建筑设计中自然光设计手法的应用

王鹏

摘 要：在人类社会进步的同时对生活品质有了更高、更多样化的要求，特别是对居住条件不仅要舒适、安全、节能，而且要满足个性化设计需求，这也是建筑设计需重点考虑的。而采光设计作为建筑设计重要内容，如何利用自然光实现建筑照明的绿色、节能成为新的研究方向。本文围绕自然光设计展开分析，首先介绍了自然光的应用价值，并分析了其在建筑内外部设计、建筑材料以及生态建筑中具体应用。

关键词：建筑设计;自然光设计;应用

一、自然光设计的应用价值

（一）有利于室内环境调节

对于建筑室内环境来说，日间自然采光不仅关系到室内光照强度，而且对室内环境温度也有调节作用，特别是对采光条件较差的建筑，自然光设计可显著优化室内光照效果。在自然条件下室内温度变化较大，尤其是在冬季，人们不得不利用空调、暖风等设备来调节室内温度，高寒纬度供暖条件不足的地区，仍保持燃烧取暖的方式，木柴、煤炭燃烧在带来严重大气环境问题的同时也会使室内空气质量恶化，在闭塞的室内环境中还容易引发co中毒事件。在建筑设计中充分利用自然光对温度的调节效果，通过优化采光条件，能显著减少能源损耗，还能实现室内环境的优化。

（二）有利于优化建筑视觉效果

建筑视觉效果也是设计的重要内容，而设计中要着重考虑自然光因素，通过调节不同物体、不同空间的自然光的照射角度、强度以及光照形式，能够对建筑造成不同的视觉效果。自然光的设计方案应依照建筑整体设计要求，使建筑达到预期的光照效果，提高建筑物在视觉上的吸引力。

（三）有利于促进能源可持续

理念的进步和技术的创新有效推动了自然光设计的发展，人们不再局限于传统建筑设计模式，而追求低碳、节能、环保的建筑设计效果。自然光设计可有效将自然光融入到建筑整体设计中去，提高自然光利用率，降低建筑使用中的能源损耗，助推能源可持续发展。

二、自然光在建筑设计中应用

（一）在建筑内部设计应用

通过将自然光设计融入建筑内部设计，可实现室内外环境的有效沟通，不再受墙体结构的约束，使室内光线更加充足，带给人们更佳视觉效果。在开展建筑内部设计时要考虑光线的方向性问题以及不同采光条件对室内环境、功能、人物心理等的作用，从而合理设置采光窗口的位置。对于室内光线的控制要综合利用采光窗口以及室内装饰品表面的光学特性，从而使建筑内部光线分布更合理。其中室内表面材质尤为关键，有的材料具有反光特性，还有的材料则具有透光性，要根据室内光线设计需求选择合适表面材料，还要保证室内环境气氛的协调和一致。此外，室内家具、装饰品的设计对自然光应用也有影响，应合理选择室内物品的材质、形状、大小等，使室内设计对自然光应用更科学。

（二）在建筑外部设计应用

建筑外部结构对于建筑的采光能力有很大影响，因此在建筑外部设计时要充分考虑自然光照的角度、强度以及日照时长。还要利用好自然光的特性，在不同季节和日间不同时刻自然光表现不同特征，且由于建筑外部结构往往粗糙，在光照下会形成漫反射，在设计时要利用好以上特性形成光、影的有效控制，要营造出虚实变幻、似透非透、舒适缓和的光线效果。

三、自然光同建筑材料的关系

（一）不透光质地材料

在混凝土材料出现前，建筑材料的选取不外乎石、砖、泥土、木材等，虽然能基本满足对遮风、挡雨、保温的建筑需求，但在自然光利用上存在不足，且在当今建筑成本更高。随着混凝土材料成本降低以及施工工艺、技术的突破性发展，已逐渐取代以往的材料，并广泛应用于现代建筑。混凝土结构既能用于建筑整体框架搭建，又能用于细小构件的制作，具有较好可塑性，并且在加入钢筋结构后基本能满足多样化的建设要求，并且自然光设计更加灵活。

（二）透光质地材料

为使现代建筑更具特色，透光材料在建筑设计中有更广泛应用，已成为建筑施工中常用材料，这得益于透光材料制作技术上的突破，使其拥有不弱于常用建材的性能，并且在质量上也能得到有力保证。如今，玻璃等透光材料甚至可用于建筑外墙围护结构，起到很好的采光和温度调节作用。由于玻璃材料相较传统材料在颜色、透光以及形状多样性上有较大优勢，可使建筑更美观。透光材料的应用实现了室内外空间的互通，自然光的有效利用有助于生态建筑建设。

四、自然光在生态建筑中应用

（一）光能的收集和储存

集热蓄热墙是建筑光能收集和存储的典型应用，通常设置在建筑南向位置，当自然光透过采光玻璃后将会在光热辐射、传导、对流等一些列反应下，利用储热装置向室内传递热量，这在生态建筑中多有应用，一般集热蓄热墙的外观设计为黑色，这样可提高自然光吸收效果。根据集热储热的方式不同可将其分为水墙式、实体式、花格式以及相变材料集热蓄热墙等。此外，“零能房屋”是新提出的概念性建筑，能够利用太阳能转换满足房屋全部能源需求，基本不存在污染和排放问题，是今后光能应用的发展目标。

（二）自然光取暖

为了利用自然光来达到调节室内温度的目的，在生态建筑中人们将太阳能集热器布置在建筑屋顶，而在地板位置会留有通气孔洞，在吸收光能热量的同时与室内空气形成对流传热，热量由集热器传递到室内，这也是自然光取暖的主要方式。由于热对流存在自然和强制对流两类，在建筑结构中自然对流的效率低下，需借助相关设备提高热对流的效率。利用自然光取暖降低冬季取暖的能源消耗，也有较好环境效益。

（三）导光管法采集自然光

由于现代建筑结构复杂，有的空间由于很难接受到自然光照射而多采用灯光照明，带来较大电能消耗，而导光管法可将自然光收集并传递到建筑各个角落，并达到工作、生活所需光照强度。导光筒是导光管法的关键设备，仅要求采光效果而对安装位置无特殊要求，屋顶、侧墙、地表等位置均可，其中采光器不仅仅用于自然光采集，而且具有有害光线（如紫外线、放射性射线等）的滤除功能，从而时室内采光更加安全、健康。当自然光传递到室内时，还要借助装设好的漫射装置使人们接收到的光线更均匀、更柔和。

三、结语

综上所述，自然光应用是绿色建筑设计的重要内容，通过优化建筑内、外部结构设计，可提高自然光利用率。如今，在相关先进设备辅助下已能实现光能的收集、存储和传递，并应用于室内自然光照明、取暖等，促进了生态建筑发展。

参考文献：

[1]冯舒婷，李宪锋.基于建筑设计中自然光设计手法的研究[J].建材与装饰，2017（16）：110-111