如何合理利用自然光？

自然光无处不在，是取之不尽、用之不竭、清洁无污染的能源。自然光比人工照明具有更高的视觉功效，它使人们在心理上和生理上感到舒适愉快。光环境营造时可以采用多种方法达到改善室内采光、照明环境的要求，被动式自然采光措施如高侧窗、折射玻璃砖、水平搁板反光窗、天窗采光等；主动式自然采光措施如镜面反射技术、导光管技术、光导纤维导光技术等。

目前，国内整体趋势是外窗面积扩大，落地窗在建筑中应用越来越广，窗墙面积比越大，导致采暖和空调的能耗也越大。为此，从节能的角度出发，必须限制窗墙面积比，一般应以满足室内采光要求作为窗墙面积比的确定原则，在能耗和光舒适度之间找到平衡点，前面的章节已对此进行了详尽的叙述，此处不再赘述。

自然光与建筑相结合，创造了低能耗高光舒适度的健康居住环境，有利于建筑装饰艺术的创作。多变的自然光，加上丰富多彩的阳光，使材料质感更加明显，显示出自然光的艺术魅力。在建筑设计时，尽可能充分利用自然光代替人工照明，可以大大减小空调负荷，有利于减少建筑物能耗，在必要条件下可以采用自然光眩光控制装置，如遮阳百叶、PVC遮光幕等。这样利用和改善自然光在室内的分布，充分利用自然光资源，可以减小人工照明设备的能耗，改善室内光环境。

1.建筑采用自然采光的优点

（1）自然采光可以提高工作效率。尽管自然采光在节约能源和防止环境污染方面具有很大的潜力，但更重要的是它对室内人员的影响。建筑是为人而建的，调查表明，一个工作人员一年的照明用电费用仅和他一个小时的薪金相当，因此，自然采光的经济性主要表现在促进生产力、提高工作效率和增加出勤率，这些都为自然采光系统的初始投资回收提供了有力的保证。当前人们关注的绿色建筑，就包括如何将自然采光与健康建筑和室内环境质量联系起来。工作人员都喜欢办公室的窗户大一些，采光好一些，因为这样可以提高工作效率，正是由于自然光对人的美学、视觉和光生物学等方面的影响，人对自然光的需求无处不在。

图7-1　利用建筑自然采光的日本美术馆

（2）丰富室内光环境。从美学的角度来看，自然光能创造出人工照明无法创造的自然环境，更重要的是，室内人员可以享受室外的美景。自然光是自然界中动态变化的光线。其由散射光、反射光和折射光组成。它的强度、方向和频谱随着时间和天气的变化而变化。一个好的自然采光设计应该能够利用这些变化的属性创造一个良好的采光效果，丰富室内的光环境，如图7-1所示。

（3）自然采光使人们的身心更健康。照明研究中心最近提出了一个生理学原理假设，这一原理很好地解释了为什么自然采光可以提高工作效率。试验表明，自然光可以抑制人体中褪黑色素的产生，这种色素能够调节人体内部的生物钟和生理周期。Rea等人的研究也证明，在标准的办公室照度水平下，光波波长短，能量高，能更有效地抑制褪黑色素的产生，因此，自然光提供了合适的光环境，能够激发人体的生理周期系统，这样，人体的生理周期与室外的照度水平就会同步。白天室外照度高，光线好，人就很清醒；晚上照度低，相应地，人就很困乏，需要睡眠。自然光强度、持续时间的变化都可能引起人身体不适和情绪波动，如季节性情绪失调，都是由褪黑色素滞后所引起的。他们分析比较了从事同类工作的工作人员在有窗建筑与无窗建筑中的不同表现，得出不同结论。当然，自然采光设计要尽量避免对人体的一些负面影响，如减少太阳辐射，避免眩光与声光设备发生冲突，以及保证个人隐私等。

（4）自然采光有利于节能。采用人工光往往要消耗大量能源，这一方面会增加建筑物及其维护的成本；另一方面还会加快资源消耗及加重环境污染。因此，我国是一个人口大国，资源相对匮乏，从节能、造价、环保的角度来看，自然采光也是非常必要的。

在对自然采光设计进行考虑时，还需要注意的一个问题就是需要配合空调系统的节能。我国大部分地区夏季具有日照时间长、太阳辐射强的特点，因此，在建筑设计时需要合理利用屋檐、遮阳板、窗帘等调节采光，减少热能消耗，节省电力资源。这种情况在采用玻璃幕墙的建筑中表现得尤为明显，更需要合理协调采光节能与热能消耗的矛盾。

2.建筑自然采光方法的分类(www.xing528.com)

为了营造一个舒适的光环境，可以采用各种技术手段，通过不同的途径来利用自然光。自然采光的方法大致可以分为以下三类：

（1）纯粹的建筑设计方法。纯粹的建筑设计方法将自然采光视为建筑设计问题，与建筑的形式、体量、剖面（房间的高度和深度），平面的组织，窗户的形式、构造、结构和材料整体加以考虑，在达到自然采光的目的时，技术起了很小的作用或根本不起作用。自然光的质量、特性和数量直接取决于与建筑形式相结合的自然采光方案。

（2）利用技术支撑建筑设计方法。利用技术支撑建筑设计方法是通过建筑设计考虑自然采光，但由于某些原因（如地形、朝向、气候、建筑的特点等），自然采光满足不了工作的亮度要求或产生眩光等照明缺陷，而采用遮阳（室内外百叶、幕帘、遮阳板等）、玻璃（各种性能的玻璃及其组合装置）和人工照明控制等技术手段来补充和增强建筑的自然采光。也就是说，自然采光的目标先通过建筑形式来解决，再通过技术的整合弥补不足。

（3）采用先进技术方法。完全抛开建筑设计手段，采用先进的技术系统来解决自然采光，如导光管（分水平导光管和垂直导光管）、太阳收集器、先进的玻璃系统（全息照相栅、三棱镜、可开启的玻璃等），或者收集、分配和控制自然光的日光反射装置。

3.利用自然光需要注意的问题

对自然光的利用，要注意掌握自然光稳定性差，特别是直射光会使室内的照度在时间上和空间上产生较大波动的特点。设计者要注意合理地设计房屋的层高、进深与采光口的尺寸，注意利用中庭处理大面积建筑采光问题，并适时地使用采光新技术。

充分利用自然光，为人们提供舒适、健康的自然光环境，仅靠传统的采光手段已无法满足要求，新的采光技术的出现主要可以解决以下三个方面的问题：

（1）解决大进深建筑内部的采光问题。由于建设用地的日益紧张和建筑功能的日趋复杂，建筑物的进深不断加大，仅靠侧窗采光已不能满足建筑物内部的采光要求。

（2）提高采光均匀性。传统的侧窗采光，随着与窗距离的增加，室内照度显著降低，窗口处的照度值与房间最深处的照度值之比大于5∶1，视野内过大的照度对比容易引起肉眼的不舒适感。

（3）解决自然光的稳定性问题。自然光的不稳定性一直都是自然光利用中的一大难点所在，通过日光跟踪系统的使用，可最大限度地捕捉太阳光，在一定的时间内保持室内较高的照度值。