姚江+李憲鋒

摘 要：大量的建筑實(shí)例表明，相對于空間需求而言，采光的實(shí)用性功能往往容易獲得人們認(rèn)可，但在精神需求方面卻往往很難以簡單的方式得以實(shí)現(xiàn)。光與影在室內(nèi)外成功的運(yùn)用所產(chǎn)生的視覺藝術(shù)效果，不僅能滿足實(shí)際的使用功能，又可以帶給人們愉悅的精神感受。自然光線不僅可以為建筑提供理想的照明效果，通過建筑形式對它加以控制和利用后，還可以解決建筑空間的采暖等問題，實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能目的，這是當(dāng)今建筑采光設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：建筑藝術(shù)； 照明設(shè)計(jì)； 自然光； 環(huán)保節(jié)能；環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)

中圖分類號：J59 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

自然光是取之不盡、用之不竭的綠色能源。在進(jìn)行自然采光設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)用技術(shù)調(diào)節(jié)或關(guān)閉部分人工照明設(shè)備，達(dá)到節(jié)省電力的目的，這樣不僅減少了照明設(shè)備向室內(nèi)散熱，同時(shí)也節(jié)省了空調(diào)運(yùn)行的電力。自然光對室內(nèi)的照射在增加室內(nèi)照度、節(jié)省照明用電的同時(shí)，也會使太陽輻射的熱量增加?，F(xiàn)代室內(nèi)照明設(shè)計(jì)中過度依賴人工照明，這不僅阻礙了人與大自然的聯(lián)系，也造成了極大的能源消耗，同時(shí)給人類健康帶來了各種隱患。從建筑節(jié)能角度來講，室內(nèi)自然采光設(shè)計(jì)是建筑節(jié)能中極為重要的內(nèi)容，但至今尚未引起我國建筑行業(yè)和室內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)的足夠重視。

一、建筑形式與自然采光

照明設(shè)計(jì)大師路易斯·康曾說：“自然光是唯一能使建筑藝術(shù)稱之為藝術(shù)的光。”太陽光沿著建筑形式的變化而流動，建筑影像跟隨自然光的流動而改變，貝聿銘的伊斯蘭歷史博物館完美展現(xiàn)了這一設(shè)計(jì)理念。建筑體量、建筑平面規(guī)劃、建筑剖面和建筑外墻體的虛實(shí)都是基本的建筑形式因素，在自然采光設(shè)計(jì)中，這些建筑形式都對采光起著基本的決定因素。不論是從建筑的自然采光效果，提高室內(nèi)的視覺舒適度，還是從解決建筑內(nèi)部的某項(xiàng)功能性任務(wù)來講，建筑形式都是與采光過程緊密相連的。

我們必須首先明確建筑進(jìn)行自然采光的目的（照明、被動制冷或被動供暖）以及所需要達(dá)到的內(nèi)部視覺效果，在明確設(shè)計(jì)目標(biāo)后再進(jìn)行物質(zhì)層面上的建筑形式與采光關(guān)系的探討。基本的建筑形式是由建筑體量、建筑平面規(guī)劃、建筑剖面和建筑外墻體來構(gòu)成的。建筑內(nèi)部空間自然采光的主要因素是對采光方式的研究，采光方式?jīng)Q定了建筑空間光的照度范圍和方向，從原則上講，所有的建筑采光方式應(yīng)依據(jù)建筑空間功能的不同要求而設(shè)定。形式的主旨是對本質(zhì)的具體化表現(xiàn)，它由各種不可分割的元素組合而成。形式的構(gòu)建往往先于設(shè)計(jì)，形式引導(dǎo)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，因?yàn)樾问绞前盐崭黜?xiàng)元素之間關(guān)系的紐帶。建筑形式的設(shè)計(jì)在很大程度上對自然采光設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性產(chǎn)生決定性影響。建筑形式的構(gòu)建必須以明確的自然采光原則和準(zhǔn)則為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，從確定采光的內(nèi)容和目的著手設(shè)計(jì)。

二、建筑物體量與自然采光

隨著人工照明的出現(xiàn)及大量普及，建筑對自然光照的需求變得明顯降低，由于不再受自然采光設(shè)計(jì)的約束，大進(jìn)深的建筑空間，大體量的建筑規(guī)模開始出現(xiàn)，同時(shí)也導(dǎo)致了建筑物內(nèi)部與外界自然環(huán)境、自然景觀之間的聯(lián)系減少以及自然光照的缺失和自然通風(fēng)的阻塞。雖然人工照明可以為建筑空間提供優(yōu)質(zhì)的照明效果，但卻無法取代自然光給人的生理上帶來的積極作用，導(dǎo)致的結(jié)果是建筑能耗的急劇增加和各種心理及生理疾病的產(chǎn)生。沒有自然光，一個(gè)空間就無法成為真正的建筑。隨著自然光的射入，自然光通過一天不同時(shí)間段和一年中的季節(jié)更替所產(chǎn)生的微妙變化，對建筑空間進(jìn)行光照度的明暗、冷暖調(diào)節(jié)，為建筑空間提供了豐富的視覺感受和變換的意境。為保證建筑空間的各部分都可得到的自然光的照射，在建筑物的體量與建筑平面、剖面設(shè)計(jì)方面應(yīng)進(jìn)行合理的控制。小體量的建筑物較適合采用雙側(cè)或多側(cè)采光，而體量巨大的建筑則可以利用垂直采光井、內(nèi)部庭院以及采光門廳等設(shè)計(jì)手法來保證建筑物內(nèi)部的自然采光。在中國南方夏季溫度較高，控制室內(nèi)溫度是節(jié)能的首要工作，在建筑設(shè)計(jì)上宜采用小面寬大進(jìn)深的構(gòu)建格局；北方冬季漫長寒冷，節(jié)能以室內(nèi)保溫為主，建筑體量宜采用長寬比大（即大面寬小進(jìn)深）的建筑格局。從自然光的采光角度考慮，隨著建筑進(jìn)深的增加內(nèi)部光線會越來越弱，因此一方面建筑進(jìn)深不宜過大，另一方面盡可能減少空間內(nèi)的隔墻對自然光線的遮擋，以確保采光照度值和光照均勻度。所以在構(gòu)建建筑體量時(shí)應(yīng)兼顧內(nèi)部空間光熱環(huán)境的節(jié)能需求，最終計(jì)算出最佳的長寬比值。

三、建筑平面、剖面規(guī)劃與自然采光

建筑的平面、剖面設(shè)計(jì)方案，在很大程度上決定了陽光入射到建筑室內(nèi)的角度、深度和廣度，同時(shí)也確定了建筑物內(nèi)部空間的光照模式，進(jìn)而確定建筑外部遮陽設(shè)施的制式和懸挑規(guī)格，因此，建筑物平面與剖面的設(shè)計(jì)可以描述照明的序列關(guān)系以及室內(nèi)外之間的相互聯(lián)系。甚至還可以研究光照在內(nèi)部空間所形成的氛圍和性質(zhì)。要使建筑內(nèi)部空間獲得充足的自然光照并形成恰當(dāng)?shù)淖匀还庑再|(zhì)，房間的進(jìn)深和高度就成為自然采光設(shè)計(jì)所受到的限制因素之一。自然光線從室外入射到室內(nèi)，建筑單項(xiàng)側(cè)面采光建筑在自然采光上面臨的最大難題就會顯現(xiàn)，那就是光照量會從入射口向室內(nèi)深處迅速衰減。若在設(shè)計(jì)上采用雙側(cè)或多側(cè)采光，就可以在很大程度上提高室內(nèi)的光線射入量和光照分配量。由于這些方法都是從周圍墻壁或周邊空間進(jìn)行采光設(shè)計(jì)，把自然光線引入室內(nèi)，所以建筑的進(jìn)深成為采光設(shè)計(jì)的主要因素。而屋頂采光則可以將自然光線引入到建筑內(nèi)部的幾乎任何位置，所以，建筑物的高度就成為影響建筑物底層部分采光的更重要因素。房間的進(jìn)深和高度還會影響到建筑的窗戶、天窗的具體位置及大小。建筑的表面形式經(jīng)過確定功能的采光設(shè)計(jì)后可以儲存、反射、過濾，甚至按照設(shè)計(jì)的需要改變光線照射路徑，重新分配自然光。通過建筑立面窗戶位置的選擇，可以調(diào)節(jié)和控制自然光的入射形式及效果。

四、 基于光導(dǎo)向系統(tǒng)的日光偏轉(zhuǎn)技術(shù)

依據(jù)平面鏡或棱鏡反射原理的日光偏轉(zhuǎn)技術(shù)，通過對太陽光線更為靈活，更為智能的應(yīng)用，可以達(dá)到光線的最優(yōu)化應(yīng)用。它包括建筑采光節(jié)能設(shè)計(jì)和熱工節(jié)能設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，建筑采光節(jié)能設(shè)計(jì)要求將自然光有效引入室內(nèi)，不但滿足了視覺實(shí)用方面的功能需求，同時(shí)達(dá)到了節(jié)省室內(nèi)照明用電的功能。

英國環(huán)境部門的一項(xiàng)研究表明，由于高檔的辦公建筑外墻多采用防曬玻璃和垂直遮光簾，阻擋或消除了外界的自然光照，導(dǎo)致了室內(nèi)對人工照明需求的增加，而建筑物內(nèi)部的照明系統(tǒng)要比供熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)消耗更多的能源，這項(xiàng)研究清晰的表明了一個(gè)觀點(diǎn)：提高自然光的利用率可有效降低建筑能耗。日光偏轉(zhuǎn)技術(shù)可有效同時(shí)解決建筑物內(nèi)部的視覺舒適度要求和熱舒適度要求。日光偏轉(zhuǎn)的目的和用途就是通過影響入射光線的方向從而改變光線的強(qiáng)度，所以日光偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)防護(hù)和供給兩種功能。由此可見，日光偏轉(zhuǎn)技術(shù)的工作原理就是以一種可控的方式使自然光進(jìn)入建筑物內(nèi)部或?qū)⑵浞瓷浠乜罩?，它的物理依?jù)是平面鏡或棱鏡對光線的反射原理。一般情況下，日光偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的安裝位置多位于建筑物的玻璃頂棚或外墻，根據(jù)系統(tǒng)與建筑物本身的聯(lián)系又可以分為安裝于建筑物外部，內(nèi)部或集成于隔熱玻璃內(nèi)三種安裝方式。若太陽位置較高，則回復(fù)技術(shù)適用于建筑物的外墻，90%以上的太陽能量會通過光偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)向外墻偏轉(zhuǎn)，只有少量的室內(nèi)照明所必須用到的日光會到達(dá)室內(nèi)。當(dāng)太陽能輻射光線被回復(fù)反射而不是被吸收時(shí)，建筑物外墻的過度升溫現(xiàn)象就會避免。安置在建筑物內(nèi)部的光回復(fù)技術(shù)，通過對太陽光線和熱量的反射，可以將大約入射能量的50%偏轉(zhuǎn)回室外，由于有玻璃層，只有13%～26%的太陽能量進(jìn)入室內(nèi)。光回復(fù)系統(tǒng)集成在隔熱玻璃中，可以得到一個(gè)小于0.2的衰減因數(shù)值，較之室外遮陽所提供的熱能環(huán)境，可得到更理想的室內(nèi)熱環(huán)境。根據(jù)玻璃涂層的情況不同，90%的太陽能會被阻擋，最多會有7%～10%的能量以光和熱形式被傳輸進(jìn)來。目前，國內(nèi)在室內(nèi)采光中用的最多的是傳統(tǒng)的室內(nèi)遮光百葉窗，這種百葉窗雖然可以取得較好的遮光效果，但同時(shí)也會使一些積聚的熱量流進(jìn)室內(nèi)，導(dǎo)致室內(nèi)氣溫升高。尤其是在炎熱的夏季，這種百葉窗可以看作是一種熱吸收器和進(jìn)入室內(nèi)的空氣擋板，在阻擋了室內(nèi)與室外空氣流通的同時(shí)造成了室內(nèi)的氣溫升高。

五、結(jié)論

在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展這個(gè)大的社會背景下，無節(jié)制的向自然過渡索取的生產(chǎn)生活方式已走到了終點(diǎn)。自然采光設(shè)計(jì)是建筑生態(tài)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，對節(jié)能減排，降低大氣溫度，減緩全球氣候變暖有著積極的作用。自然光運(yùn)用僅僅是生態(tài)建筑中的一小部分，它體現(xiàn)著建筑外部和內(nèi)部環(huán)境之間的相互關(guān)聯(lián)性，這些因素最終是通過建筑形式來完成并產(chǎn)生實(shí)際意義，這樣不僅促進(jìn)了環(huán)境的協(xié)調(diào)，同時(shí)給生態(tài)設(shè)計(jì)提供了發(fā)展的空間。這是現(xiàn)代建筑得以持續(xù)發(fā)展的基本前提，是建筑生態(tài)設(shè)計(jì)的基本特征。也是向建筑師和室內(nèi)設(shè)計(jì)師提供一個(gè)新的設(shè)計(jì)理念切入點(diǎn)。（責(zé)任編輯：帥慧芳）