自然光与现代建筑设计

刘群杰

（贵州省建筑设计研究院贵州贵阳550001）

自然光与现代建筑设计

刘群杰

（贵州省建筑设计研究院贵州贵阳550001）

自然光在人类的日常生产生活中扮演着极其重要的角色，如今，自然光又在建筑行业显示出它独特的优势。现代建筑设计师们对自然采光系统显示出了前所未有的浓厚兴趣，极大地提升了建筑采光设计的水平。本文首先分析现代建筑自然采光设计现状和影响因素，其次从建筑设计的场地选择、布局规划、建筑形式方面阐述设计方法，最后从窗的角度进一步分析提高自然光利用率的设计方法。

自然光；建筑设计；窗

引言

现阶段，建筑企业面临激烈的市场竞争，为在竞争的环境中赢得一席之地，建筑企业愈加关注建筑设计，并注意从优化设计的角度节省能源，满足人们的多样化需求。在人们注重高生活品质的背景下，要求以人们的需求为基础，尤其是建筑采光设计，应充分考虑加大对自然光的利用力度，实现节能环保。

1　现代建筑自然采光设计现状和影响因素

目前，在现代建筑设计中，“生态节能”是贯穿始终的设计理念，在采光设计方面，最大程度上利用自然光，用自然的力量改变建筑光热环境始终是设计师的追求。经过建筑师们不断的探索与努力，对天然采光系统进行不间断的更新与改良，对自然光的各方面优势加以利用，代替传统建筑建造中对不可再生能源的大量使用与消耗。虽然自然光对现代建筑建造提供了许多便利之处，但同时必须认识到，没有经过任何处理的自然光，不仅不能在建筑中体现出它的节能优势，反而会对建筑的内环境造成不好的影响。因为太阳光中含有大量的紫外线，会对受到阳光直射的建筑内部的许多功能产生影响，也破坏了房屋的舒适感。比如，太多的阳光直射会导致室内温度过高，这样反而影响室内空调制冷，引发更多的电量损耗，因此，优化采光设计至关重要。

而采光效果是受到很多因素的影响的，如：建筑场地选择、布局规划、建筑形式、朝向等因素，而窗作为自然采光的重要方式，在建筑设计中受到广泛关注，目前各种形式的窗不断涌现，在很大程度上提升了其自然采光的性能，鉴于此，要想获得良好的自然采光，在建筑设计中必须充分考虑这些因素，以优化设计。

2　现代建筑自然采光设计方法

2.1场地选择

场地选择是建筑设计必须考虑的因素，也是影响自然采光的重要因素。对此，在考虑建筑自然采光设计时所说的场地不仅仅由水平二维尺度所构成，需要在水平方向和竖直方向来拓宽场地的边界，场地必须被视为三维对象，场地的边界可以向下延伸至地下，向上则可以涵盖天空和太阳；同时也应考虑包括周围环境景观、太阳运行、天空状况和微气候等场地因素。

2.2布局规划

建筑布局规划应注重选择以下几个方面：①建筑朝向。我国南北方存在较大的气候差异，基于此，在建筑朝向方面应根据地理位置确定，如在北方地区，为获得足够的太阳光线，建筑主体需朝向南。这种以太阳热辐射分布为基础的建筑规划设计，不仅使建筑在冬季获得足够的热量，而且在夏季还能最大程度地降低热辐射。但是即使如此，北向设计也不可忽视，北向设计虽然在采光采暖设方面不如南向设计，但在照度的均匀性等方面明显要优于南向设计。因此，在建筑朝向设计中，应合理布局，取长补短，如：为弥补北面朝向的建筑采光度不够的问题，应在建筑的南向墙面设置反射率较高的材料，如镜面、钢板等。②在进行建筑整体规划和设计时，应重点分析影响采光的不利因素，包括主观因素和客观因素，如，在进行建筑绿化面积规划和设计时，应在分析其光热环境的基础上合理布置，并明确建筑的采光标准，优化采光设计，以实现建筑节能。③建筑体型的长宽比。在南方，夏季天气炎热，因此，应做好建筑的防热设计，同时关注建筑节能，对此，可适当减小建筑体型的长宽比；而在北方地区，冬季寒冷，应优化建筑的采暖设计，同时注意暖通空调的节能，对此，可适当增大与建筑体型的长宽比。如果综合考虑将采光设计，建筑长宽比例较太小，会使得建筑内部空间光线微弱，所以，建筑进深不应该太长，而且要尽量将横墙遮蔽减少。

2.3建筑形式

在建筑设计中，不同的建筑形式，其采光方式和采光率是不同的，因此，应注意合理利用顶部采光和侧向采光这些普通的采光方式，以创造出高水平的环境效果和人文体验。例如：对进深较大的空间，可以在中部设置中庭和天井，将来自中庭的光线作为南北两侧的侧窗采光的补充。又如：对于需要尽量避免直射自然光的建筑，可以设计较大的悬挑屋顶。在充分考虑建筑形式的前提下，还要考虑技术因素。例如：对于有天窗的建筑，可在天窗下面设置反射板，将直射自然光进行漫射并控制眩光的形成，天窗的形式多样，具体见图1。又如：可以利用外部百叶窗遮阳，内部百叶窗来控制直射光、眩光以及热量获得量，并将带有感光器的高性能荧光设施和可连续调节的明暗控制装置结合起来，共同控制自然光、电灯和所需照度。此外，对大型公共建筑可使用幕墙形式，以提升其采光性能。例如：现阶段，光电玻璃幕墙成为大多建筑设计师青睐的装饰。与光电玻璃幕墙相比，传统玻璃幕墙具有隔热和保温效果差、能耗大、存在光污染等缺陷。而光电幕墙则不同，其将发电、隔音、隔热等功能相结合，既安全环保又起到装饰作用，而且其将自然光能转化成电能，避免光污染的发生，而且生态环保。

图1　几种形式的天窗

3　从建筑采光口——窗的设计角度具体分析自然采光就设计要点

3.1窗的设计原则

3.1.1窗地比

经研究表明，窗地比越大，人工照明消耗的电能就越少，建筑内一年的关灯率也就呈上升趋势，具体见图2。这个现象是由于窗地比较大，建筑内采光效果就会相对良好，进而使得人工照明消耗电能大大减少。但是，从采光以及建筑采暖、制冷设计角度来说，还需在窗地比大小方面仔细考虑和分析。在设计建筑的窗地比时，应根据建筑的光度要求进行采光设计。例如：在建筑对对采光量要求较高的情况下，可适当扩大窗户面积，除此之外，优化建筑外围护结构，使其实现保温节能，以使室内获得较好的保温效果。相反，若对建筑室内的保温隔热效果要求较高，则可是适当减小窗户面积，以达到设计要求。

图2　侧窗高度

3.1.2透光率

透光率和建筑室内的均匀值是正比关系的，也就是说，如果窗户的透光性足够好，透光率就会相应的增加，照度均匀值也就会随之而增高。因此，透光率较高，则在人工照明方面所消耗的电能就会大幅度减少，建筑节能的目的也就不难达到，这要求根据不同建筑功能要求，选择不同形式的玻璃，以获得理想的透光率，不同玻璃的透光率见图3。

3.1.3位置、形状

①窗的位置对自然采光也具有较大影响。在进行建筑室内采光节能设计时，要综合考虑多方面的因素，比如，低窗位对光照值的增加作用应仔细考虑，还要同时考虑光照度平缓时对人的视觉舒适度和视觉效果的影响。在建筑窗户位置设计时，由于低窗位会使采光效果受到较大影响，所以，近几年建筑窗户位置随着采光需要升高，但是位置高低各有其利弊。比如窗户位置高，就会使近窗处的照度值大幅降低，而如果窗户位置太低，则容易使人的视觉舒适度受到影响。所以，在进行设计时，要根据实际情况确定窗户位置，以免影响到建筑功能。②建筑内部空间的光照度值也会受到窗体形状的影响。经实验证明，窗户上沿的高度越高，光线也会在进入室内深度的方向上相应增高。但是，如果将窗体的宽度随高度增加，室内的光照值就不会相应增加很多。所以，在进行窗户形状设计的同时，要考虑到窗户瘦高形状所带来的采光效果，不同形状的侧窗光线分布见图4。

图3　不同玻璃的透光率

图4　不同形状的侧窗光线分布

3.2反光板设置

在侧窗设计中，为获得良好的自然采光效果，可增设反光板。这种措施可使建筑在很大程度上获得较为均匀的太阳光照；同时，在建筑高侧窗或或者其上部设置反光板，可降低近窗处的照度峰值。不仅如此，在侧窗设置外反光板，还能使夏季热量减少，从而将空调制冷所消耗的电能减少，同样可以达到节能的目的。因此，在建筑采光设计时，可以对侧窗进行反光板的设置，进一步改善室内采光效果，降低能耗。

4　结束语

综上分析，在建筑设计中，提升对自然光的利用率，不仅可提升人们的居住质量，而且可达到节能的效果。鉴于此，本文从影响自然采光的因素出发，具体分析了建筑设计中场地选择、布局规划、建筑形式等设计方法，并重点从窗的角度阐述提升自然采光率的设计手法，以期为我国的建筑设计和节能提供一些参考建议。

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TU201

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1673-0038（2015）14-0015-02

2015-3-17