浅谈照明系统设计在室内设计中的应用

郭灏

（武汉工程大学，湖北武汉 430205）

1879 年，发明家爱迪生在经过大约五万次的实验，写成试验笔记一百五十多本，才达到目的。一枚碳丝灯通上电，明亮而持久的光线照亮了整个实验室，电灯的发明照亮了人类现代生活文明之路。白天，我们可以尽情的享受阳光；夜晚，依然可以在各种颜色的人工光源环境中享受各种绚丽和精彩的生活。

如今，我们依赖自然光的同时人工光源也必不可少，植物通过自然光进行光合作用，万物在自然光下生长繁茂，人工光为人类社会带来生产力的进步与生活质量的提高，并丰富了人类生活方式，夜生活已然成为人们生活的组成部分。

随着社会经济科学技术等的发展，工业生产效率的进步，人们对消费品的需求和消费的能力都得到提高，与此同时带来了包括环境恶化，能源危机等日益严重的问题，绿色设计是我们当代设计需要靠近的方向，在室内设计中对于灯光的设计，考虑如何提高对自然光的利用，如何创造节能型优质光源，如何平衡自然光与人工光的之间的关系，如何节约电能等问题都成为室内设计师的关注点。

1 自然采光设计的基本概念

经过科学的研究表明，现代的人类生活方式，有90%的时间是在室内度过的，所以充足的自然光照，健康的居住环境，对人们来说至关重要，室内自然采光，主要是指在室内设计中，如何通过不同的窗的形式、玻璃的材质、窗所在的方向、大小尺寸，以及墙或者屏风等设施的设计，来营造出不同气氛、效果的自然光照明等，成为设计师们需要思考的问题。

自然光设计的意义：

现代生活中，许多城市里的写字楼、商场都不分昼夜的使用着电灯，以人工光源作为主要的采光方式，这样的方式，导致生活在其中的人们换上一种现代建筑综合征（SBS）。其症状表现为头痛、恶心、嗓子疼甚至哮喘发作等，作为人类，需要多与自然接触，在自然中活动，感受阳光，长期接触不到自然（如日光）建筑综合征的症状就会加剧。

自然采光对心理有很大的影响。1971 年，英国科学家奥德斯沃撒和布里德格斯通过对一个24h 运转的电力公司的员工的调查，发现长时间在一成不变的电灯照明下工作会导致感官灵敏度下降，从而降低生产力。1995 年，美国加利福尼亚州亚洲首府萨克拉曼多的马洪工作室做了一项调查，在沃尔玛连锁仓储超市中，位于天窗下、靠近自然光照明的收银台比其他位置多收40%。

人工光可以满足人们对照明的需求，但无法满足人们心理和天性中对自然和阳光的需要。如清早起床时阳光透过玻璃窗照射在房间里，就会给人带来一种美好的感受，如在傍晚时夕阳西下的阳光会带给人安静的心情。在科学研究中，人对自然光超越人工光的喜爱也有进一步解释：人工光主要由位于红色光区域的长波光线构成，自然光主要位于蓝色光区域，由波光线构成。研究显示，人体生物钟更喜欢位于蓝色光区域的短波光线，因为他们能够抑制天然荷尔蒙褪黑激素，并刺激荷尔蒙。这种双重功效能够提高人的及密度，所以自然光能弥补人工光中缺失的那部分功能。

自然采光对人类身体健康具有好处。阳光中的紫外线具有强大的杀菌能力，紫外辐射可以治疗皮肤癣、痤疮等疾病，阳光的照射有助于维生素D 和钙的吸收，一定量的日照对防止人们的骨质疏松，特别是对青少年的骨骼生长、防止出现软骨病有重要意义，因此目前各国建筑设计规范，对住宅、医院、康复院、敬老院、幼儿园等的日照时间都有明确规定，目的是要保障人们的身体健康。

在设计中通过对自然光的利用，有助于节约自然资源。工业革命后，社会的发展和进步超过了之前千百年间的发展，对自然资源的消耗和消费垃圾的生产也超过了之前几千年的数量，地球的生态环境在不断恶化，倡导绿色设计的今天，在设计中考虑对自然资源的节约是必然要求。经调查表明，建筑能耗腰斩国家总能耗的30%～40%，而公共建筑的照明能耗要占到建筑总能耗的35%～45%。在当下70%的电力依赖燃烧煤炭，煤炭资源紧张，并且煤炭的使用对空气质量产生极大破坏，影响人们健康。这种情况下，增加自然光的利用，减少电的使用，对环境保护会产生积极作用。

2 自然光在室内设计中的应用

自然光中的昼光在是室内设计中最常见应用，昼光是由太阳直射光和天光构成。昼光对室内设计中的作用除了提供阳光和热度之外，还具有干燥空气的作用。

在一天中，昼光随着时间的变化而产生变化，光度强弱的不同和光的颜色的改变，都会对人和应用自然光照的室内设计空间产生影响。结合设计的空间所需要满足的功能，想要烘托的氛围，并通过时间因素、朝向因素、建筑窗户的特点和采光方式，来控制自然光的设计。

窗的面积与开窗的位置对进入室内自然光的影响。窗户面积的设计依据来源于两个层面：①不同类型的室内空间对采光度有不同的采光系统要求，例如学校教室的采光系数最低值不应低于1.5%，工作区域中的采光系数不得低于2%，居住空间的采光系数2%是适宜的，所以设计时，要查阅建筑采光标准，达标的基础上与用户共同，在加以深化和修改方案；②根据用户的特殊需求来设计方案，比如咖啡店和教堂的设计，咖啡店的设计需要大面积的玻璃窗来引进自然光照，以此营造出温暖闲适的聊天氛围，而教堂需要神秘神圣的气氛，对窗户的形状、大小、高度等有很多不同的设计，来制造不一样的氛围。

开窗位置影响空间采光的均匀度。同样面积窗户，通过位置方位和高度的调整，也会得到不同的采光均匀效果。可以通过像达到的光照效果，来确定窗设计的位置。

窗户材料使用也是自然光设计的重要部分。现在常见的窗户玻璃材料有透明玻璃、吸热玻璃、反光玻璃和低辐射玻璃。透明玻璃是生活中窗户使用最常见的玻璃，其透光性好，但是对减少室外热量的效果微弱。而吸热玻璃因其自身结构带来了比透明玻璃更多的热量，之后的研究者通过在玻璃上涂一层色彩，如棕色、灰色、绿色，以减少带来的热量，但有色玻璃有降低室内亮度等不足之处，所以现在这种玻璃的使用很少见。反光玻璃可以减少光线进入室内，也不会像吸热玻璃那样影响视觉效果，不过虽然这种玻璃减少了热量，但同时也影响了高质量的自然光的获得，因此，这种玻璃适合使用在外墙无法安装遮阳伞，但又不想获得很多热量的房间。低辐射玻璃又一层薄膜，它可以反射室内热量，减少热量发散，外观上近似于透明玻璃，适合适用于需要利用自然光照并减少阳光带来过多热量的地区。现在还有一些新研发的窗户形式，如“智能”玻璃窗，它将高质量的透明或低辐射玻璃，双层或者三层的结合在一起，并与遮阳设备结合，根据需要进行调节，能够帮助人们获得更好的自然光。

遮阳装置在自然光设计中的运用。常见的遮阳方式有固定遮阳方式、可移动遮阳方式、植被遮阳方式。可以根据不同季节的太阳高度来设计固定遮阳装置，屋檐、窗檐等可以有效地对南边窗户提供这样效果，但是太阳的方位角度如果超过8°时，固定遮阳装置就不在有效果。可移动遮阳装置根据室外阳光的变化进行调节，对阳光热度以及亮度的利用可以达到最充分的效果。植被遮阳是环境角度上最佳的遮阳方式，使用落叶类植物进行遮阳，在夏天丰茂的叶子能够对阳光起到遮挡作用，冬天时，它们的叶子脱落，又可以使阳光充分的照射进室内。在具体设计方案中，通过考虑环境因素和想达到的室内自然光要求，来确定遮阳方式的选择。

导光装置是利用光具有反射和折射的特点，在建筑和室内设计中安置反光镜透光镜等，从而将光引入室内空间。导光装置适用于高大不易开窗的空间和需要避免阳光直射的地下空间。但这种装置的安装和维修成本高于其他几种控制自然光的方式。

综上所述，在自然光的设计过程中，应通过实地测量照度，考察空间方位、窗户朝向、窗外景观对室内采光的影响，以及特殊的自然采光要求，来完成自然光的设计方案。

3 人工照明设计

人工照明有两种目的：①实现功能性；②提高环境氛围。功能性照明的目的在于照亮环境，使人们可以清楚辨别环境，使人们有效获取环境信息，功能性照明需要防止光污染，避免产生炫光，减少对人生理和心里的损害，同时在设计时考虑节约能源，选择高效节能环保使用的光源，灯具的设计考虑整体空间。氛围性照明旨在通过人工照明设计烘托环境气氛，给人们在特殊环境下用光制造不同的心情和情绪，如有利于人与人交流的环境光，舒适宜人的环境光，对人们审美层面的满足等。

人工照明设计时，自然光设计方案已经完成，因此需要协调自然光与人工照明之间的关系，重视对自然光在空间中的利用，人工照明作为自然采光不足补充，达到舒适节能的目的。

4 日常空间环境设计特点的分析

在各种各样的日常空间中，如居住空间、办公空间、餐饮空间、商业空间、观演空间、展示空间等，对各个空间所需求的光的设计都不相同。通过对各种空间环境特点的分析，可以更加合理地进行环境光的设计。

居住空间中，不同功能房间需要设计不同光照度，使用者的不同行为也对光环境要求不同，例如书房用来阅读，读书属于精细行为，需要重点照明提高照明亮度；卧室用来休息睡眠，应设计出漫反射为主的柔和光线，让使用者有舒适放松的感受；厨房用来做饭，一般光度的照射可以满足，也可以对局部（灶火位置）进行补光，使用者可以更清楚的对菜品的火候色泽进行判断；起居室功能比较复杂，可适当增加灯具来满足不同功能照明。根据住宅照度标准，居住环境照度参考范围在2～2000lx，在满足照度的基础上，设计师可以与使用者进行沟通，根据个性喜好选择灯具风格。

灯具在不同位置对人体舒适度有所影响。当人的视点与自己所在的基准面越接近，心理越容易放松；反之心理容易紧张。例如白天正午时太阳在最高的位置，色温高，光照亮度高，人的情绪也易高涨，下午时随着太阳位置降低，色温下降，光照强度变弱，人们也会逐渐放松心情。因此，设计者在灯光设计时，根据不同区域功能，人们行为特点，来对灯光视点位置进行确定，如在餐厅设计一顶距离餐桌近的吊顶，在进餐时就会有温馨的感觉，而灯具与餐桌设计较远时，就会感觉到比较冷清的范围。

办公空间中主要活动为阅读、写字、交谈、思考等，通常情况，人们会在办公室中待很长的时间，设计师应全面考虑自然光与人工照明之间的过渡，如何防止靠近窗边工作面的炫光，和距离自然光较远的工作面如何通过人工照明来补充光照度。办公照度与平均照度之比，保持在0.7，周围环境照度与平均值比应保持在0.5。会议室照明，会议桌上方的亮度最高，周围环境的亮度根据会议桌的亮度确定，利用集中的光线是人们产生向心感，从而集中注意力。

餐饮空间光的设计需要根据不同餐厅或者酒吧的设计风格调整，进餐区和非进餐区的亮度比为3:1。进餐区背景照明应采取简介照明方式，防止炫光对就餐者视觉损害。在餐饮空间中，光设计的目的在于：①通过灯光设计营造其所需的空间氛围；②利用灯光对就餐者面部表情进行优化；③利用灯光使餐品看起来更加美味诱人。

商业空间中环境光设计有两种目的，其核心目的是通过光线设计，从而引导消费者步入商业空间，使商品对消费者产生吸引力，刺激消费。同时，另一种基本目的是为空间中的工作人员和消费者提供安全舒适的灯光环境。商场环境采用漫反射照明，货架使用直接照明，漫反射照明使人的视觉光线柔和，对货品的直射照明可以吸引消费者的注意力，并且对货品的结构体现更加突出。橱窗的亮度高于街道或者商场走廊的亮度时，能够吸引消费者视线，可以利用别致的灯光设计，来达到引人注目的效果。

展示空间，是指以展现展品为主要设计任务的空间，如美术馆、商业会展、博物馆、企业展厅等等。展示空间的环境光需要依据不同的展品，展品规模，展品所需达到的目的来设计，可通过照度的区分来将展品的主次层次区别开。在现代展览馆中，重视对自然采光的应用，自然采光的开窗方式有如下几种：高侧窗采光、侧窗采光、高侧窗和侧窗并存采光、天窗采光，自然光多用于公共环境照明，人工光源用于重点展品照明。

5 小结

室内光环境设计中，设计理念创新、设计方法创新，与产品的创新相辅相成，随着科学技术发展，照明产品也逐步改良，像绿色照明设计这样新的设计理念也随之而来，绿色照明设计是指通过采用高效、安全、性能稳定和使用寿命长的产品来提高环境光的质量，并且提高对自然采光的利用和重视。运用现代科技手段，采用低耗能，高质量的绿色照明产品，合理运用自然光，设计出舒适、健康、节能、安全的光环境是现代设计师的明确任务。