1、浅谈建筑天然采光设计摘要：自古至今，天然采光设计一直被建筑界所广泛应用，在推行低碳理念、可持续发展的今天，在建筑设计中进行天然采光设计更是显得尤为重要。在本文中，首先论述了建筑天然采光设计的原则，进行从采光口的科学设计以及反光板和遮阳措施的运用这两个方面来进行简要阐述，以供参考。 关键词：建筑；天然采光；设计；侧窗；天窗 天然采光就是将日光引入建筑内部，并且将其按一定的方式分配，以提供比人工光源更理想和质量更好的照明。自古至今，天然采光一直在建筑设计中得到广泛应用，它不但可以减少照明用电，还可以营造一个动态的室内环境，形成比人工照明系统更为健康的天然采光环境。但如果设计不当，则就会影响效果，让
2、人产生不舒服感，同时还会增加能耗。为此，本文将着重阐述建筑天然采光设计的要点，以供参考。 1 建筑天然采光设计的原则 1.1 合理配制建筑的功能。一般，从窗墙或屋顶到室内的 5m 范围内为天然采光区。 1.2 增大建筑东西向的距离，避免在夏季过多的太阳辐射的热，增大北向的窗户面积。 1.3 尽量从高处透射天然光。 1.4 避免太阳直射。把水平面、窗框和其他非镜面上的直射光折射或散射到建筑深处。 1.5 渐少或避免眩光和视野中过大的亮度对比。 1.6 利用室内外遮阳构件，确保通过窗户进入室内的太阳光线和太阳辐射热增益是可控的。 2 建筑采光口的科学设计 采光口不仅提供建筑室内需要的采光日照，同时
3、又要担负遮蔽阳光的功能；既为建筑空间通风换气，同时又要防止沙尘、风暴、雨水的侵袭。因此我们必须从综合节能视角出发，对采光口环节进行科学设计。 2.1 由于各个区域的环境、气温等各不相同，在进行采光口设计时，应依据不同的区划标准计算符合采光照度的准确节电量及在冬季失热及夏季得热状态中的能耗量，核准在不同区域环境下采光口设计面积的折中标准，科学布置采光口的位置。 2.2 建筑门窗材料的选择：门窗的能耗可占到建筑总体能耗的 50%左右，因此在选择门窗材料时应本着多透光及少传热的原则，在南方较炎热的地区可采用具有低辐射效能的玻璃，而在北方寒冷地区则应适应性采用双层中空玻璃。 2.3 窗体的选择及其形状
4、、位置、尺寸的设计 对于高层建筑来说，自然光绝大部分是通过窗体投射进来的，窗体的选择影响着室内自然采光的效果。 2.3.1 侧窗 1.观景窗 观景窗是指设置在建筑垂直墙上的位于人的眼睛高度附近的侧面采光窗。观景窗的功能可分为采光和观景两大用途。如苏州博物馆，随处可见设计者那别具一格的菱形、海棠形、八边形的观景窗，其在实现节约照明能源的功能外，让行走在博物馆廊道里的人们，可透过窗看到庭院外的风景。在实际的建筑天然采光设计时，应尽量将观景窗朝向北或者南，以避免东、西向的低角度太阳光直射。在实现这两个功能的情况下，还得注意控制观景窗的眩光，即在设计时可从以下几个方面进行： （1）窗户形状上尽量采用水
5、平向窗户或带形窗。即在窗户的设计上首先要满足沿墙水平方向的光照均匀度，房间进深方向照度均匀性可通过结合其他采光窗和反光板等采光辅助系统进行改善。 （2）把窗户设置在靠近室内的结构体表面位置（柱子、墙体）处。将窗户设置在柱子、墙体等处，这些表面就可充当低亮度的反射器，有助于反射和重新分布天然光。 （3）把窗框外沿和窗洞口设计成有张角的形状。 2.采光高侧窗 采光高侧窗是指设置在建筑垂直墙上的位于人的眼睛高度以上的侧面采光窗，采光是其主要功能。 在朝向的设计上，采光高侧窗应尽量朝向南、北向，尽量减少在东向，尤其是西向的开窗。除北向外，其他朝向在设计窗体时应考虑遮阳系统。而其控制眩光的设计方法与观景
6、窗的一样。 2.3.2 顶部采光窗（天窗） 天窗采光在工业建筑、公共建筑中采用较多。还是以苏州博物馆为例，设计者贝聿铭在进行设计时就借鉴了中国传统建筑中老虎天窗的做法，设计了立体几何形框体内的金字塔形玻璃天窗，将它开在屋顶的中间部位，自然光线透过木贴面的、色调柔和的金属遮光条，进入到博物馆的活动区域，使博物馆充满温暖、柔和的流动光线。当然，天窗的设计需要结合建筑物本身的结构而定。 1.平天窗 平天窗是指在屋面上直接开洞，铺上透光材料（玻璃、塑料等） ，其位置水平或近于水平的一种顶部采光窗体。 （1）在设计是为了获得均匀无眩光的天然光，天窗在屋顶上的布置位置有：靠近墙壁的屋顶处布置；线性布置；均
7、匀点式布置。 （2）平天窗的间距：为了能获得均匀的天然光，在设计时天窗间距（中到中距离）等于 1.0-1.5 倍的天花高度，最靠墙壁的天窗距墙 0.5倍的天花高度，但若墙体上已经有窗户，则离墙距离应提高到 2 倍左右的天花高度。 （3）天窗与屋顶面积比：按照我国的建筑设计规范，天窗的面积不应大于屋顶总面积的 20%。 2.垂直天窗 垂直天窗是指透光材料处于垂直或接近垂直位置的一种顶部采光窗体。它的采光特性与采光高侧窗的基本相似。 （1）垂直天窗的间距：其间距一般按照图 1 所示基本上就可满足室内光线均匀度的要求。 图 1 垂直天窗常见的间距 （2）垂直天窗的面积同样不应大于屋顶总面积的 20%
8、。 （3）垂直天窗朝向设计应注意的问题：朝南的垂直天窗在夏季时会由于太阳的直射而使室内热增益，因此在设计时要考虑遮阳；超北的垂直天窗而由于缺少太阳直射光，在窗体面积上至少要多 25%才能获得与朝南天窗一样的天然光总量，在设计时为了减少设计的成本，可考虑将朝北的垂直天窗的背面与太阳能集热器安装表面相结合。 3 反光板及遮阳措施的合理应用 为了提升建筑内部空间的采光照度，我们可在窗顶位置放置水平反光板，以有效将日光引入其无法照射的室内深处；当夏季炎热天气来临时，为了降低阳光的直射程度，我们可在不同的建筑方位设立遮阳装置，提升建筑内部的舒适度。在设计时，应合理将反光和遮阳措施结合起来，让其既有遮阳的
9、效果，又能有效令光线形成漫反射效应引入室内。 3.1 反光板深度的确定 3.1.1 室外反光板深度的确定 室外反光板的深度不仅要考虑与整个建筑立面的关系，还要考虑到侧窗的遮阳效果。一般，可根据夏日太阳的高度来计算遮阳板所需的深度，并结合建筑的立面造型，来确定反光板的深度。即： 反光板深度的计算公式：L=Hctghscosrs?w 式中：L水平板挑出长度，m； H水平板下沿至窗台高度，m； hs太阳高度角，deg； rs?w太阳方位角和墙方位角之差，deg； rs?wAsAw；As太阳方位角，Aw墙体方位角。 3.1.2 室内反光板深度的确定 室内反光板的作用是将室内的光线反射到天花板上，其深度的确定只需考虑眩光控制即可。一般，建议室内反光板的深度大致等于其上方的采光高侧窗的高度。 3.2 在进行遮阳设计时，需考虑如下因素：所处地理位置，太阳高度角，以及尺寸大小安装方式。在具体设计遮阳板的进深尺寸和计算时，应将遮阳板设置的垂直间距、太阳高度角、太阳方位角与墙面法线间的夹角、墙面法线与正南方向的夹角等一一考虑进去。在此，由于篇幅的关系，就不一一详述。 参考文献： 1杨晓珍.浅析建筑物采光节能设计J.城市建设理论研究，2012（3）. 2刘洁.建筑天然采光口的设计分析D.北京建筑工程学院，2012. 3杜峰，刘辉.建筑的天然采光与遮阳设计J.住宅科技，2005（12）.
