天然采光在建筑设计中的误区

全 利，何 荥，陈彦君

(1.重庆建筑工程职业学院，重庆 400039;2.重庆大学建筑城规学院，重庆 400045）

0 引言

从人类利用能源的角度讲，太阳能是取之不尽，用之不竭的清洁能源。除太阳辐射热外，太阳还为人类提供了巨大的天然光能，而在建筑中充分利用天然光，能够显著地减少能耗和运行费用;同时利用天然光，减少了电光源的使用量，相应减少了电力消耗和相关的污染。再者，相关研究表明天然光比人工光更能满足人的心理及生理的需求，并能营造更为健康和兴奋的工作环境，可显著提高工作效率;并提高学生阅读速度及考试测试成绩。

随着我国构建节能减排社会及可持续发展目标的提出，天然光的利用更加引起建筑师的广泛重视。而天然光利用最简单的方法就是通过天然采光在白天引入天然光照明建筑空间，而减少电光源的使用量，从而在仅花费较少电能消耗费用的基础上，就可提供令人愉悦的光照环境(图1）。此外，天然采光还可使得室内室外有一个合理的交流与互换。

图1 图书馆采光

中国现行采光设计标准GB/T 50033—2001中主要以采光系数作为采光标准，同时在建筑采光设计时推荐使用窗地面积比作为采光设计的参考。

一个良好的采光设计应是从整个建筑来综合考虑的采光方法，不仅应减少人工光的需求，而且减少(至少不增加）由于灯具发热而引起的建筑制冷负荷。因此采光设计工作不仅应满足采光设计标准中规定的采光系数或窗地比的要求，而且还应综合考虑室内照明水平、亮度对比和眩光控制等照明质量的要求，更要减少因室内照明产生热量而引起建筑冷负荷的增加，这将是一个综合的设计工作。

为了达到这个目的，科研工作者探索建立一整套能够综合描述良好采光设计的技术指标，但至今为止采光设计技术指标仍不太成熟，也缺乏有效的宣传与推广，这导致大多数的建筑师在建筑设计过程中对预期的采光节能目标缺乏了解，从而对天然采光设计产生了畏惧和误解。因此针对建筑师在采光设计中存在的误区和困惑进行分析与研究，将会促进天然采光设计在实际工程中的运用，进而节约能源并促进节能减排。

1 天然采光的误区

综合建筑师在天然采光设计中遇到的一些困惑，总结了10种天然采光设计中常存在的误区进行分析研究。指引建筑师消除对天然采光的误解，从而在建筑设计中采用合理的技术手段，正确运用天然光。

1.1 天然采光会增加造价

如果综合考虑采光、节能等多方面因素设计，那么良好的天然采光不仅不会增加建筑造价，而且还会大大降低后期维护运行费用。而正确利用天然采光手段利用天然光能在引入外界天然光的同时，几乎不会产生任何的热量，这也是目前国外流行的“冷采光”设计方法(图2）。

图2 导光管引入天然光

冷采光是一种从整个建筑来考虑的真正的采光方法，不仅减少人工光的需求，而且减少(至少不增加）制冷负荷的采光建筑。制冷负荷主要来自由光、设备、人体及阳光所产生的热，通常在现代办公建筑中因为人工照明产生热量而引起的空调负荷占到建筑总能耗的40%～60%。天然采光减少了电光的需要，并且相应地减少了由电光源所产生的热量。当结合高性能玻璃和室外遮阳设施的综合冷采光设计，可以减少从建筑外表皮获得的太阳辐射热。从总体上说，这些减少的热负荷常常会减少建筑中相应制冷系统的负荷量，这将降低空调系统的初始安装费用及运行维护费用，而这部分降低的费用足以弥补天然采光改善而增加的建造费用。

1.2 天然采光是复杂的系统

天然采光系统已经广泛地运用于大多数的办公、商业及教育建筑。相关研究报告及成果也介绍了经过长时间验证的采光技术，这些采光技术的运用可显著提高采光效果。而这些采光技术是可以很方便地复制并用于相类似的建筑上。而这样做的结果是节约了可再生的能源，减少了设计时间并降低了投资风险。这种复制的方法可用于学校、办公室和工厂等建筑(图3）。

图3 办公空间采光

1.3 天然采光导致太多的热量

正确的采光设计能在获得能满足大多数工作的500 lx光照度的同时屏蔽99%的太阳辐射热。500 lx的光照度通常能满足大多数的工作环境照明要求，而人工照明要达到相同的照度需求需要消耗大量的电功率;我们知道常用的高效电光源的光电转换比也是低于20%，其他电能都转化为热能，因此天然采光的光热比远好于甚至最高效的电光源。

1.4 天然采光导致眩光

眩光通常发生在当太多光线进入建筑时，这种情况在传统的采光建筑(如办公建筑等）中几乎所有时间都可能发生，因此为了遮挡太多光线的进入，大多数的办公建筑窗户的窗帘几乎都是密闭的(图4）。事实上，良好的天然采光在引入天然光的同时也遮挡了过量的天然光，并减少了眩光的产生。

图4 窗帘遮光

1.5 提高照明及暖通空调的效率比采光设计更节能

照明和制冷能通过多种设备达到，要节约能源消耗，提高两者效率是好方法。但是事实上，最好的方法不是提高照明及暖通空调的效率，而是减少电光源和制冷的需要量，良好的采光设计能做到两者兼顾。自然光的使用能减少安装电光源的数量(当然应满足夜间照明的使用要求）。

较少的电光源意味着较少的光源热量产生，也意味着减少了空调的制冷负荷，也就降低了空调的能量消耗。

1.6 采光建筑需要清洁的玻璃窗

清洁的玻璃窗引入了太多的光线，远远超过室内照明的需求量。阴天中午室外照度为8000 lx～20000 lx;晴天中午在阳光下的室外照度可高达80000 lx～120000 lx，而室内办公空间仅仅需要500 lx的光照度。

因此室内引入太多的光会导致眩光和“洞穴效应”，即房间背后看起来比其他表面黑。为了减少眩光和“洞穴效应”，人们通常关闭百叶窗或拉上窗帘，并且点亮悬挂的顶灯来减少房间对比。

而良好的采光设计使得天然光在减少眩光的同时能降低顶部电光源的使用量。

1.7 天然采光就是天窗采光

在封闭的走廊或非常深的空间中，可利用天窗采光来实现采光要求。窗户的位置和尺寸影响采光效率;天窗和靠近墙面顶部的成排小窗口，可在屋顶产生自然发光，这模拟了天空自然发光，可取得良好的天然光采光效果。但是绝不能认为天然采光就是天窗采光，因为在许多建筑中，如学校和办公室，侧窗户可以提供大多数的采光需要，并且降低了采光成本。

1.8 天然采光需要阳光和晴天

前面已经提到全阴天中午室外照度为8000 lx～200001x，这是室内工作所需要采光照度值的几十倍。而且全阴天空以散射光为主，光线更加柔和且没有方向性，因此阴天是比晴天空更加好的天然采光光源。

天然采光最具有挑战性的是在有太阳直射光的情况下如何获得舒适的天然采光环境。由太阳直射光和天空光所产生的高照度远远超出了室内环境所需要的照度需求，因此这些光线必须减少并被控制，以获得适宜的采光照度要求及良好的光环境质量。

1.9 只有一种正确的采光方法

经过多年的发展，现有采光技术是多种多样的，这依赖建筑位置、建筑层数、建筑朝向和建筑使用要求，因此针对同样的采光要求可以有不同的实现技术手段。

而现有成熟的采光技术可以满足各种具有不同用途的建筑采光要求，不管该建筑是工业厂房、货仓、学校、办公室、美术馆或政府建筑。

1.10 全玻璃建筑就是采光建筑

事实上全玻璃建筑并不能提供良好的天然采光，因为他们会使得建筑在夏天变得太热，在冬天变得太冷，并且会有大量的眩光问题出现(图5）。

图5 全玻璃建筑

在有效设计的采光建筑中，窗户通常占到外维护结构表面面积的25%。通常，良好采光建筑中的窗户面积并不会与非采光建筑窗户面积有很大的不同。良好的采光建筑依靠正确的窗户位置设置及窗户性能特点来获得良好的采光性能，如大面积的采光口可使用可穿透可见光和低太阳能热增益系数的玻璃，以减少进入室内的太阳辐射热，降低室内空调负荷。

2 小结

一个良好的天然采光在节能的同时还能创造出优美的、适宜的光照环境。而一个成功的天然采光建筑是结合艺术和科学、建筑和技术的综合体;它也是一个综合设计流程的结果，而不是简单的，直接安装在建筑上就完成的一种技术手段。其实采光设计一直是艺术与科学的综合体，气候和地理区域，建筑类型和建筑朝向都是天然采光的重要影响因素。因此良好天然采光技术的推广，对我国构建节能减排社会及可持续发展目标的实现具有重要的意义。

［1］陈仲林，唐鸣放.建筑物理(图解版）［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009

［2］［EB/01］http://www.daylighting.org/

［3］GB/T 50033—2001.建筑采光设计标准［S］

［4］黄海静，陈纲.建筑采光节能设计的整体思维［J］.重庆建筑大学学报，2007(04）

［5］王爱英，时刚.天然采光技术新进展［J］.建筑学报，2003(03）