1、探讨建筑设计中自然光的运用策略【摘要】自然光在建筑设计中的运用，令古今中外的很多建筑师不断探索其神奇的魅力。当自然光被设计师们更好地利用并展现其魔力时，我们的建筑创造将获得更大的飞跃，我们的生活空间也将会变得更加美好。本文介绍了建筑设计中自然光的运用现状，分析研究了建筑设计中自然光利用的技术策略。 【关键词】建筑设计自然光运用策略 中图分类号： TU2 文献标识码： A 文章编号： 在建筑艺术与建筑技术不断发展的今天，建筑师的表现手法花样翻新，建筑技术近乎无所不能。现代的建筑更多地体现了高科技、高技术的表情，体现了现代工业文明的精确和冷静。繁忙的都市生活，紧张的工作节奏，使人似乎更依赖于高科技
2、、高技术，渐渐疏离了与自然的联系。因此，建筑师通过艺术与技术的设计手法，有效地运用一些自然元素，为建筑中的人服务，这对于恢复人与自然的联系， 保持人类身心健康，滋养精神，培育美感有着不可替代的作用。合理运用作为自然元素之一的自然光，正是解决上述问题的有效手段之一。 同时，在可持续发展、环境保护、绿色节能问题受到日益重视的今天，这个命题的探讨更加具有意义。 一、建筑设计中自然光的运用现状 1、自然光在建筑造型中的应用 在建筑外部造型中，常常通过光线及其在建筑的外墙上所投下的光影，来表现建筑的美感。古埃及金字塔用阴影表现出纯净又巍峨挺拔的体量，在阳光的照耀下表现出了高光、退晕、明暗交接线、反光等层
3、次，把建筑的构造美更多地呈现出来；中国的传统建筑中深远的挑檐在阳光的照射下投射出优美的阴影，与额枋等受光部位形成鲜明的对比，在有限的空间里产生了独特的装饰效果。 2、自然光对于空间氛围的营造 阳光不仅带给我们光明，还在其所充斥的空间营造出各种不同的情绪。随着阳光的强度、方向、色调、饱和度等特性的不断改变，光线改变着我们对空间的感知开阔、狭窄、高耸、压抑等，也改变着我们的情绪亲密、冷漠，平和、紧张、充满活力等。 3、自然光与建筑的动态关联 设计师设计的是静态的建筑，但是光线与建筑则表现出了包括时间在内的四维关系。没有静止不动的光线，任何自然光都会随着时间的变化而表现出强度、方向、入射角、色调等方
4、面的变化，沐浴在其中的建筑形象也随之表现出差异。 日本建筑师安藤忠雄在石原邸住宅（1979 年获日本建筑师学会奖）的设计中，最令人震撼的是内院部分。 他在设计中运用了大片玻璃砖，构筑了一个与自然直接对话的场所光井。白天这里阳光四溢，渗透到住宅的每个角落，夜晚则黑暗、静穆，为室内灯光所映亮。在这种丰富的体验中，住户感受到了四季的变化，认知了这个被日光唤醒的世界。 二、建筑设计中自然光利用的技术策略 1、诱导式采光设计 由于人的生物本性, 自然光照对于人的心理和生理的健康十分重要, 而建筑的自然光照程度也是衡量建筑内环境质量的重要指标之一。所以合理的自然采光不仅可以极大地节约建筑由于人工照明带来的
5、能耗, 而且可以给人带来更加舒适、健康的建筑内环境。当前活跃在建筑界的生态建筑师在设计中都不同程度表现出对自然光的强烈爱好, 并通过一系列的措施来实现。其中具有技术代表性的高技术生态建筑的一个重要特点就是大量透光材料的运用, 其重要目的之一就是能够增加自然采光的面积。 诱导式采光设计的目标就是在保证建筑内部光照度的前提下, 尽量利用自然采光, 节约人工照明能耗。诱导式采光设计中常用的方法有设置遮阳设施、安装百叶窗、利用反光天棚、采用光导纤维等。诱导式采光既能为人们提供舒适的自然光照, 又能够节约大量的人工照明的能耗, 尤其是太阳光收集器、光导纤维等高技术含量的应用和普及, 必将推动生态建筑走向
6、新的高度。 2、诱导式恒温恒湿围护结构设计 诱导式恒温恒湿围护结构是利用太阳光的热能和建筑构造手段, 尽量不使用机械设备, 通过合理设置和选择材料达到建筑内部温度、湿度舒适的目的。这种诱导式恒温恒湿的设计巧妙地利用了自然规律, 是一种低能耗的生态设计手法, 其代表就是当代高技术生态建筑中常常使用的“双层皮”玻璃幕墙。 “双层皮”玻璃幕墙是一种充分利用自然光的生态建筑的表皮设计, 是通过两层( 或多层) 透明围护结构来降低建筑能耗, 是在生态建筑中普遍运用的一种技术, 被誉为“可呼吸的建筑皮肤”, 是针对以往建筑玻璃幕墙能耗高, 室内空气质量差等问题而运用的一种节能技术。通过“双层皮”系统可以有
7、效地降低进入室内的噪声值, 在冬天通过对“双层皮”之间的空气预热可以有效地降低建筑表皮的热损失。在高层建筑中, 由于“双层皮”的存在, 降低了建筑内层的风压, 使建筑部分自由开窗通风成为可能,而由此可大大降低高层建筑中机械通风所需要的能耗, 并可以提高室内空气质量。因为“双层皮”的自然和机械通风相配合的使用效果, 所以能够保证建筑在晚上利用较低时, 仍然能够通过自然通风提供较好的室内空气质量而减少不必要的能源浪费。 “双层皮”玻璃幕墙还可以集中进行热能回收利用, 充分利用能源, 降低能耗。所以“双层皮”玻璃幕墙系统将会成为当前生态建筑中的有机部分, 并能够对气候的变化随时做出积极的反映。 3、
8、诱导式中庭气候交换系统 诱导式中庭交换系统是利用诱导式采光和诱导式通风综合作用, 其生态效益是十分显著的, 并在当今的生态建筑中频繁出现。 透光中庭古已有之, 主要表现人们对自然光的喜好和向往。自从 20 世纪 60 年代美国建筑师波特曼将中庭引入大型公共建筑之后, 中庭的性质发生了根本的变革: 展现在人们面前的是一个充满都市气息, 具有神奇的梦幻般效果和超尺度感的公共空间。随着科学技术的发展和建筑节能意识的增强, 中庭的作用不仅是公共空间, 而且是一个室内气候缓冲和调节的空间。在当前生态建筑中, 这种具有生态效益的中庭设计常常成为整个生态建筑的核心。 在生态建筑中的透光中庭主要是通过“温室效
9、应” “热烟囱效应”以及“绿化引入”等方式在节约建筑能耗的同时创造舒适健康的建筑内环境。透光中庭的温室效应、热烟囱效应都是利用自然光的热效应而产生的建筑节能手段, 具体地说就是冬季利用中庭的温室效应使建筑保暖, 夏季使用中庭的“热烟囱效应”通过热压原理进行不断的自然通风, 达到建筑降温的目的; 由此在减少机械通风的同时, 还可以把建筑排出的热能集中回收循环利用, 达到建筑节能的目的。绿色植物的引入则能够改善中庭的空气质量, 减少建筑对周围环境的负担, 给使用者带来心理上的舒适感。 4、OM 阳光体系 OM 阳光体系是多功能的太阳能利用体系, 能加热或冷却室内空气, 温暖地面, 还能提供热水。它
10、是一个被动式的太阳能系统,只需要利用有限的高技术就可以提供全年的室内气候调节。OM 阳光体系的主要技术策略并不是人们通常认为的高技术, 而是运用“低技术”和“高技术”的融合, 其特点是它的简洁性; 其原理是: 室外空气最初被屋面下的通气槽引入, 聚集在屋檐下, 并被安装在屋顶上的玻璃集热板加热, 使空气上升到屋顶的最高处, 通过其他转换方式加热建筑中的地板和水, 可以为家庭提供热水和暖气。其中高技术扮演着使系统工作更加高效的特点, 主要运用于尽量发挥屋顶玻璃集热板的效率; 在室内不同地点进行检测, 以决定何时热空气应导入室内或者排向室外。 主要的技术措施有: 空气流动控制用来收集与传递热量,
11、可以用来为建筑提供热水和加热( 或冷却) 其他建筑构件。地板下的热能储蓄室, 通过从屋顶送下来的热空气传到位于地下的水泥板上, 热空气先加热水泥厚板, 再通过地板风口向室内送风。而由于水泥厚板具有良好的蓄热性, 可以在夜晚向外辐射储存的热量, 是太阳热能的昼蓄夜发。所以, OM 阳光体系在白天、黑夜和不同季节具有不同的运行模式, 并通过这些措施使得 OM 阳光体系建筑物能够不与自然隔绝, 而根据大自然的变化进行工作, 与气候类型和室外天气状况发生互动, 使整个建筑全年都能够保持舒适、健康的室内气候标准。 5、功能区与缓冲服务区设置 合理的设置功能区与服务区, 尽量能够为每个功能空间提供相同质量
12、的自然采光、通风等室内功能环境, 对于建筑节能也大有帮助。两者的设置是相对独立而又能够方便联系的, 在功能上来说, 这可以提高功能区的可变灵活性; 在能源策略上来说, 功能区与生态缓冲服务区的相对独立, 能够更加有效地利用能源, 例如阳光中庭缓冲区可以提高室内环境质量, 充分利用阳光等。在建筑中, 功能区一般为建筑中的功能部分, 例如办公建筑中的办公区等; 而缓冲服务区则是建筑中的辅助性空间, 例如中庭、交通等。功能区一般为归整灵活的空间, 这样设计以利用功能和使用模式有所调整时, 能够通过最小的消耗和时间达到新的使用功能要求; 而缓冲服务区主要是为功能区服务的, 是高技术生态建筑中用来调节室内气候的重要组成部分, 既能够为功能区提供辅助功能, 又能够为服务区提供舒适的室内环境、活动空间和气候的缓冲空间。 参考文献： 1 费双.建筑遮阳条件下的自然采光设计策略J. 中外建筑. 2011(11) 2 邢家勇.于家堡站地下枢纽自然采光设计J. 山西建筑. 2012(04)
