初探光导管系统在古建筑改造中的运用

张明辉 李莉萍

摘要：在越来越多古建筑修缮与改建的时候需要引入新兴科技，因此本文探讨在改造中为了解决室内采光等物理条件而导入的光导管系统，具体分析实际案例的优缺点与现有状况，参考已有研究进行论述。本研究对古建改造来说是一种新尝试与探索，为国内该项技术的提高提供参考。

Abstract： More and more ancient building repair and reconstruction need the introduction of new technology， so this paper discusses the light guide system used to solve the physical conditions such as indoor lighting， specifically analyzes the advantages and disadvantages of the actual cases and the current situation， and makes a discussion referencing to the existing research. This study is a new attempt and exploration to ancient transformation， which has provided references for the improvement about this technology in China.

关键词：光导管系统；古建筑；太阳能；物理环境

Key words： light guide system；ancient architecture；solar；physical environment

中图分类号：TU113.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）01-0111-03

0 引言

随着社会经济的发展，科学的进步，绿色建筑、节能技术等关键词逐渐被人们所熟知。其中，取之不竭的太阳能是被人们利用最多的，也是最清洁的能源。如何最有效地合理利用太阳能，是当今也是未来绿色节能建筑所关注的一大重点。

太阳能的利用方式很多，光电板发电、太阳能蓄热等等。老百姓使用最多的就是太阳能热水器了，每天早上只要放进凉水，在自然太阳的照射下到了晚上就可以舒舒服服的洗个热水澡了。太阳能的光能部分几乎只是透过窗户、门洞的方式，给屋内带来自然光，同时带入一定的热量，其使用效率还是很低的。为此，人们研究出很多新技术来更好地利用太阳能光能，光导管系统就是其中之一。

光导管照明系统，其工作原理是是通过采光装置聚集室外的自然光线并将其导入系统的内部，再经过导光装置强化和99%的高效传输后，由系统底部的漫射装置把自然光均匀地照射到室内任何需要光线的地方（见图1）。因为消耗的是太阳能这种可再生能源，同时减小了常规能源带来的环境污染，据统计能够节约20%-30%的建筑用电，对整个建筑节能有着重要的意义。

1 概述

我国正处于城市化高速发展的时期，当我们在关注于城市扩张和旧城更新的时候，历史沉淀形成的富有人情味的老城在“旧貌换新颜”的同时毁于一旦，取而代之的是“千城一面”的没有个性化的城市空间。

对于昆明，甚至对于云南来说，少数民族聚居，分布于山水之间，意味着不少的老房子，老房子就表示有这老房子的感情在里面。发展和更新对于云南人来说不陌生，但是云南人不会因为暂时的利益而忘记对老房子的情怀。于是，更多的老房子在历史的河流中留存了下来。

昆明虽然地处祖国西南部，但是它的老房子（见图2），其实和中国建筑的传统离不开，大多数还是院落，并且紧凑地建在一起，于是乎，从现代人角度来说，通风、采光就变成了一个需要重视的问题。

在一次课程设计①中，同样在解决老房子通风采光问题上，为了尽可能不破坏旧建筑的整体外观和结构，提出加入光导管系统，初次接触光导管系统，只是理论上将光导管运用在旧建筑改造之中。

2 思考

中国古建筑，不但具有悠久的历史，而且以它独特的风格和历史意义，在世界建筑史上占有重要地位。中国古建筑和其他一切历史文物一样，其价值就在于它的历史遗留性，不可能再生产、再建造，一经破坏就无法挽回。因此，在古建筑保护上面，我们都要特别的重视。

光导管系统作为新兴技术，构造简单，造价低廉，它的发展与利用才刚刚被人们所熟知，但是作为一种新事物，没有人能够站出来信誓旦旦地说这项技术已经成熟。有没有可能让光导管系统的管径做小而增大光通量呢？能不能有新的技术让光能储存，在夜晚也能运用起来？能不能有新技术能调节解决中午室外强光的不利呢？

一个是古建筑保护，一个是新兴的技术，这两者本身就存在一定的矛盾对立。

我们在对古建筑进行保护改造建设的时候，考虑到引入新技术，但是新技术是否会对古建筑的结构、样貌或者古建筑的风格文化带来影响，需要仔细的深虑。

首先先说古建，中国古建筑多以木结构为主，各种法式，举架，梁、椽、檩等等，屋顶部分复杂多变（见图3），要想在不改变结构的情况下加入新技术，是有一定难度的，同时还要保证对古建的形式没有影响。中国的老房子建筑布局基本是紧靠在一起，基本建筑外观没有过多地开窗进行通风采光，主要依靠院落，通过天井来采光。住过90年代旧房子的人都知道，里屋烧不到太阳的地方容易发霉潮湿，不仅对平时生活带来困扰，也对人体健康有一定伤害。因此，通过光导管系统，将阳光导入到室内，或者说是常年照不到太阳的地方，何曾不是一种新思路。

在课程设计中，对古建筑进行调研，发现古建的屋顶构造复杂，基本依靠木结构传递荷载。因此在加入新技术的时候，对原有构造几乎不能乱动。在建筑的两侧，还有两个小天井，尽量最大化利用小天井也是一个方向。由于古建筑的建造年代久远，对建筑内部环境的舒适并不是太注重，造成古建筑内部空间使用上，缺少温度、亮度等物理舒适性。而我们在加入新的构造的同时，不可避免会影响到本身的结构，例如穿越墙壁、楼板，势必会影响原有的保温、隔热等性能。因此在光导管系统里同时也要考虑系统本身的保温隔热性能。目前国际上的光导管系统多数用在地下车库，或者进深较大的办公建筑，以及面积较大的工厂，在古建筑改造中的使用还是很少出现的。

设计过程中，发现了不少问题，例如，光导管带来改善室内采光的作用，具体有多少的提高以及该功能需求量是多少等等，这些都在设计的时候没有细致地考虑。同时在设计过程中，将普通光导管系统与通风管组合（见图4、图5），目的是想在一个系统里面同时解决通风和采光的问题，以减少占用原有建筑的空间。

3 融合

我们通过调查知道，住在老屋子里的人虽然安于现状，喜欢继续待在老房子里，不仅仅是生活习惯不愿意打破，更是对情怀的一种留恋。

现代绿色建筑所倡导的健康环保，在建筑改造里面，针对于老房子来说，体现在对原有屋内昏暗潮湿等环节的改造。将光导管系统引入进来，首先对室内采光条件的改善，由于光导管完全利用反射太阳光的原理，太阳光相比于灯光更自然，自然光光线柔和，同时阳光中的红外线与紫外线带来室内温度的改善和一定的杀菌作用。太阳光经过了光导管系统处理，滤去了一定频谱和炫光，在采光罩上加设防辐射涂层，还能够有效地过滤有害辐射。同时，对室内有一定杀菌升温的作用，这一点对于古建有着重要的作用。古建筑其特殊的历史因素，绝大多数使用木材作为建筑材料，在很多方面均要考虑防水防潮的处理，不然年代久远加上潮湿，建筑非常容易腐蚀倒塌，在引入太阳光后，这些问题均能得到一定改善。

作为一种新型的自然采光照明系统，它具有很大的发展空间，同时也存在一些缺陷：

一是因为是完全利用太阳光，就受到了气候的影响。不同季节、不同天气甚至在不同地区，都会对采光效果有所影响。

二是中国地域广阔，跨越多纬度，因此在不同地区，日照时间有长有短，在日照量少的地区，光导管系统效果就不是很明显。

三是由于光导管本身采光方式的限制，导光管系统有一定的时段性。晴天的中午采光效果最好，而在早晚太阳升降时光通量不能满足照明要求。另外，导光管系统在夜晚不能进行照明，因此到了夜晚就需要完全的人工采光了。

四是由于技术要求，比较成熟、性能较高的光导管只有国外的某些大公司才能生产，国内技术跟不上。导致光导管的普及还需要进一步的技术突破来降低成本。

五是光导管安装问题。安装的时候要与其他管道一起安装，而且最好是在建造之前就设计好。如果在建成之后再将技术引入，则会对基本结构造成破坏。同时，该系统便于低层建筑的使用，高层建筑则会增大成本，没有优势。

除了导光管系统本身自带的缺陷，我们在系统外貌上也要注意。古建室内的色调多为古色古香等暗色系，导光管的银白色显眼，而且在整体的色调上也是不搭的，而在古建里面，木制的质感很容易被破坏，因此要在外表面做处理。与此同时，光导管系统连通了建筑的内外部，对建筑保温等有一定影响，这就要求对导管构造方面增加一些保温隔热甚至防水等材料，这些措施都是对现有光导管技术的一些改进以及所缺乏的。

4 小结

古建保护与改造，加入新技术，目的是好的，但是不能随随便便地乱加，要考虑的东西很多。加入新技术的合理性与可实施性是不是满足要求？新技术的成本能否比其他普通改造技术低？古建的改造不仅仅是作为第三方的角度来看的，还要考虑古建现有使用者，他们的看法是什么？我们在不断的创新之中要不断地对自己的想法提出质疑，才能有所进步，有所突破。

对于古建筑与光导管系统的结合使用，也许很多古建改造中并没有真正的使用，但是我们提出新方法，作出尝试，希望在更多的实际案例中尝试地进行利用改造，在实际使用中才能提出更多的建议与优缺点，进行更深的研究，才能让该项技术在中国得到提高与发展。

注释：

①课程设计：研一第二学期课程设计作业，题目《建筑热环境研究与测试——以盘龙区文化馆为例》。

参考文献：

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