建筑设计中自然光的应用解析

陈 新 升

(山西二建集团有限公司,山西 太原 030013)

在大自然创造的万物中，自然光是一种取之不竭、用之不尽的资源之一，自然光为人们的生活工作提供了方便，近些年，随着城市化进程不断加快，工业化发展速度越来越快，因而消耗了大量的能源资源，导致资源匮乏，同时对大气产生较大的污染，出现了许多环境问题[1]。基于此，人们在建筑设计方面提出了绿色环保的理念，在这一理念的影响下也提高了对可再生资源的利用率。因此在近些年的城市建筑设计中加强了对自然光的利用，降低了人们对资源的消耗。但在自然光利用过程中也存在许多不足之处，需要进一步加强人们对自然光与建筑材料之间关系的认识。因此，本文就相关的问题进行深入的分析研究。

1 自然光在现代建筑设计中的重要性

首先，自然光的利用能够对室内环境起到一定的调节作用。由于我国地域辽阔，南北地域跨度比较大，因此在各个城市化建设过程中，每个地域对自然光的利用各不相同，尤其对于高纬度的地域，自然光照射时间比较少，而且高纬度地域的季节变化明显，在寒冷的冬季室内外温差比较大，室内温度多以空调或煤炭取暖，因此对能源的消耗比较大[2]。此外，利用煤炭、木材取暖的地域，经常出现一氧化碳中毒的事件，对人们的生命安全造成严重的威胁。而利用自然光则能够降低人们对空调、煤炭的利用率，同时自然光也能调节室内的温度。

其次，自然光有利于改变建筑物的视觉效果。随着建筑行业的发展，人们对建筑设计的创新力度非常大，因此许多建筑物在自然光的照射下其视觉效果发生很大的变化，而且部分建筑在光照的情况下能够提高其观赏性[3]。因此，在近些年人们加强了对自然光的利用，使得城市建筑群进一步吸引人们的眼球。与此同时，自然光的利用还能节约资源能源，由于自然光能够改善室内的温度和亮度，因此减少了建筑物室内的光照时间，降低了人们对资源能源的利用率，最终起到节能环保的效果。

2 自然光与建筑材料的关系

在城市化建设发展过程中，建筑结构设计中自然光的利用率越来越高，与此同时，自然光与建筑材料之间的关系越来越密切，其中透光质地的建筑材料和不透光质地的建筑材料运用越来越广泛。首先，透光质地的建筑材料运用越来越频繁，并且成为当今城市建设中不可缺少的一部分，并且随着相关技术的进步，透光质地的材料质量也不断提升，因此，城市建设中许多建筑物的外层结构由透光质地材料代替，能够有效改善建筑物室内的光照和温度，同时也提高了建筑物室内的光感透明度[4]。比如在当下的建筑物，玻璃材料的建筑物已经被普遍运用，而且玻璃的颜色种类比较多，形状也多种多样，因此在建筑中运用，除了能够改善建筑室内的温度和光照以外，还能增加建筑物的美观程度(图1为自然光合理利用示例图)。

其次，不透光质地材料的运用。在现代建筑行业发展过程中，不透光质地材料运用最为广泛的是混凝土，由于混凝土与石材、木材相比成本比较低，而且混凝土的表现形式多样，既能够表现粗犷的建筑物特点，也能表现细腻的建筑设计理念，并且在使用混凝土期间也同时使用金属材料，进而提高了自然光的利用率。并且，自然光的利用增加了建筑物外观的美观性，因此增加了城市建筑物的美感。

3 利用现代科技手段充分运用自然光

随着城市化建设发展，自然光的运用范围越来越广，自然光的运用不仅在建筑物结构的填充上，而且还运用于节能环保理念设计中。在居民生活中运用的光源主要源于火力发电，火力发电对煤炭资源的消耗量比较大，严重污染环境。而在城市建筑物中加强了自然光的利用率，能够减少煤炭资源的利用，加强城市绿化建设，同时也节约能源。

3.1 光热的收集和储存

自然光能够对建筑物室内的温度起到一定的改善作用，即在建筑物中实施蓄热墙的方式进行改善建筑物室内的温度，目前在建筑物南向垂直面通过蓄热墙进行吸收阳光，然后通过传导、辐射的形式将吸收的热量传入室内，以此增加室内的温度[5]。一般情况下，为了提高建筑物墙体的吸热能力，墙体的颜色以黑色和深色为主，目前，我国建筑物设计中有了很大的突破，“零能房屋”的运用提高了我国建筑物对自然光的利用率，“零能房屋”主要将太阳光转化为建筑物所需的能源，减少了对不可再生能源资源的利用率，降低了对空气的污染。我国“零能房屋”技术的突破为建筑物自然光的利用提供了新的发展方向，也为绿色生态建筑发展提供了明确的发展方向。

3.2 热能传递法利用自然光

热能传递主要通过对流传热的形式进行传递，其形式主要通过液体或气体将热能传递到另一处，进而达到升温的效果。由于热能传递有自然对流和强制对流两种，因此具体运用期间主要分为层流传热和湍流传热两种，与此同时再辅助机械对流，能够提高自然光的利用率。热能传递的方式主要在冬季利用，即在建筑物的屋顶放置太阳能集热器，将热空气吸收到房间的底板处，能够通过地板上的孔进入到室内，达到增加室内温度的目的，并且通过底板孔进入房间的热量在室内进行循坏，能够持续保持室内的温度。

3.3 利用导光管法进行采集利用自然光

在城市化建设发展过程中，人们的建筑设计理念发生了很大的变化，绿色节能环保设计理念运用越来越广，人们不仅减少了能源资源的利用率，而且也提高了城市绿化建设的力度，因此在建筑设计过程中，自然光的利用大幅度降低了对大气的污染。其中导光管法在生态建筑设计中运用越来越广，主要通过导光管将太阳激光器收集到的光线传递到建筑的采光地方，采光的地方将光能通过相关的技术设备转化为热能，进而满足人们的生活需求。一般情况下，导光管主要安置在建筑物的顶部、侧墙、地表等容易采光的地方。在安装导光管的地方安装导光筒，由于导光筒中的采光器能够将自然光中的紫外线、红外线等有害光线过滤掉，人们接触的光则比较柔和、健康，因而对人体减少危害。而且，在安装导光管期间，还要在光线传输系统中安装漫射装置，能够将被过滤的自然光均匀的漫射到建筑物室内的各个角落。有利于提高自然光的利用率，同时也有利于保持室内的温度。

除此之外，在利用自然光方面还可以运用棱镜组多次反射法，即运用一组传光棱镜，将集光器收集的太阳光传送到采光的部位。由于该措施主要采用棱镜组进行多次反射收集自然光，因此需要对棱镜组的安置位置进行精确的计算，同时还要对棱镜的材料等进行严格的要求，提高棱镜的质量。此外，棱镜组多次反射法对自然光的运用，主要用于光线照明比较困难的地方，比如地下室或者无窗的建筑物内均可实施该方法，并且该方法的普及运用，能够降低地下室相关建筑物的照明消耗，减少能源资源的利用率。比如：地下室、地下车库等环境，能够有效节约能源。而且自然光的反射传入，还能有效改善地下室的温度。

4 结语

在城市化发展过程中，建筑设计是最主要的组成部分之一，而且建筑行业的发展也进一步促进了城市化的发展。同时人们的环保理念运用范围越来越广，在建筑物设计过程中，利用自然资源成为建筑设计的主要理念和方向，其中自然光是大自然的主要资源之一，人们取之不尽，用之不竭，而且自然光在建筑设计中运用能够提高建筑物的观赏性，并且通过采光装置的运用，能够提高建筑物的室内温度和光照。降低能源资源的利用，降低对环境的污染。因此，在自然光的利用过程中，需要加强对自然光的收集和储存，同时也需要通过热能的传递和导光管法进行提高对自然光的利用，进而为建筑设计增添色彩。