室内空间显得过于幽闭,影响使用者的心理健康.窗口上端距室内地面的垂直高度与自然光能够到达室内的水平深度为地板到窗户顶部高度的1.5倍[5],因此在窗台高度不变的情况下,窗户越高,光线进入室内越深.但一些教学建筑在后期室内吊顶设计时没有考虑对侧窗的遮挡,削弱了侧窗采光效果（见图2）.

2.1.4 玻璃选择 侧窗可根据所安装玻璃的物理透光性质改善室内光环境.比如侧窗可以利用折光玻璃将光线折射到进深较大的房间深处,提高该处的亮度（见图3）.又如需要避免室内出现直射光的教学建筑可利用漫射玻璃将直射光打散,不仅有效避免直射光进入室内,散射的光线经过墙面和天花的二次反射还可提升房间内部的整体亮度.

2.2 增设天窗

一些教学建筑如阶梯教室,需要较大的使用空间,导致建筑进深过大.此类建筑在设计时可独立设置或放在顶层,利用天窗来改善室内照度.矩形天窗、锯齿形天窗和平天窗是最常用的形式.通过Autodesk Ecotect Analysis 2011软件[6]对3种天窗形式的采光系数进行模拟分析可看出：平天窗自然光引入效率最高,但仅在窗口下方具有较强的采光系数,在晴好天气易形成光斑,造成眩光；锯齿形天窗的自然光利用率最低,但室内整体亮度优于矩形天窗；矩形天窗的采光效率优于锯齿形天窗,但除了天窗下方采光系数较高外,其外围的采光系数偏低（见图4）.

因此,在平天窗设计时应增加必要的光扩散设施来避免室内出现直射光.锯齿形天窗可用于光线引入量要求不高、室内需光线稳定、分布均匀的教学建筑.矩形天窗在设计时应注意两侧天窗的间距,并结合侧窗来改善室内靠墙处采光系数较低的情况.

3 导光、遮阳设施

3.1 反光板

反光板可利用在侧窗外部的出挑形成遮阳,避免过多阳光射入室内.反光板的上部为镜面反射材质,可使导光板上部的阳光通过多次反射到达室内更深的部位[4]（见图5）.

3.2 遮阳百叶

遮阳百叶结合室内墙体、顶棚进行多次反射,在有效避免室内出现直射眩光的同时,将自然光均匀扩散,提高房间的整体亮度.

图5 利用反光板改善室内采光Fig.5 Improve the indoor lighting using reflector panel

4 小结

建筑师在建筑设计时应从建筑形式、开窗设计和遮阳设施等方面注重自然采光的优化设计,通过对各方面细节的把握和相关软件的分析来改进建筑设计方案,为使用者创造良好的自然光照条件,创造环保、舒适、健康的室内光环境.

[1]吴蔚.西方学校天然采光设计的发展简况[J].照明工程学报,2005,16（2）：35-51.

[2]林宪德.绿色建筑[M].北京：中国建筑工业出版社,2007.

[3]冉茂宇,刘煜.生态建筑[M].武汉：华中科技大学出版社,2008.

[4]赵华.教学建筑自然采光研究[D].天津：天津大学,2007.

[5]王爱英,时刚.天然采光技术新进展[J].建筑学报,2003（3）：64-66.

[6]柏慕培训.Autodesk Ecotect Analysis绿色建筑分析应用[M].北京：电子工业出版社,2011.

（责任编辑：邓天福）

Discussion on the design of natural lighting of teaching building

He Dong,Li Mei
（Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China）

Natural light can provide lighting for indoor users.It also affects human physical and mental health.The majority of teaching building users are teenagers.So this type of construction should pay more attention to the design of natural light.Through the use of computer analysis software,this paper discussed the natural lighting design and summarized design methods from architectural forms,architectural windows,light guide facilities and shading device three aspects.

natural lighting；teaching building；design method

TU244

A

：1008-7516（2015）02-0017-03

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.02.004

2015-03-07

贺栋（1984―）,男,河南安阳人,硕士,助教.主要从事绿色建筑设计研究.