浅谈建筑设计中自然光的运用

郭星光 陈丽君

【摘要】本文通过分析自然光的作用，以及自然光与建筑设计的关系，综合这些因素，阐释了在设计建筑时利用自然光的有效手段。

【关键字】自然；建筑；建筑设计；自然光

中国古典文学家刘熙载曾经提出：“书当造乎自然。蔡中郎但谓书肇与自然，此立天定人，尚未及乎由人复天也。”这里说明的是艺术的起源是从自然发源，由自然决定的，艺术家创造审美意向应该回归自然，而不露人工的痕迹。而“造乎自然”也并不是照抄自然，而是经过创造而回归自然。只有“极炼”才能达到有如“不练”的境界。在建筑设计中这样的观点最适用不过，好的建筑应与自然结合，才能产生意想不到的建筑奇迹。而自然光是这一奇迹中不可缺少的条件。

1.光的作用

光给我们温暖，我们充分享受着自然光带给我们色彩斑斓的世界，光照对人视觉功能的发挥着极为重要的作用，因为没有光就没有颜色和明暗的区分，也不会看到世间的美好。光不仅是人对视觉、物体形状、空间色彩的生理的需要，而且是美化环境必不可缺少的物质条件。光照可以形成物体的轮廓，又能区分空间。我们根据空间、物体对采光需求的不同对光照进行人为的控制，以求达到不一样的光照效果，针对同样的物体，如果采取不同的光照形式，不同的角度、位置、方向，不同的采光强度，也可以获得多种多样的视觉效果。

2.建筑设计中自然光设计的技术因素

2.1建筑材料

（1）材料受光特性。除了直射阳光， 自然光都要经过不同材质的透射、折射和反射才能有所察觉。在这个过程中， 材质被赋予了光的不同性格， 同时光也充分地表现了材质。根据材料表面的光滑程度和材料的透光度不同， 光照射到一般建筑材料的表面会产生反射和透射现象。

（2）光表现材料的本性。表现材料的本性是建筑设计的重要内容之一。设计师的任务是制造一种最合适的光环境， 将材料的本性和魅力淋漓尽致地表现出来。所以， 路易斯·康问砖：“ 你想成为什么？” 赖特则声称：“ 我开始懂得把砖看成是砖， 把木看成是木， 把混凝土、玻璃和金属看成是它们本身。” 每一种材料都有不同的特点， 都有自身的语言， 材料的本性决定了它有属于自己的最佳构造方式和质感表达。

（3）光表现材料的质感。材料的质感是使建筑耐看的重要因素。细部呈现之处即是材料本性流露之所。材料细部的表达需要均匀漫反射光， 均匀漫反射光的特点是反射光线向各个方向散开。因此， 无论从哪个方向都可以清晰地看到材料表面的细节。这样， 材料的天然面貌就被充分地表现出来。材料的凹凸赋予建筑的表皮以雕塑感， 使体量细分到可以触摸的尺度。在漫反射光下， 材料的这种变化得以充分的表现。罗中立工作室分别采用了拉毛抹灰、鹅卵石和页岩三种漫反射材料， 拉毛和鹅卵石被采用到外墙上， 形成了两个凹凸变化的层次。鹅卵石造就了较大的起伏感， 而拉毛抹灰则产生出细致的凹凸效果。页岩在坡顶上呈现出清晰的裂纹。这些变化离开漫反射光则无法被充分地展现出来。材料的色差和纹理变化是材料的天然性能。色差与纹理变化丰富了材料的表现力。它们可以借助简单的构造方式产生出丰富的图案效果， 使平板的墙面变得富于生气与活力。

3.利用现代科技手段充分运用自然光

现在科技的发展让自然光得到了充分的运用。生态建筑利用自然光的设计过程中，针对其各自理想的供能系统，不仅可以为照明设备供电，还能减少火力发电产的污染，起到保护环境的作用。在生态建筑设计体系中，对设计原则的分析和把加强环境绿化这一原理运用到设计领域中是我们应该具有的设计意识。

3.1光热的收集和储存

蓄热墙方式：利用南向垂直集热蓄热墙吸收穿过玻璃采光面的阳光，通过传导、辐射及对流，把热量送至室内。墙的外表面涂成黑色或某种深色，以便有效地吸收阳光。集热蓄热的形式有：实体式集热蓄热墙，花格式集热蓄热墙，水墙式集热蓄热墙，相变材料集热蓄热墙，快速集热墙等。值得一提的是最近几年来在发达国家已出现了发展水平相当高的“零能房屋”，完全由太阳能光电转换装置提供建筑物所需要的全部能源消耗，真正做到了无污染，零排放的生态建筑体系，它也代表了建筑发展的一个方向，为生态建筑建立了良好的开端。

3.2 热能的传递

对流传热是热传递的一种基本方式。热能在液体或气体中从一处传递到另一处的过程。主要是由于质点位置的移动，使温度趋于均匀是液体和气体中热传递的主要方式。但也往往伴有热传导。通常由于产生的原因不同，有自然对流和强制对流两种。根据流动状态，又可分为层流传热和湍流传热。利用热体或者是气体的对流传送热能，也可以利用机械辅助对流，冬季可以将位于屋顶的太阳能集热器聚集的热空气吸收到房间的地板处，并通过地板上的气孔进入室内，这樣就实现了利用太阳能采暖的目的，此后利用热原理实现气体在房间的循环。

3.3 导光管法

用导光管将太阳激光器收集到的光线传递到建筑中需要采光的地方，如中国建筑科学院已经通过无窗厂房和地下建筑的自然采光研究成果，就是这样的方法进行自然光的采集。能在室内的阳光下休息、在室内的阳光下办公、在室内的阳光下看书学习、在室内的阳光下用餐……而且导光筒可以安装在屋顶、地表、侧墙任何能采到光的地方。导光筒顶上的采光器能过滤掉了阳光中很大部分的有害成份紫红外线，同时对太阳光中的具有放射性的射线也进行了排除，给人类提供了安全阳光新概念，不用担心在阳光下皮肤会变黑和灼伤、人体缺钙，也不用为夏天强烈的紫外线辐射而担心。它的工作原理是将室外的自然光线通过采光罩引入通风系统，经特殊制作的光导管道传送从系统底部的漫射装置把自然光均匀漫射到室内每一个角落。

3.4 棱镜组多次反射法

用一组传光棱镜将集光器收集的太阳光传送到需要采光的部位。如美国加州大学的贝克利实验室提出用于解决一座十层大楼的采光问题的方法，澳大利亚用这种方法把光送到房间10 米进深的部位进行照明，英国用于解决地下和无窗建筑的采光等，都受到了比较好的采光效果。这些科技手段让自然光得到了充分的运用，而且不会对环境造成危害，为生态建筑的发展奠定了良好的基础。

一提到自然采光设计， 很多人会不自觉地把它与建筑物枯燥的数据、单位等联系起来， 认为经过自然采光设计的建筑物通常会象工业厂房一样单调、机械、乏味， 缺乏建筑艺术魅力。其实，这是一种理解的误区。经过自然采光设计的建筑并不一定都具有较高的艺术价值， 但自然采光设计至少不应该成为阻碍体现建筑艺术美的因素。事实上在对建筑空间的功能性和艺术性具有全面认识的基础之上， 通过对适当的采光器和遮光器的选用， 建筑师完全可以在自然采光设计中选用， 同时营造出艺术价值较高的室内空间及立面造型。如建筑大师赖特设计的罗比住宅的挑檐宽大、厚重， 能够为西部开阔草原上的独立式住宅遮挡照射角度较低的、强烈的直射阳光， 白色的出挑阳台能够为室内的空间提供充足的反射光线， 同时深色的挑檐和浅色的阳台构成强烈的水平线条， 与烟囱等竖直构件形成了鲜明的对比， 仿佛是结实地从地中生长出来一样， 体现了有机建筑的艺术魅力。

参考文献：

[1] 胡永东.对生态建筑的认识及设计要点[J]. 工程与建设，2006（2）.

[2] 葛盛.关于生态建筑的认识与思考[J].山西建筑，2007（05）.

[3] 陶云桥.将自然光引入建筑设计中[J].建设科技（建设部），2006（4）：57-58.