大进深建筑天然采光设计

夏婷婷

【摘要】近年来，为节约城市用地，建筑进深有日趋加大的趋势，给天然采光带来了较大的困难。通过分析侧窗采光存在的问题，介绍采光有效进深的概念，从被动式和主动式两方面阐述了改善大进深建筑天然采光的措施，为大进深建筑设计提供一定的参考。

【关键词】天然采光；大进深；采光有效进深

前言

天然光是取之不尽、用之不竭的绿色能源，它对人的身心健康、工作效率都有重要作用。近年来，由于城市用地日益紧张，大进深建筑大量出现，给天然采光带来了较大的困难，导致很多房间采光不足，只能开启人工照明加以补充，无形之中浪费了能源。如何通过采取有效的措施，解决大进深建筑的采光问题成为建筑设计过程中的一个难点。本文将对此展开探讨，希望为建筑师提供一定的参考。

1 大进深建筑采光存在的问题

目前，大进深建筑多采用单侧窗进行采光。其采光存在的主要问题是：照度极不均匀，沿进深方向变化剧烈，近窗端区域能接受大面积的天然光直射，照度很高；而在远窗端区域，直射光大量减少，进入建筑深处的光线大多数来自室内各表面的反射光，室内照度大幅度降低，远窗端往往成为采光最不利区域，大进深建筑更为严重。

2改善大进深建筑天然采光的措施

大进深建筑的天然采光设计是一个难点。若设计不当，将浪费大量的能源。因此，建筑师应积极采取有效的措施，改善大进深建筑天然采光问题。概括起来，其改善措施可分为被动式和主动式两类。

2.1被动式

被动式是指从建筑设计自身的角度出发，通过改变窗口位置以及室内表面材料等方法改善大进深建筑室内光环境品质。

2.1.1尽量避免仅采用单侧窗采光

大进深建筑本身的天然采光难度较大，在方案设计阶段，应尽量避免仅采用单侧窗采光。在有条件的情况下，单层建筑和多、高层建筑的顶层可增加顶部采光；对于中间层数的房间，应尽量考虑采用双侧或多侧采光的采光方式，建筑师可通过建筑本身的凹凸变化以及设置中庭等方法为双侧或多侧采光创造条件。在严寒、寒冷地区，考虑到围护结构热工性能，建筑师应对房间是否适于双侧、多侧或顶部开窗进行权衡，妥善解决采光和节能的问题。

2.1.2提高窗上沿高度

房间在进深方向上的采光均匀性受窗上沿高低的影响。窗上沿较低时，近窗端照度很高，往里迅速下降；窗上沿位置提高后，近窗端照度有所降低，但远窗端照度显著升高，采光均匀性得到很大的改善。因此，在建筑设计时，应尽量提高窗上沿的高度，在不影响建筑功能和形式的条件下，一般将窗上沿与梁下皮平齐。由于这种方法往往受到层高以及吊顶的限制，具有一定的局限性。

2.1.3增加室内各表面反光能力

大进深房间中部和远窗端的光线主要来自于顶棚和内墙的反射。增加它们的光反射比对室内天然光照度的增加特别明显，因此在室内表面选材时，在满足采光标准中对室内各表面的反射比做出的规定的情况下，尽量提高室内表面的反射比。

2.2主动式

由于受场地条件以及其它方面的限制，大进深建筑往往在采取了一些被动式改善措施后还会存在沿进深方向照度衰减过大的问题，需采取主动式的方法进一步解决上述问题，其原理是通过采用某种手段改变光线的入射方向，使光线到达采光不足的区域。

2.2.1棱镜窗

棱镜窗是把玻璃窗做成棱镜， 玻璃的一面是平的， 一面带有平行的棱镜， 利用棱镜的折射作用改变入射光的方向， 使光线到达房间深处[1]。棱镜窗的缺点是人们透过窗户向外看时， 影像是模糊或变形的， 容易给人的心里造成不良的影响。因此棱镜窗在使用时， 通常是安装在窗户的顶部， 或与普通透明玻璃交替使用。

2.2.2反光板

反光板是安装在眼睛高度以上的在立面窗口内侧或者外侧的一块水平或者倾斜的高反射性的挡板。通常反光板将整个窗户一分为二，反光板的作用是通过将光线反射到顶棚，使高亮度的顶棚成为照射房间深处的第二光源，提高房间深处的照度，从而改善整个室内的照度均匀性，并减少窗口的直接眩光。实际设计时，可根据需要对反光板的倾角进行调整，以满足所需的设计目的。[2]另外，反光板最适宜使用在多晴天地区的南向窗户上，应该避免设置在其它朝向。

2.2.3导光百叶

导光百叶跟普通百叶的主要区别就是叶片上表面涂有高反射材料。在遮阳的同时，将大部分光线反射到顶棚，有利于增加顶棚亮度和室内深处的照度。导光百叶可以安装在窗户玻璃外侧、内侧或者玻璃之间，在全云天或冬季，可以将百叶收起来，最大限度的使天然光进入室内。后来，逐渐发展出一些形式较为复杂的百叶遮光系统如折线形百叶、折叠形百叶、棱镜百叶等。

2.2.4光导管

光导管系统主要由集光器、导光筒和漫射器三部分组成。这种系统利用室外的天然光线透过集光器导入系统内进行重新分配， 再經特殊制作的光导管传输和强化后由系统底部的漫射装置把天然光均匀高效地照射到室内。[3] 光导管的引入，可以解决建筑“死角”的采光问题，如大进深空间、中内廊、地下建筑以及建筑中的黑房间等。从全球来看，光导管系统已经得到了广泛的应用。我国在2000 年以后，也开始重视并推广光导管技术。例如奥运村微能耗楼、奥林匹克森林公园、北京科技大学体育馆、等均采用光导管进行照明。

2.2.5太阳能光纤照明系统

太阳能光纤照明系统是一种新型绿色照明装置， 它利用光导纤维将太阳光直接导入室内进行照明， 为室内提供天然光， 并营造出有益健康的光环境。光纤照明系统是将太阳光利用技术与纤维光学技术结合起来，通过聚光组件收集汇聚太阳光，利用传光光纤将太阳光直接引入照明，不需要光热、光电、光化学等中间转换过程，极大程度的提高了太阳光的利用率。系统主要分为以下几部分：集光装置、导光装置、光纤分配装置。[4] 太阳能光纤照明系统可以用在光线难以到达的空间。太阳能光纤照明系统作为新兴的照明技术， 其优势很明显， 但造价较高，其应用还不广泛，国内应用实例有清华大学的超低能耗楼、中国钱币博物馆，故宫博物馆等。

3 结语

通过充分利用天然光，使大进深建筑室内具有良好的光环境品质对人的生理、心理以及建筑节能都具有重要意义。作为建筑师，在大进深建筑方案设计时，一方面尽量采用双侧、多侧采光或增加顶部采光，在满足建筑功能和形式的的前提下，尽量提高窗上沿高度，增加室内各表面的反光能力；另一方面，时刻关注与建筑采光相关的技术和材料的发展，勇于探索和运用各种主动式采光辅助构件，如棱镜玻璃、反光板、导光百叶、光导管、太阳能光纤照明系统等，进而设计出具有良好光环境品质的作品。

参考文献：

[1] 邵国新，张源.建筑自然采光方式探讨[J].节能.2010 （6） ：32～35.

[2] 戴立飞.中小型建筑自然采光设计研究[D].天津：天津大学，2006.

[3] 暴伟等.地下空间采光及导光系统的现状及应用展望[J].照明工程学报.2009 ，

20（1） ：64～68.

[4] 刘柯，鲍家声.光纤采光照明系统在建筑中的应用 [J].南方建筑2006

（9） ：91～94.