基于可持续思想的自然采光原则与方法探析

基于可持续思想的自然采光原则与方法探析

官福霖

沈阳建筑大学 辽宁沈阳 110168

摘要：随着现代建筑的规模、形式、体量越来越大，功能集约化程度越来越高，在一些集约化程度高的建筑中，自然光难以满足照明的要求，便大量采用人工照明的方式来解决这一问题，导致很多建筑设计中缺乏对自然采光的考虑。本文介绍了自然采光的原则与方法，未应对设计师对自然采光的忽视，以有效适应人类心理及视觉的舒适度，进而降低建筑能耗。

1.1 注重地理气候环境的适应性

在教学建筑的自然采光设计中应当重视所在地域的自然气候条件，特别是光气候条件。由于自然光的光源是太阳，所以自然采光的方法要考虑当地的云状、云量、日照

率、大气透明度、日照强度等影响室内外光环境的气候条件，选择最佳的采光措施。每个建筑所处位置的地理条件都不一样，例如：地理纬度和经度、山体、平原、峡谷、城市、乡村，建筑自然采光设计方法要与这些条件相适应，保证建筑室内外光环境的舒适，避免对其他建筑的遮挡和干扰。

1.2 注重与人类活动的符合性

在进行建筑自然光环境设计时，需要根据人们所进行的工作性质、以及建筑空间所要营造的氛围，进行建筑的自然光环境设计。由于建筑空间中人类作业的精细程度不同，对光环境的需求也有所差异，在工作学习等空间按需设计。要避免过强的光线进入人眼，减少光线不足的情况，以满足视觉舒适度的要求。避免同一工作空间内的光线强度产生过大变化、避免眩光的产生、尽可能减少光幕反射等不利光环境条件的影响。确保人的视觉舒适、防止视觉疲劳，预防眼疾、保证工作的安全性。而交流活动、休憩娱乐等空间场所则需要根据人类活动的空间气氛进行艺术的设计创造。

窗户是自然光进入建筑室内的界面，通过窗户人类与外界进行接触、感受到四季的更迭、呼吸新鲜空气、观察天气变化、调节自身心情，减少心理压抑，进行社会交往。利用建筑周围的环境特点，采用适宜的采光方式，将室外的宜人景色引入室内，增添设计中的亮点。

1.3 综合考虑自然光及能耗

玛丽•古佐夫斯基在《Daylighting for Sustainable Design》中指出：在建筑设计中，舒适性通常意味着遮护、温暖和光照1。阳光包括自然光和热辐射，在传统的建筑设计中，为保证冬季最不利条件下的室内照度，或者是全阴天条件下的照度，因此常常在建筑设计中采用过大的开窗，缺少对全年自然光的综合设计，导致冬季采暖夏季制冷所造成的能耗增加。因而建筑设计中，对光环境的设计除了要考虑视觉要素的要求外，还应兼顾室内热舒适度、室内空气质量、声环境等。

1.4 运用适宜的技术及材料

在合理的建筑设计的基础上，合理运用新的技术和材料，不仅可以改善建筑内外空间的光环境，同时提高通风、采暖等其他方面的舒适度，有利于人类活动并节约能耗。自然光环境处于变化中，因此设计中可以考虑使用动态智能自然采光技术，灵活调节控制建筑室内光环境，既可使光环境达到最佳，又能够综合建筑节能等综合因素，共同营造舒适的建筑空间环境。需要较高照度的空间采用浅色内表面，减小采光口与周围墙面的亮度对比度，提高视觉舒适度；运用具有一定功能的玻璃（如滤光玻璃、低辐射玻璃等）控制室内的直射光，阻挡多余热量射入等。

2.1 着重考虑自然光环境的建筑设计

约翰•蒂尔曼•利莱（John Tillman Lyle）指出：“建筑形式引导自然光的流动”这一原则可阐述为“自然光跟随建筑形式而流动，建筑形式跟随自然光改变”……通过塑造媒介（环境），我们可以引导光线流动。如果以自然光环境为建筑设计考虑的首要因素，那么塑造形式就是塑造建筑体量、平面布局和剖面形式、采光口设计以及遮阳细部构造，光线在这些设计基本因素的作用下被引导，在建筑中达到所需要的分布状态和艺术效果，满足使用者的活动需要和心理需求，形成令人愉悦的自然光环境。

2.1.1 建筑形态体量

建筑形态布局以及建筑的体量直接受到建筑所处的气候环境的影响，进行建筑形态与体量的确定时，就需要考虑到所选形态及体量对建筑自然采光的影响。将建筑体量进行抽象提炼，基本可将建筑形态和体量大致分为直线式、集中式和组团式。直线式的建筑体量在功能较为单一的建筑中较为常见。这类型的建筑体量可以将其抽象通过长细比进行描述。当长细比大到一定程度，则可通过侧窗采光获得足够的自然光照。直线式建筑的自然光设计与建筑体量的进深联系紧密，同时还需要考虑建筑体量的构成是否通过一系列的直线式体量组成。如果建筑体量独立且较为简单，则建筑设计中可以采用双侧采光或多侧采光的方法；如果建筑的进深较大，则需要采取侧窗和天窗相结合的方法进行自然光设计。

集中型的建筑形态布局通常被用于大型单一功能的建筑设计中。这类集中型的建筑体量由建筑中最核心的功能展开，其余辅助空间围绕着核心进行组织。但集中型的形态较难满足内部自然采光的需要，在其中加入中庭、采光井和门廊都能够在一定程度上改善内部自然光环境。在内部空间的光环境设计方面，设计师利用侧窗采光、高窗采光、以及在建筑外部设置遮阳设施来保证建筑可以最大程度的利用自然光。建筑南侧立面设计为的大型玻璃窗，可以将南侧的自然光线引入到北侧空间；建筑北立面采用竖向的帆布型垂直遮阳幕帘，建筑内部可以获得周围景观，同时避免自然光的直射。顶部采光方式光线无论是门廊、采光井或是天窗，都是提供稳定、柔和的漫射光线以及进行照明组织协调的设计手段。

2.1.2 建筑采光口形式

根据平面剖面形式以及空间所需要的自然光特点进行设计。根据照度、光线均匀度、光源亮度等确定采光口的位置和尺寸，不同位置、尺寸以及形态的采光口可以对直射光、漫射光进行过滤，直接引入室内或者利用采光口形态转化为所需要的光线，采光口根据位置、尺寸、形态往往有不同的特点。根据采光口位置的不同，常见的采光口形式即侧窗采光和天窗采光。侧窗采光能获得充足的光线，光线方向性很强，位置较低的侧窗可以将射入室内的光线通过浅色地面的反射，到达房间的深处。中等高度的侧窗可以欣赏室外的风景，同时反射光线并在人的活动高度通风。中等高度以上，窗的私密性随高度的增加而增大，使光线射入房间的深处。但单纯侧窗的使用容易导致室内照度分布不均，沿房间进深方向照度严重下降。弥补侧窗采光均匀性的方法很多，采用扩散光玻璃、双向采光、利用反射光等。在高处的侧窗放置指向性玻璃，使光线折向顶棚，再射入房间的深处；在房间的另一侧增设高窗，增加房间里侧的照度；在人的视线之上设置横档，将光线反射到顶棚，再反射到达室内深处。

2.1.3 建筑遮阳细部

建筑的遮阳系统建立在采光口的基础上，应该避免破坏建筑外立面，同时能够保证做到，根据不同时间的不同需求，控制进入室内的自然光的光线数量；随着季节的变化，控制自然光的属性，如在寒冷地区，冬季引入直射光而夏季尽量避免此类光线，以折射光和反射光进行替代，保证光环境的照度均匀；在一天当中的不同时段，遮阳系统应当可以调节控制直射光，使直射光与工作面、视线间形成一定夹角，避免眩光的产生。常见的遮阳方式包括简易遮阳、水平遮阳、垂直遮阳、格栅式遮阳、百叶遮阳、植被遮阳、建筑自遮阳。建筑遮阳的设计要因地制宜、因时改变，不应该仅仅通过某种特定条件下的计算数据进行设计，要综合把握技术和艺术的融合，将遮阳系统的设计发展为具有特色的建筑立面素材，同时保证了室内具有良好的光环境，在实现建筑光环境调节、减少建筑能耗的同时体现建筑设计中的艺术魅力。

2.1.4 合理运用新技术

被动式自然采光主要通过建筑的侧窗、中庭和天窗等采光口采光，在设计时最好保证几乎所有的房间都能够自然采光。因此对于大体的建筑，满足自然采光通常结合建筑空间造型，利用采光中庭解决建筑内部中心位置自然光不足的问题。随着科技的发展，一些新的阳光跟踪采光技术扩大了天然采光的范围，这些新技术也将利用自然光进行采光照明。这些技术主要包括光导纤维、棱镜导光装置、管状天窗、人造日光和导光管，可以将光线导入建筑特定的空间中去。

上述几种在建筑设计时考虑自然光环境的方法，都要结合自然采光设计原则进行以上是自然采光生态方法的基本条件，设计方法和技术措施的应用要切实考虑到未来使用过程中由于地理气候条件、人类行为模式、未来发展的可能性所引出的具体要求。同时，在选择自然采光方式的时候，要对高技术措施保持正确和清醒的认识，不能依赖技术解决所有与可持续发展思想有关的问题；当然，也不能完全脱离高技术措施。要辩证的看待建筑设计与建筑技术之间的关系，综合考虑设计中各方面各层次存在的问题和隐藏的信息，统筹各种设计中的因素和措施，从整体角度出发进行自然光环境设计。