高层建筑自然采光设计与节能分析

高层建筑自然采光设计与节能分析

伦伟清

广东省建筑设计研究院有限公司  广东 广州 510000

摘 要：我国经济正处于快速发展的重要时期，各个城市逐渐深化城市建设，为更多城市居民提供高层建筑。为提升高层建筑的居住质量，需要对自然采光与节能方面展开系统性研究。本文简述自然采光设计的应用价值，并分析高层建筑自然采光设计原则，设计高层建筑自然采光设计与节能具体方案，旨在为我国建筑设计人员提供技术方案，推动我国社会经济可持续发展。

关键词：高层建筑；自然采光；节能设计

     根据广东省政府（http://www.gd.gov.cn/）数据统计，2021年广东省建筑行业总产值超过21000亿元，同比增长15.82%。意味着广东省建筑经验丰富，对城市建设更有独特见解。本人详细研究广东省多地的高层建筑，将自然采光设计与节能整理为本文，希望可以为更多从业人员提供帮助。

1.自然采光设计在高层建筑中应用价值

1.1丰富室内光环境

自然光有多种类型，例如透射光、反射光等，会根据时间、天气的变化，影响强度、照射方向，具有极强的变化属性。在高层建筑设计中，使用科学的自然采光设计，能够充分开发自然光的变化属性，利用其变化的特征优化室内采光条件，营造出一种亲近自然的良好氛围，从而起到丰富室内光环境的效果，更容易提升工作效率，提高学习质量。

1.2促进身心健康发展

上班族大多数在高层建筑内工作，在接受长时间的人工照明后，会产生影响身体健康的褪黑色素，降低睡眠质量，严重者会让人神经衰弱。而自然光对于预防生成褪黑色素具有良好效果，并让人体生理周期得到有效调节，起到强化身体素质的效果。所以，科学使用自然光，让上班族接受到足够的自然光，可以逐渐抑制褪黑色素的生成，缓解工作压力，促进身心健康发展[1]。

2.高层建筑自然采光设计基本原则

2.1和气候相协调

在对自然采光进行设计时，需要和当地自然气候相互协调，以太阳辐射变化位为主，合理分析当地不同季节的云量与日照强度变化，配合四季气温变化，合理设计高层建筑采光工作，让自然采光可以和高层建筑使用产生良好的匹配度，提高设计的适应效果。

2.2保护自然环境

自然采光设计需要保护环境保护，即要让室内环境拥有良好的视觉舒适度，并对采光设计材料进行严格控制。既要控制高层建筑的运行能源消耗，也需要严格控制玻璃幕墙材料及造型设计，避免对自然环境造成严重光污染，起到保护自然光环境的效果。

2.3方便接触外界环境

设计自然采光时，窗户、阳台是重要的设计内容，需要利用窗户、阳台，为人们提供接触外界环境的条件，让人们在看到外界环境后，可以迅速调整精神状态，放松心情，避免出现心理抑郁。也可以起到转移注意力，以更饱满的精神状态投入到之后工作当中。要对高层建筑周边环境展开科学分析，利用玻璃等材料做好外立面幕墙装饰设计，影响良好的光影效果，进一步优化自然采光设计质量[2]。

2.4保持灵活性

因为自然光是处于动态变化的，所以在高层建筑设计自然采光时，也需要保持一定的灵活性，最好给人一定的互动性。让人们可以根据工作压力、心情变化等，配合当天天气状况，调节室内的自然光，进而提升室内光环境，让人们获得更好的工作氛围，由此提升工作效率。需要注意，在设计自然采光时，可以借鉴成熟案例，但是在应用时需要根据高层建筑的实际情况，合理分析自然采光设计细节问题，结合建筑特点，针对不同朝向的太阳入射角设置外遮阳构件，提高设计质量。

2.5和室内设计相互适应

高层建筑不仅仅考虑自然采光设计，也要关注室内其他设计，从室内环境使用角度出发，合理分析室内设计需求。例如热舒适、隔声需求等，重视自然采光设计质量，满足室内环境的节能、照明需求，配合室内其他设计打造优质室内环境，提升自然采光设计的应用价值。如果自然采光设计和室内设计产生冲突，需要根据设计更改的难易度，分析具体的调整内容，以最小的设计更改成本，做好室内环境设计相关工作。

3.高层建筑自然采光设计与节能技术应用方案

3.1高层建筑自然采光设计

在对高层建筑自然采光设计时，可以从以下几个方面入手：第一、应用玻璃采光顶。可以在高层建筑的顶部设计若干采光顶，从而实现解放屋顶空间。在正常晴天时，阳光可以穿过天窗，直接照射到建筑内部空间，强化自然采光效果。天窗设计需要从两个环节入手，最基础的透光玻璃与辅助采光的金属片。自然光在通过透明玻璃后，会照射到下方的金属片上，利用金属片的反射效果，将自然光反射到更远位置的天花板上，配合其他金属片布设方法，照射到大厅中，为建筑内部空间构建优质的光环境及遮阳体验；第二、关注建筑物具体朝向。我国地理位置在北半球，南向位置具有较长的采光时间，自然光也会照射到较高位置。如果是东西朝向，则会提升自然光照射到室内空间的总量，会让室内空间温度快速提升，严重者可能会出现眩光问题。针对这种情况，需要做好自然光的遮蔽工作。建筑物的北向，则通过自然光在天空的漫反射，实现自然采光。可是高层建筑具有较高的容积率，将无法利用漫反射方式满足自然采光需求

[3]。所以，在设计建筑物时，建议选择坐北朝南，提高南北朝向的窗墙比，让更多自然光顺利进入室内环境，提升自然采光质量与效率；第三、采用中庭采光模式。在进行高层建筑自然采光设计时，需要对高层建筑的屋顶形状、玻璃透明情况等合理分析。中庭高度是大于其宽度，导致直射自然光量较少，大多数照射进室内空间的自然光是依靠中庭漫反射、二次反射形成。如果提升中庭的宽度，能够有效调节高层建筑内部环境的温度、湿度等。同时，让建筑物顶部天窗与侧窗全部进行自然采光及通风，则可以让室内环境和自然环境得到充分交流，有效提升空气循环效率，提高自然采光质量。

3.2自然采光节能技术应用

我国现在最常用的高层建筑采光节能技术有以下几类：第一类、光伏玻璃幕墙。作为一种新型节能技术，光电玻璃幕墙在近些年广泛应用于高层建筑中，如图1所示。

图1 光伏玻璃墙

光伏玻璃组件配合镀膜玻璃组成的夹胶中空玻璃，不仅拥有具有隔音、隔热、遮阳等多种功能，可以将自然光顺利转化为建筑物运营的电能，有效降低高层建筑能源消耗，消除光污染风险。而且，光电玻璃墙也可以为高层建筑提供良好的保温效果，实现保护生态环境效果；第二类、光导照明系统。这种节能技术会收集自然光，将自然光导入设备中，利用光导管传送功能，对自然光进行漫反射处理出，让自然光可以均匀照射到高层建筑内部环境中，形成较为柔和的光线。根据室内光照需求，也可以调节光线照射强度[4]。而且，光导照明系统对于时间、天气没有特殊要求，无论是早晨、傍晚，还是阴天、下雨，都可以收集自然环境的自然光，为室内环境提供充足自然光，满足人们工作、生活需求。而且，光导照明系统可以为室内环境提供10小时的自然光照射，有效降低照明能源消耗，对于改变人们电力照明理念也有较大帮助；第三类、日光反射器。这种设备是安装在高层建筑外部，通过接触自然环境，获得更多自然光照射条件，从而有效提升自然光采集效率。而且，日光反射器通过模仿向日葵，利用收光罩时刻跟踪太阳在天空的运动轨道，强化自然光采集质量。除这几种最常见的节能技术，也可以利用扩散天窗，让自然光通过反射方式，直接照射到高层建筑的底部，增加自然光聚拢效果，也可以达到高效收集自然光目的。

4.高层建筑自然采光设计与节能技术应用注意事项

4.1做好采光口设计

作为高层建筑自然采光设计最重要的部分，采光口设计工作一定要从通风、遮阳等角度，展开综合研究。在选择采光口设计材料时，也需要关注材料是否具有良好的气密性。以地区的自然气候为准，合理分析在夏季高温与冬季低温情况下，采光口的采光效率，结合室内环境的通风、保温需求，优化采光口设计工作。建议设计窗体、外墙时，多采用节能材料，避免因材料问题造成更多的能源消耗。

4.2关注反光与遮阳问题

对高层建筑进行自然采光设计，需要让自然光可以充分照射内室内环境中，可以将设计重点放在窗顶部，利用水平反光板，强化自然采光照度。而在高温夏季，也可以通过调整水平反光板，起到室内遮阳效果，避免自然光直接照射进室内，避免产生强烈的反光，影响人们正常工作、学习。

4.3根据不同区域选择合适的自然采光设计

根据室内空间不同区域，选择合适的自然采光设计。例如楼梯间，可以增加对外窗，可以清楚看到原本无法照射到的光线死角，避免白天开灯观察光线死角，造成资源浪费。同时，人在上下楼时，也可以感受到自然环境变化，提升人们居住、办公质量；如果是居家的客厅，则需要在客厅设置大面积开窗，既可以有效引进自然光，也能让外部环境成为客厅装饰的一部分。如果考虑隐私问题，可以选择设置百叶窗，根据需求开合百叶窗，提升生活品质。

5.结论

优化自然采光设计，可以有效降低高层建筑的能源消耗，为人们提供良好的生活、工作氛围，提升城市活力，推动地区经济发展。考虑到未来高层建筑将会成为更多城市建设的工具，有必要对高层建筑进行全方面研究，优化建筑物使用质量，引导更多人参与到城市建设中，为提升我国综合国力贡献力量。

参考文献

[1]付亚东.基于节能的高层办公建筑自然采光设计策略研究[J].工程建设与设计,2019(15):21-23.

[2]李添天,顾梓.自然采光与建筑节能设计研究[J].城市建筑,2020,17(21):74-75.

[3]张洁,吴捷,沈景华.自然采光在建筑改造节能设计中的应用[J].城市建筑,2021,18(30):128-130.

[4]曲艺.幼教建筑的自然采光设计[J].建材与装饰,2020(14):101.