关键词：建筑设计 自然光 应用 优化
前言：随着我国城市化进程的不断加快，城市土地资源日益紧张，而建筑行业发展带来的巨大经济效益受到了人们的广泛关注，但是建筑设计、施工、应用问题也逐渐突出。人们对于生活工作环境品质要求的提高，建筑平面核心区域的人工照明设备数量不断增长，据相关调查研究结果显示，这样造成了建筑能耗的大幅增长，人工光源照明能耗占据了建筑全年总能耗的20～30%。所以，基于节能低碳发展背景下，需就自然采光技术的合理应用进行深入探究。
一、建筑设计中应用自然光的意义
1、自然采光与节能减排
就建筑理论和行业发展的多年经验来看，很多建筑对于采光井安排、庭院布置以及建筑体量的控制的相关理论不断完善，优秀实践经验不断积累。为了创造更加舒适的室内环境，人们积极探索自然采线方法。但是电气照明时代的来临，
人们在封闭和相对狭小的建筑空间内过度依赖人工照明，使得自然采光逐渐被忽略，一味地通过照明设备的合理使用营造良好的室内光照效果，造成了能耗的增加。为此，需要注重自然光线的利用，实现节能减排目的。但是，自然采光本身不能节约能源，而是需要增加自然采光减少人工照明能耗。因为自然采光的引入可以减少人工照明产生的热量，可以抵消空调设备热量能耗。
2、自然采光与人体健康
自然采光对于环境保护和节能具有重要意义，对于维护人体健康、提高人们的生活工作积极性也有一定的影响。在建筑发展史中，建筑物长期以来自然采光为人们提供光明，直到电力时代的到来，建筑的高度和进深增加，甚至很多建筑远离窗户洞口区域，尽管无窗空间的利用率较高，但是对电力设备的依赖性也更高。在这种长期没有阳光和密不透风的建筑中生活与工作，会增加抑郁症的患病几率，或出现其他不健康症状。因为人们不能长期感受到外部自然环境变化，持续处于“生物钟黑暗”状态下，降低了人们的生存质量。
3、自然采光与建筑设计
自然采光具有诸多优势，若设计处理不当则会引发蝴蝶效应。因为自然光具有不稳定性，所以过多或者是单一采用自然光，则室内的照度不能得到保障，容易造成眩光、室内热量的大量积聚等问题。但是也正因为自然光具有不利之处，设计人员在设计过程中更加偏爱于稳定度高的照明设备，忽略了自然采光设计工作。从很多优秀的建筑设计案例来看，建筑的合理设计和技术手段的合理使用可以保证建筑内部光环境的稳定与均匀，建筑的形态和外立面也更富有层次感。
二、自然光在现代建筑设计中的应用
1、自然采光的整体设计
①建筑朝向。建筑朝向的选择受到气候变化、地理环境和城市规划等多种因素影响，为此朝向的确定需要根据建筑工程的实际情况进行。如在寒冷的冬季，需要引入充足的自然光线，通过太阳辐射才能为建筑内部提供充足的任亮，但是在炎热的夏季，则需要减少室内的自然光线。同时，需充分利用当地的主导风向优势，夏季可以通过自然风释放适量，而冬季也可以抵抗外部冷空气的进入。建筑朝向的设置也需要适应地形。通常情况下，我国家族和夏至日南偏东及偏西60°朝向范围内日照时间均大于8h，而冬至日南偏东及偏西30°朝向范围内日照的时间十分充足。需注意的是，日照的西晒会造成西向房间室内温度过高，应控制在南偏西45°内较为适宜。②建筑群体间距控制。建筑群体间距控制的主要目的是避免建筑物相互遮挡问题的产生。前后相邻建筑物设置，为保证北侧建筑的日照，需控制南侧建筑与北侧建筑的间隔距离，这也就是日照间距。依据日照标准确定的日照间距和遮挡计算高度的壁纸也就是日照间距系数。日照间距系数和各地区的太阳高度角密切相关，若太阳高度角较大，则日照间距的系数就会越小。该系数客观反应了当地建筑间距和建筑高度的控制标准。③建筑体量控制。在总平面设计中，在确定以上参数后，需要进行建筑主体的整体形态设计，通过建筑体量的控制平衡场地关系，保证建筑与环境的和谐。一般体量较大的建筑且集中分布，则获得良好光照的难度较高，而进深较深的建筑距离窗口较远，所以大体量集中式建筑物需采用分散式的布局方法，对大体量进行分化，增加建筑和外界接触的表面面积，从而提高进入建筑内部的自然光亮。
2、细部设计
2.1窗体设计。在建筑整体设计结束后，需要在建筑顶部或者是墙体上合理布设孔洞，引入自然光线，如图1所示。①天窗采光。依据空间流线性的不同天窗采光的方式也有所差异，可将其分为点状、线状以及面状。点状设计适用于面积较小的建筑。房间长细比的增加，使得空间整体流动状态呈现为以长边为主导的特征，此时采光带需要与建筑内部流线保持一致，提高引导性。对空间较大的建筑，可以采用整体性的采光顶。对于公共空间面积较大的建筑，可以覆盖在整体性采光顶上方设置遮挡物，建构半室外的空间效果。②侧窗采光。侧窗采光的优势主要是自然采光充足，且自然通风条件较好，也可以营造良好的自然景观效果，可控性较强。侧窗依据位置的不同可分为低侧窗、中侧窗和高侧窗。低侧窗为地面光线反射提供了有利条件，将光线引伸至建筑室内。中侧窗均设置与景观效果较好且通风、采光俱佳的位置。高侧窗强化了空间的私密性，将人的视线提高，加强了室内与天空的联系。高侧窗一般设置与墙体的上不，直射自然光线，可将自然光线引至室内深处。
2.2天花与墙体构造设计
从窗口的中央位置望向窗外，则天空的上边缘和下边缘形成了一定的夹角，即天空垂直角，可以反映室内看到室外的景色程度。天空垂直角与窗口的进光量为正比关系。当天窗和墙体呈为钝角倾斜状态，与直角相比，天空的垂直角更大，从天空进入室内的自然光线更多。在天花或墙体位置，可以按照图2形式设置窗口开洞，这样可减少对自然光线的遮挡。
2.3技术措施
这里以遮阳设计为例进行分析。在夏季，窗口的进光量较大，使得辐射过大，室内温度过高。当强光从窗口进入室内，进窗部位的亮度较高，会引发人体不适。为此，需安装遮阳设施。遮阳设施可以分为室外遮、室内遮和中间遮阳。室外遮阳隔热效果较好，遮阳构件和采光玻璃间形成了一个缓冲区域，有效控制了进入室内的热辐射。建筑内部遮阳设施有百叶帘、卷帘，安装使用便捷。中间遮阳多设置与双层或者多层玻璃幕墙的中间，综合了前两种技术的优势，提高了遮阳设施的使用寿命，也形成了热量缓冲的空气间层。
三、自然采光在建筑形体上的优化策略
1、建筑平面形式优化
所谓建筑平面形式优化就是采用专业的软件对当地太阳光进行模拟计算，从而优化组织增加室内的进光量，也可以增加建筑空间与外部环境的接触面积，有效引导自然光照的渗透。对于建筑分布密度较大的城市，建筑位置的调整难度大，对此，需要调整建筑自身形态，最大程度地获得自然采光量。例如，可以是建筑平面旋转或者是扭曲，按照太阳光照射角度的变化进行设计，保证24h内建筑内部均有光照。
2、建筑剖面形式优化
建筑剖面形式优化主要是从剖面形式、建筑层高、进深比例控制和适宜的墙体构造方法实现的。据研究，矩形剖面形式与曲线剖面形式采用的自然采光方法不同，在矩形剖面中，均是在顶层设置天窗，而下层采用侧面采光。在曲线或者是折线剖面中，每个楼层均可以通过顶部采光形式扩大楼层的采光面积。
结束语：
综上所述，建筑设计中自然光的应用方法较多，需要依据建筑所处区域的自然气候环境和建筑发展现状进行设计，对建筑朝向、楼层、布设位置等进行合理设计，并依据建筑的形状等采用适宜的采光方法，从而减少人工照明设备数量，节约能耗。
参考文献：
[2]任欣，赖思琦.绿色建筑策略在四川新农村低技术住宅设计中的应用性研究[J].安徽建筑，2016.
[3]邵红敏.光影在建筑设计当中的应用研究[J].人间，2015.
论文作者:黄婧
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/8/7
标签：建筑论文; 采光论文; 自然论文; 自然光论文; 日照论文; 室内论文; 遮阳论文; 《城镇建设》2019年第10期论文;