浅析旧工业建筑改造中的天然采光设计

刘晓茜

摘    要：科技的进步，促进工业建设得到快速发展。随着可持续发展理念和建筑节能减排的逐渐推进，近年来旧工业建筑改造项目日益增多。在实际改造中，建筑师往往只关注其内部功能的重新设计，却很少关注天然采光的再设计，导致旧工业建筑改造后，室内天然光环境不能很好地适应建筑新的功能，造成照度不足、采光均匀度差等问题，尽管可以通过人工照明来弥补，但会增加电力能耗，违背了可持续发展理念。本文就旧工业建筑改造中的天然采光设计展开探讨。

关键词：舊工业建筑;改造利用;天然采光设计

引言

在社会总能耗中，建筑工程能耗占1/3，具体包括照明设备、暖通设备等。根据当前的建筑节能设计理念要求，往往重视建筑热环境节能设计，对于照明、采光设计的重视度比较低，有些建筑工程自然光条件良好，但是没有得到充分利用，不符合节能环保要求。对此，在建筑节能采光设计中，应综合考虑气候条件、周边环境等因素，选择最优采光节能方案。因此，需要对建筑工程采光节能设计要点进行深入研究。

一、天然采光的预测与评价

随着计算机技术的不断发展，计算机技术在各个行业中都得到了大规模的应用，在建筑天然采光的测评中，我们也可以运用计算机建立模型来检验建筑的采光性是否合乎标准，和实体模型相比，计算机建模更加简便、精准。建筑行业发展到今天，天然采光设计之所以不能很快的普及就是因为缺乏相应的设计、监测工具，而计算机技术的发展和计算机建模技术的应用为建筑天然采光提供了基本方法。当今国外搭建了许多数字化的天然采光分析模型，这里简单介绍其中的几种模型。由微软公司开发，在EXCEL的平台上搭建而成，面对对象是建筑顶部的设计，通过建立天然的采光分析模型，使气候和建筑能够很好的通过这个平台得到计算，使建筑师通过所得数据得到自己想到的采光率。对于分析照明情况，AG132和LumenOe-51gner通过分析计算达拉斯一年中太阳运行轨道的精确数据，建立了三维遮挡曲线，以此为基础建立了以中国形似贝壳的铝型铸件。这些由特殊材质制作的五十万个贝壳，以开口向北的方式很整齐的排列在屋顶，通过吸收向北朝向的阳光，并且阻止直射阳光带来的紫外线的投入，很好的避免了建筑物的展品吸收那些有害的成分，从而对人体进行损害。

二、既有旧工业建筑改造中的天然采光再利用设计

1.既有采光设计的改造

骨架承重结构的厂房其外围护结构多为自承重且脱离于建筑主体结构的砌体墙，因此根据实际需要扩大外窗是较为简单高效的改善室内采光的方法，甚至可将整面侧墙打通，创造更为通透的室内环境。或者保留既有外窗，对窗过梁以上部分进行改造，将实墙替换成透明材料，如：玻璃、玻璃砖等。既有旧工业建筑中很多都采用天窗采光，其中矩形天窗和锯齿形天窗占多数，平天窗较少。尽管平天窗的采光效率最高，但由于眩光、夏季过热、积灰、防水等一系列问题，在我国的既有旧工业建筑中很少采用。对于矩形天窗，可尝试将其改造成跌落式矩形天窗，以增大天窗在水平方向覆盖面积从而改善采光均匀度问题。锯齿形天窗的照度水平、采光均匀度改善可以通过在倾斜的屋面和内部顶面设置反射材质的方法，将更多的光线反射进室内进深较大处，也可通过将屋顶倾斜面改造成曲面以改善室外光线的反射。由于我国大部分锯齿形天窗的采光口一般朝北，眩光的问题并不突出，而南向天窗所面临的由直射阳光引起的眩光问题则可以通过在室内设置遮阳板等方式来改善。

2.优化建筑物体型

太阳能辐射对于建筑工程室内照明以及热环境产生较大影响，同时，建筑工程的体型也会影响太阳辐射的接受面积。为了提升建筑采光节能性，应该优化建筑工程体型设计，充分利用自然采光条件，尽量减少人工照明能耗。另外，在对建筑工程体型进行优化设计时，还应综合考虑地区差异以及气候条件因素，比如我国南方地区夏季炎热，应做好防热节能设计，而北方寒冷，应做好保温节能设计，这就要求根据区域环境、气候进行建筑节能设计。

三、天然采光的重新再设计

当旧工业建筑的表皮不适宜保留或其空间形式需要较大变动时，建筑师通常仅会保留原有厂房结构，并重新设计其天然采光。工业厂房建筑的特点是进深大，因此建筑师在改造时，经常会配合空间设计打开一些内部空间，如设置内庭以减少进深，增加采光口面积，还能一定程度上提升空间品质。平天窗因施工方便，一些原本无天窗采光的单跨厂房在改造时，会在屋脊处设置通长的平天窗，也可以根据需要设置多条采光平天窗以改善采光均匀度。对于多层旧工业建筑，如明尼苏达州明尼阿波利斯莱歇广场仓库的改造，则打开二层至顶层部分楼板，形成中庭空间，并在顶层增设大型天窗，有效引入天然光，此外有些设计甚至采用高强度的玻璃楼板，为内部空间创造出天然光环境。

四、具体的采光节能设计注意事项

（1）窗地比越大采光均匀性越好。简单点说就是窗的面积与地面面积的比值，它的大小决定了屋内自然采光的比例。窗地比越大，窗口设计越大，自然采光的水平也越高相反窗地比越小窗口设计越小，自然采光的效果就差些，而人工耗能的照明设备会随着自然采光的强度产生变化，研究证明，采光条件较好的房屋，使用人工照明的能耗就更小些。（2）窗户透光率越大照度均匀度越高。建筑物的采光率与窗户材质的通透性成正比，通透性越好，屋内的采光率越高。而采光率越高，对于人工照明的使用率就越低，对能源的损耗也越低。（3）窗户相对位置高度越高越节能。很多人在装修房子的时候，都喜欢采用落地窗，这不仅是为了扩大视野，增强建筑的美观性，还在一定程度上起到了节能的作用。尤其对于高层建筑来说，全部采用插U能过户位置偏低的设计会影响整体的视觉效果。

五、结论

旧工业建筑的循环再利用已经成为建筑可持续发展的必然趋势，由于工业建筑本身的结构特点，导致其天然采光上存在许多问题，加之工业厂房改造后的使用功能更是繁多复杂，不同的功能对采光有不同的要求，因此需要建筑师从多方面综合考虑，尽量通过合理改善建筑形式来解决和优化其天然采光，并辅之以必要的技术手段。

参考文献：

[1]张复合.三十年雁迹泥痕（1985-2014）：中国近代建筑研究与保护文选[M].北京：清华大学出版社，2017：399-404.

[2]周治宏.重庆单层厂房天窗优化设计策略研究[D].重庆：重庆大学，2016.