浅谈建筑设计中自然光设计手法的应用

2020-12-22张艳花

建材与装饰 2020年35期

张艳花

（山西中方森特建筑工程设计研究院，山西太原 030002）

建筑设计中自然光的合理运用，一方面可增强建筑日常采光效果，加大自然光引入率，让人们感受自然带来的能量。另一方面也可实现能源管控，减少设备的使用，提高建筑内部的舒适性。为此，在设计开展中，应科学选择设计手段和方法，增大自然光应用率，以提高建筑设计水平。

1 自然光

自然光会随着地球转动而发生一定的变化，这些变化是有规律可循的。在自然光变化中，时间是影响入射角度和建筑光影的主要因素，且时间所代表的变化呈现周期性、规律性特征。自然光照射中，入射角度会以平角—直角—平角这样的变化规律呈现大—小—大的变化趋势，相应的建筑投影也会呈现长—短—长的趋势，而正午垂直角度下，入射角的角度最小，建筑光影最短。随着时间的推移，光线的色温也会呈现差异性变动，光波越长，色温则越低，反之则越高。而景物色彩会受到色温和光谱的变化而变化。

2 自然光在现代建筑设计中的意义

2.1 环境调节

建筑设计中，自然光的合理应用可对室内环境加以科学调节，自然光照射到室内后，会由于室内物体不同呈现不同的光影效果，进而营造不同的感官印象。同时自然光具有一定的温度特征，随着自然光线的变动，室内温度也会存在升高或降低的变化，影响建筑内部空间的舒适性，如图1所示。也正是由于这些特征，在冬季温差较大区域内，需要借助自然光来开展室内保温工作，以降低暖通空调使用率，控制能源损耗和环境污染。

2.2 优化视觉感官印象

自然光引入建筑内部后，会因为建筑内部物体材质、结构等的不同而呈现不同的光影变化，且这些光影变化会随着自然光角度的变动而发生相应改变，使建筑内部在不同时段形成不同的光影效果，营造不一样的视觉感官，加强建筑内部舒适性。对于建筑外部景观塑造，在自然光线照射角度、位置、强弱等的变化下，根据材质的不同也会形成不一样的感官效果，并可保证人们拥有绝佳的视线，加强建筑美观性，提升总体价值。

图1 环境调节

2.3 缓解能源危机，落实可持续发展目标

建筑行业作为我国经济发展的支柱型产业，随着经济水平的提高，建筑数量也在增多，发展速度不断加快，但其中存在的能源损耗问题却未得到有效解决和控制。而自然光在建筑设计中的科学应用，针对能源损耗问题给出合理解决策，通过自然光的引入，加强室内自然照明效果，减少照明系统的运转，节省更多电力能源。另外，自然光的引用可对室内温度加以调节，降低暖通空调系统的应用率，减轻电能过度使用对环境造成的污染。同时对北方来说，自然光的合理应用可节约供暖中煤炭资源的使用量，降低资源损耗，减少有害气体的排放。可以说自然光的科学设计，不单单是加强建筑设计效果，也可为行业的可持续发展提供有力保障，为实现低碳环保型城市建设目标奠定坚实基础。

3 自然光在现代建筑设计中的应用

3.1 诱导式自然光设计

诱导式自然光设计手法的应用目的是加大自然光应用率，降低人工照明设备使用频率。在设计过程中，设计人员需要从多方面综合考量，为自然光应用提供良好条件。在设计中，可使用多种方法。例如安装百叶窗，当然某些建筑物也使用光纤进行照明。诱导式采光设计有很多优点，不仅可以为住宅建筑提供足够的自然光，还可以节省人造照明的能耗，为居民创造一个舒适的室内环境。

3.2 半透明屋顶的设计

半透明屋顶设计现被广泛应用在建筑设计中，如图2所示，可有效将自然光引入室内，满足自然照明要求。在屋顶设计中，透光屋顶设计形式的应用，可将自然光以柔和方式引入室内，在改善室内照明效果的基础上，借助自然光线角度的变化，营造不同的光影效果。且对深度达到5m左右的建筑，可利用该方式为内部提供良好的采光和通风条件。

图2 半透明屋顶设计

半透明屋顶在目前住宅建筑设计中也得到较为广泛的应用，目的在于增强室内采光效果，降低因阳光折射带来的不良影响。同时该方法的应用也是降低人工照明设备使用频率，减少电能损耗，提高建筑内部空间采光效果的重要措施。半透明屋顶的应用可突显建筑设计的时尚感、现代感，满足人们审美和艺术追求。由于建筑的艺术美，城市中的一些生态建设者经常使用透明屋顶，力求增加建筑的自然采光，满足低碳环保建设理念，避免能源的大量损耗。

3.3 中庭设计

中庭设计也是建筑设计中增强自然采光效果的重要措施，尤其是对进深较大的建筑而言，中庭设计不仅可以提高建筑内部空间宽敞及明亮之感，也可实现空间上的科学利用。在中庭设计中，需要注意的内容有：

（1）建筑采光。若想依靠中庭位置将自然光高效的引入到室内，可将其与建筑垂直窗户结合起来，尤其是与侧向窗户的结合，可将不同时段下的自然光引入到内部，加强自然采光效果，同时这样的设计也可避免正午阳光直射带来的影响。

（2）细节处理。在中庭设计中，为突显自然采光的效果，设计人员需要做好细节思考，了解楼层变化对自然光的影响，完善方案内容，注重处理灵活性，以提升中庭位置的进光效果。

（3）做好太阳光收集工作。太阳光收集的目的是借助折射、反射等多样化的形式增大自然光通透率，满足中庭自然采光的要求，增加建筑中自然光照射的时长，调整室内环境，做到能源的科学把控。但是目前太阳光收集器的成本较高，应用这种方式会显著提高建筑的造价。实际运用的过程中，设计人员还应结合业主项目部、施工项目部、监理项目部三项意见展开综合设计与分析。

3.4 诱导式中庭气候交换系统

诱导式中庭气候交换系统对建筑通风和采光有着特殊要求，是当前生态建筑设计中常用的自然光设计运用手法。诱导式中庭气候交换系统实现了智能通风和照明系统设计，且维持两者间的协调性，突显建筑内部自然采光效果，建设照明设施和通风系统的合理性使用，降低不必要的能源损耗。

生态建筑中，利用该系统的创设可保证各房间的自然采光效果，控制建筑能耗问题，彰显建筑生态性，为人们营造舒适、健康的空间环境。与此同时，在设计中以透光灯的应用可减少人工照明系统的设置，达到节能环保目标。此外，诱导式中庭气候交换系统的落实可根据外界环境变化，自动调整系统性能，对室内环境加以改善，如利用温室效应改变冬季环境下，室内存在的温差变化问题，加强室内温暖舒适性；利用热烟囱效果完善建筑内部通风条件，降低夏季空调系统使用率，达到自然降温的作用。以这种方式，可以收集和回收从建筑物中排除的热能，减少机械通风，达到节省建筑物能耗的目的。

引入绿色植物可以改善中庭的空气质量，减轻建筑物对周围环境的负担，为用户提供心理上的舒适感。再者，在生态建筑设计中，诱导式中庭气候交换系统的应用可有效控制相关设施设备的使用，做到能源管控，规避环境污染问题。且该系统可对建筑运行中产生的多余热量或能源进行回收利用，有效控制能源损耗，提高建筑实用价值。在生态建筑设计中，也可将绿色植被栽植在中庭中，以改善空气质量，进而营造美观环境，提高人们的生活品质。