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摘要：建筑采光设计是建筑环境设计的一项重要内容，关系到建筑的观感舒适度以及建筑照明能耗。本文对建筑环境设计中常用的采光设计方法进行了介绍，并分析了建筑的自然采光设计以及光环境模拟技术的应用，为有关需要提供参考。
关键词：建筑；采光设计；自然采光；光环境模拟
引言
随着人们经济水平的日益提高以及建筑施工技术的快速发展，人们对建筑的环境以及能耗提出了更高的要求。如果在建筑设计中，充分利用相关技术进行合理的采光设计，使得建筑在白天可以利用自然光进行照明，则能有效节省建筑照明能耗，并能够提高建筑的舒适性。基于此，笔者进行了相关介绍。
1.常用的采光设计方法
1.1 优化建筑位置及朝向设计
我国位于地球的北半球，首先来分析一下在我国建筑物四个朝向的房间采光特点。南面会接受到更多的自然光照射量。北面主要依靠天空中的漫反射光来采光。东西两面随着一天当中太阳的位置不同，会先后受到阳光的直接照射，这正是东西两侧的房间为什么会比较刺眼和温度较高的原因。因此东西向的房间必须采取遮阳措施。因此面南背北是我国建筑的最佳朝向。特别需要注意的是寒冷地区由于纬度的关系，本身自然光照量会不足。因此建筑设计的时候应该重点考虑太阳高度角与建筑位置、朝向之间的关系，使建筑本身可以接受到更多的光能和热能。
1.2 中庭采光设计方法
在大型公共建筑中设计中庭可以有效地提高对自然光的利用，但是在设计过程中需要考虑中庭的空间形式、透明度、宽度和高度的比例等因素。当建筑的中庭高度远大于建筑宽度的时候，直射阳光是很少的，主要的光线来自中庭内部的反射和漫反射，这样就降低了建筑物对自然光的接受效率，与自然环境保持充分的循环交流，更贴近、回归自然。
1.3 采光天窗的设计方法
建筑中的天窗设计，就是在屋顶开窗，使屋顶不再是封闭式平面，这样自然光就可以通过屋顶进入室内。采用双层天窗设计的方法可以更加有效地提高自然光的利用。例如带有反射板的天窗，可以将阳光反射到天花板上，发散过度集中的光源，使建筑内部的光线更加柔和。当然，大型公共建筑的天窗设计更适用于大型建筑空间而一般不用于住宅类建筑。
1.4 建筑遮阳的设计方法
建筑遮阳就是对建筑物的窗口、屋面、墙面进行有效的遮蔽，降低阳光的直接照射。遮阳对于节约建筑空调、采暖用能源、减少夏季高峰用电、提高居住生活舒适度能够起到重大作用。
1.5 窗玻璃材料
采光设计需要特别考选择窗户玻璃的材料，最大限度地减少能源消耗，挖掘采光的潜力。不同的玻璃材料阳光反射比、投射比和传热系数是不同的，选择合适的窗玻璃材料可以在利用美观的玻璃幕墙的同时兼顾光热平衡。
2.自然采光设计
传统的自然采光设计粗放，过去设计师往往仅通过经验与平面图来评价采光设计的优劣，而效果只有在建筑物的使用过程中才会真正地表现出来。这样的采光设计容易造成使用效果的不理想和千篇一律的形式。实际上自然采光和多种因素密切相关，对一个成功的自然采光设计而言，建筑物的场地分析、平面和空间布局和采光方位都至关重要。不但要考虑建筑物的外部形式，同时还要考虑其内部空间的布局。内部的分隔设施，除非是玻璃做的，否则都回妨碍自然光的深入。只有在这些最基本的事项确定了以后，才能开始采光的布置和设计。随着现代计算机技术的迅速发展，采光设计可以应用光环境模拟软件来辅助进行采光设计。采光设计的主要目的是满足建筑各位置的亮度，以满足照明要求设计方法细化来说包括亮化周边、亮化核心和视觉和热环境舒适性。
2.1 亮化周边
目前建筑周边采光方式主要依靠侧窗采光。由于建筑所处地点和坏境的不同，建筑各个立面对采光的要求也不相同。因此在采光设计中应该根据当地环境选择适当的位置和朝向。
2.2 亮化核心
建筑中心区域往往是建筑重点功能性的场所，因此对于光照和温度的要求较高，尽管人工照明可以达到使用要求，但是往往这些地方能耗量也是最大的。采光设计的目的之一就是降低能源消耗。因此设计合理的中庭、天窗采光方式可以更多地应用自然光，减少人工设备的使用。
2.3 视觉与热环境舒适性
采光设计必须满足使用人员的视觉要求，兼顾光与热的耦合关系。过强与过热的光线都不利于舒适性。设计中可以通过遮阳和窗玻璃材料的选择来解决。结合采光设计因素之后的采光设计可以达到预期的设计结果。最终的设计结果同样可以通过其他技术手段来优化完善。随着现代计算机技术迅速发展，借助光环境的模拟工具可以在设计阶段就对方案进行模拟和优化，及时发现问题并修正。
3.建筑光环境模拟实例
3.1 建立建筑三维模型
三维模型定义了建筑的几何场景特征，是模拟中必不可少的基础数据。所以在建模前好好审视建筑。应认真考虑模型的复杂程度与模拟要求所在阶段的关联，建立相应三维模型如图1。
图1 光环境模拟三维模型图
3.2 设置材质和光源
（1）设置材质。材质描述了物体表面的光线进行交互时所表现出来的性质。镜面表面和漫反射表面在光线交互时表现出来的性质截然不同。在不同的光环境模拟软件中，材质的表示形式和设置方式基本色由镜面度、发射率和透过率等基本参数构成，因此在设置材质时应注意。
（2）设置光源。光源是建筑环境模拟中的重要影响因素，人工照明模拟中的光源是各类型灯具，在模拟软件中通过配光曲线来定义。自然采光模拟中光源是天空和太阳，可以通过天空模型来定义。
3.3 设置时间表和气象数据
（1）设置时间表。人员行为和采光照明控制对动态自然采光和照明能耗模拟影响非常大，而在光环境模拟软件中，人员行为以及自然采光和照明系统的控制策略都通过时间表体现，而通过各种时间表真实反映实际情况是光环境模拟的难点。
（2）设置气象参数。动态光环境模拟和综合能耗模拟需要使用气象数据，在建筑性能模拟领域中有多种气象数据格式，现在可以模拟晴天、全阴天、多云天等类型的光环境模拟，还能完成不同阶段下的日照模拟分析。表1 为光环境气象分区表。
户型01 南北通透，房间内部自然光充沛，户型01 南向主卧最低采光系数为1.20，北向次卧最低采光系数为1.80，北向书房最低采光系数1.23，客厅最低采光系数1.77，餐厅最低采光系数为1.45，厨房最低采光1.20，主卧洗手间最低采光系数0.67，客厅区域洗手间最低采光系数为0.82。
户型02 主卧最低采光系数为1.13，次卧最低采光系数为1.10，客厅最低采光系数为1.22，餐厅区域最低采光系数为0.71，洗手间采光系数最低值为0.93，厨房操作面最低采光系数为1.23。楼层楼梯间，电梯等候区域等位置采光系数相对较低，最低值为0.60。户型03 主卧最低采光系数为1.11，次卧最低采光系数为1.21，客厅最低采光系数为1.21，餐厅区域最低采光系数为0.71，洗手间采光系数最低值为0.76，厨房操作面最低采光系数为1.16。楼层楼梯间，电梯等候区域等位置采光系数相对较低，最低值为0.60。
户型04 南北通透，房间内部自然光充沛，户型04 南向主卧最低采光系数为1.13，北向次卧最低采光系数为1.62，北向书房最低采光系数1.22，客厅最低采光系数1.62，餐厅区域最低采光系数为1.49，厨房最低采光1.10，主卧洗手间最低采光系数0.83，客厅区域洗手间最低采光系数为0.78。户型01~04 所有主要区域最低采光系数均符合国家标准《建筑采光设计标准》GB/T50033 的规定。
4.结语
综上所述，建筑采光设计是建筑环境设计的一个重要环节，在建筑采光设计过程中，要充分结合当地的情况，采用合理的采光设计方法进行设计，从而为建筑提供足够的室内照明度，降低建筑照明能耗。其中，建筑光环境模拟技术能够有效辅助采光设计，可在建筑采光设计中推广应用。
参考文献：
[1]基于最新采光标准的寒地民居客厅采光设计[J].任洪国，李海红.建筑节能.2017（11）
[2]基于Ecotect的建筑遮阳采光节能设计优化策略[J].谢斌，胡望社，姚建政.建筑节能.2017（12）
论文作者:卢骏杰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/22
标签：采光论文; 建筑论文; 系数论文; 最低论文; 自然光论文; 环境论文; 中庭论文; 《基层建设》2018年第4期论文;