浅谈建筑光环境的设计与分析

李建华 ，孙玉涵

（贵州航天职业技术学院）

1 建筑光环境的基本概念与现实意义

光环境的基本概念指的是由光与颜色在室内建立的同房间形状有关的生理和心理环境。在人类进行各种生产、工作、学习的场所中，良好的光环境可以振奋人的精神，提高工作学习效率和产品的优良率，避免视觉疲劳保证视力健康，并保障人身安全。同时，能够降低能源的使用（人工照明或使用空调产生的能耗）等就是建筑光环境控制的现实意义。

建筑室内外空间在自然光或人工照明的光线照射下是个一个五彩缤纷、奇妙动人的世界。源于光的照射,建筑形体才能展现出活泼生动的外观轮廓、光影交替和虚实变化。也正是有了建筑光影交替和虚实变化，才能营造建筑空间氛围，强化建筑空间的内涵，凸显跌宕起伏、虚实变换的强烈视觉冲击。同时合理的利用自然光源，可以在降低费用节约能耗的基础上获得良好的视觉效果。

2 建筑光环境的设计

人类对世界万物的认识与感知中有80%的信息是通过视觉得到的，人类在从事各项活动中都与光环境的存在不可分割。光环境是建筑环境中的一个重要组成部分，不仅对于建筑形体的表现和室内外环境气氛的形成具有举足轻重的作用。计人员要尽量利用自然光，重视建筑采光设计，并通过一定的评价指标，选取合适的设计技巧与方法，利用模拟技术分析光环境的影响因素之间的关系，并对光环境进行主观评价。

建筑光环境设计, 主要从天然光源和人工照明两方面进行考虑，既自然采光设计和人工照明采光设计。

自然采光设计就是将太阳光引入室内，利用光线的直射、反射和透射性质来满足人们正常工作及生活的需求，主要包括自然采光标准、采光口设计、现代窗系统设计等。自然采光设计以室外全阴天（全云天）条件作为基本设计依据。在设计过程中要依据我国不同的光气候分区，确定适合的采光设计标准、采光口（外窗）的形式与面积，利用现代窗系统技术等，在改善建筑空间光环境的同时节约能源。

在自然采光的建筑室内空间里，室内光环境是随着外界天气（光线）的变化而改变。同时，在室外天气为全阴天的时候，建筑室内光环境也会随建筑外墙、屋顶上开的采光洞口方式与位置的不同而出现差异。

侧窗采光是在建筑外墙上开设洞口的一种最常见采光形式，一般是在建筑一侧或两侧墙体上开窗，不受建筑本身高度层数的影响。

建筑侧窗的形状、位置、大小等因素的不同，对建筑室内光环境的影响是存在较大差异的。如某建筑房间中，侧窗面积和尺寸大小相同时：横向通侧窗位置的较高的比横向通侧窗位置较低的采光照度均匀性好。侧窗总面积相同，形状位置不同时：横向通侧窗位置的较高的比三个纵向侧窗的采光照度均匀性好。由此可见，建筑光环境的设计是一个各项因素互相制约，又互相促进的关系，我们不能单一的考虑某一方面因素。

目前我国建筑光环境的设计中, 为了获得较好的建筑节能效果，建筑设计师最常见的就是控制建筑的窗墙比。对于建筑而言，外窗的隔热效果远远低于外墙的，窗墙比越小，建筑外窗面积越小，建筑外墙面积越大，能量传递或流失的就越少, 建筑节能效果就越好。但是，根据《民用建筑设计通则》中采光的规定，不同类型建筑物、不同使用功能的房间有不同的采光系数标准值，比如室内自然光临界照度：居住建筑的起居室50 lx，办公建筑的设计室150 lx，学校建筑的教室100 lx。所以，我们一定要在满足建筑不同功能房间照度需求的前提，调整采光口形式、位置、大小，或采用现代窗系统技术提高建筑节能率。

自然采光设计以室外全阴天（全云天）条件作为基本设计依据，只是理论状态，自然光的强度是不断变化的，自然光强度越高，光线携带的太阳辐射热就越多，室内空间的温度就不断上升。所以建筑光环境设计中也必须考虑控制自然光的进入量，特别是对朝向不利的东西向建筑，该朝向的建筑室内虽能满足采光需求， 但建筑室内光环境的照度均匀性与南北向建筑相比就要差很多。

在建筑光环境设计中当自然采光设计不能满足建筑室内光线照度的均匀、稳定,达不到规定的采光系数标准值影响正常工作或者利用自然光受到时间和地点的限制时，就需要进行人工照明设计，借助人工照明设施来弥补自然光的不足。

人工照明是使用人工光源取得亮度形式，利用灯具造型设计和分布设计, 营造不同的人工光环境。人工照明设计中不仅要考虑灯具造型及分布，更要以功能需求为先决条件，因此人工照明设计可以分为：正常照明、应急照明、警卫、障碍、装饰、城市环境艺术照明设计等。人工照明设计除了要解决空间环境的亮度需求，还要满足各功能区的要求与人们的生理、心理要求创造出富有空间情趣氛围的光环境。

人工照明设计中一定要遵循：依据照明的质量要求，合理选择光源和灯具，满足安装简单、使用安全、节约能源，具有较高的经济性，并预留照明条件的基本设计原则，同时还要与自然采光设计进行有机的结合。

3 建筑光环境的模拟技术分析

随着社会的不断进步与发展，计算机辅助制图应用技术取得了迅猛发展，产生了一些操作简单、运算处理能力强、准确性好、效果直观的建筑光环境模拟分析软件。利用这些软件可进行照度、亮度和眩光等参数的计算，并可生成直观的具有真实感的渲染图形，还可以模拟任何地点、时间、天气状况下的天然采光环境进行仿真模拟，分析对比方案的优略等广泛的应用。

现阶段国际上应用较多的光环境模拟软件包括SkyVision 、Radiance、Rayfront、Lightscape、Daylight Visualizer、Ecotect、Daysim 等。国内由于公众对采光权的重视，专业的建筑日照分析软件发展非常迅速，并得到了广泛应用。 比如在Ecotect软件中，建筑光环境模拟主要可以分为自然采光模拟分析和自然采光、人工照明相结合模拟分析两种方式。它可对建筑物采光系统的光学性能进行定量分析模拟；也可以对建筑物的采光口的采光性能进行分析检验；还可以对复杂建筑光环境进行仿真模拟。

4 结语

建筑光环境是一个综合和系统的工程，工程设计人员在设计时要充分运用光语言并发挥光元素的表现力，从而获得优美宜人的建筑环境空间，充分彰显光环境的魅力，并能营造出丰富和谐的工作、生活环境。