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摘要：随着社会和科学技术的发展，人类的生活居住环境逐渐恶化，在城市中充斥了各种污染，其中一些污染严重危害着人的健康，光污染是其中之一，光污染是指玻璃的光反射对外界的影响，自然采光的研究更倾向于对室内的影响。
因此进行合理的自然光设计是保持良好生活环境的基本要素。本文就自然采光在建筑设计中的材料的应用和空间结构设计的对比分析，通过设计进行优化，以资参考。
关键词：自然采光；建筑设计；太阳光；优化
中图分类号： TU2 文献标识码： A
引言
一般来说，建筑采光艺术性设计和技术性设计都有其各自的特点。通常建筑采光艺术性设计是指建筑的造型与空间结构设计，技术设计强调自然光的各种技术手段的应用，包括窗的材质、照明设施，组装设施，配套构件等。在新的建筑中，建筑在建筑体量、空间设计、结构设计中形成一个很大程度的自由空间，自然采光应成为其空间设计的主导因素。将自然光设计与建筑的构造空间造型结合成为一个整体，体现出建筑的功能性，这是本文的主要内容。自然光的性质、特点都表达于建筑的造型结构中，通過建筑的设计途径来实现自然光的表达。
一、自然采光对建筑存在的重要性
一切事物源于大自然，受自然因素的制约，人类也不例外。从古至今，建筑结构形式和施工技术都充满着智慧手法来与建筑环境相适应的。建筑产生在整体的自然环境之中，是它生存的前提，建筑不能独立存在从而脱离整体环境。建筑环境和自然环境是人类生存的空间基础，然而，前者必须在后者的基础之上才能立足[91。建筑设计对自然光的运用，要与整体环境相结合，考虑的是如何从生态因子的设计角度出发，参与其中并从中受益。太阳运行的轨道，天空的不同状态，气候条件和施工现场条件等，这些都是影响建筑设计中自然采光设计的环境因素，合理的利用自然条件会给人们带来意想不到的效果。这些因素的影响，与特定的地理区域，经纬度条件之间的相互作用有着必然的联系从而构成了建筑中光环境的独特性。
二、采光
单体建筑应符合总体规划提出的要求，单体建筑是总体规划的组成部分，除内部使用方便外，新设计的单体建筑，还一定要有良好的天然采光的房子，采光条件十分关键。既节约能源又采光良好的住宅，便于住宅内部各使用功能的布置，使人心情舒畅，否则在昏暗之中长期生活，对人的身心健康十分不利。
（一）、门窗对采光的影响
应有利于采光通风设置门窗位置，在房间中的窗口位置对室内采光的均匀性及光线的方向起决定作用，普通教室开设的侧窗为图1，其中图1a），图1b）三个窗窗间设小段或小柱实墙，相对集中，在课桌区内光线集中，采光均匀，暗角较小。图1c）在每个相同开间的中部窗均匀布置，窗间墙较宽，当窗宽不大时，影响该处桌面亮度，在墙后形成较大阴影区。
图1教室侧窗的布置
（二）、窗户尽量设计成具有采光和通风双重作用、开启式的活动窗户，这样具有环境效果和较好的节能。将位置在窗中间偏低处，窗的横档加宽，提高房间照度均匀性，以适当遮挡照度高的区域；在横档以上使用指向性玻璃或扩散光玻璃，可提高了房间深处的照度，增加射向顶棚的光线，有时覆盖井深达7m，明显得到改善室内采光效果。尽可能将缩小窗间墙，不均匀性得以减少。沿房间进深方向的采光均匀性受到窗位置的高低影响。建议房间深处至房间的窗洞上口与地面所成的角度大于等于26°。房间单侧在3-5m采光的进深限制，只能采用顶窗、人工照明或双侧窗等对于进深过大的房间。
三、自然采光在建筑设计中的优化
（一）、房屋朝向
住宅建筑的朝向根据当地的主导风向、住宅内部房间的使用要求、基地周围道路、太阳辐射等因素确定。决定墙面接受太阳辐射热量多少的是住宅建筑墙面上的日照时间。因为冬季太阳方位角变化的范围小,获得的日照时间的变化幅度很大在各朝向墙面上。夏季各朝向的墙面上,都能获得一定的日照时间，由于太阳方位角变化的范围较大。以西南和东南朝向获得日照时间较多,北向较少。日照时间均在8h以上,夏至日南偏东及偏西60°朝向的范围内。同墙面上的日照情况与住宅建筑室内的日照情况大体相似。因此,结合地区气象特点,通过分析评价、调查研究可以找到当地的最佳适宜朝向、不宜朝向和建筑朝向。往往较正南北住宅具有更佳的日照质量南偏东的住宅朝向。总体来讲,最佳朝向为南偏西或偏东15°~30°以内,适宜朝向为南偏西或偏东45°以内。但是从经济角度分析,比如高纬度地区间距是房高的1.8倍,低纬度地区间距是房高的1.4倍左右,坐北朝南的日照间距最大。若按此布置,空地面积显然过大。
（二）、冷采光
冷采光（图2）是一种从整个建筑来考虑的真正的采光方法，不仅减少人工光的需求，而且减少(至少不增加)制冷负荷的采光建筑。制冷负荷主要来自由光、设备、人体及阳光所产生的热，通常在现代办公建筑中因为人工照明产生热量而引起的空调负荷占到建筑总能耗的40%～60%。天然采光减少了电光的需要，并且相应地减少了由电光源所产生的热量。当结合高性能玻璃和室外遮阳设施的综合冷采光设计，可以减少从建筑外表皮获得的太阳辐射热。从总体上说，这些减少的热负荷常常会减少建筑中相应制冷系统的负荷量，这将降低空调系统的初始安装费用及运行维护费用，而这部分降低的费用足以弥补天然采光改善而增加的建造费用。
图2
（三）、天窗采光
天然采光就是天窗采光在封闭的走廊或非常深的空间中，可利用天窗采光来实现采光要求。窗户的位置和尺寸影响采光效率;天窗和靠近墙面顶部的成排小窗口，可在屋顶产生自然发光，这模拟了天空自然发光，可取得良好的天然光采光效果。
（四）、结构体玻璃面采光
在有效设计的采光建筑中，窗户通常占到外维护结构表面面积的25%。通常，良好采光建筑中的窗户面积并不会与非采光建筑窗户面积有很大的不同。良好的采光建筑依靠正确的窗户位置设置及窗户性能特点来获得良好的采光性能，如大面积的采光口可使用可穿透可见光和低太阳能热增益系数的玻璃，以减少进入室内的太阳辐射热，降低室内空调负荷。
（五）、自然光线下建筑的光影构图
建筑中光影美的表达的理论依据是光影构图理论。光与影是真正的动态组合构成建筑图形的一部分，可以形成不规则的动态图形，而且对图形本身来讲还可以随着时间的变化来改变其形状，位置，深度。建筑构件被自然光照射，它的影子被投射到背景上，形成特殊的图形，纹理。该形状的阴影是不固定的，因为它会随着背景表面改变而改变。因此，同一物体在不同背景下的阴影会有所不同，这使得建筑在光线作用下的光影构图有着丰富的变化，就是在一定的，有限的建筑形式构图中取得多种多样的、变幻莫测的变化。
光线的形状可以使建筑物的表面呈现出各种不同的形态，光影构图在建筑表面上构成的是立体的图像。根据光的图案形状可分为点状光源，线状光源性和平面状光源。建筑的内外表面在不同形状的光源照射下会产生不同的阴影，利用上建筑空间引入自然光，不同形状采光口会产生出各其形各异的光影。建筑物的阴影构图和光线的形状一样，在构成方面也是由点、线和面组成的，只是在方式上和光线不同。自然光线通过透明孔洞时在遮光物背后形成阴影，可以使用的遮光的材料包括遮阳部件，结构部件，窗权和窗上的纹理等。建筑阴影的形成是由遮光物的造型和气表面与阴影面的距离，还有与阴影面构成的角度决定的。阴影面的表面和材质也影响着光影的形成。如图3所示。
图3
结束语
总之，在探讨过自然采光在建筑设计中的运用之后有助于我们以一种新的角度去审视建筑，如空间，造型，材料，功能等因素。让我们认识到在建筑设计中要注重采光设计，将艺术性与技术性有力的结合，从建筑的本性出发来进行建筑设计，这样才能更好地体现出建筑自身的价值。
参考文献
[1]孟峙.天然光的利用和方法的研究[D].北京:北京工业大学，2007.
[2]王爱英，时刚．天然采光技术新进展［J］．建筑学报，2003(03)
[3]GB/T50033—2001．建筑采光设计标准［S］
[4] 屈寒飞. 建筑设计中自然采光方法的发展趋势及特点[J]. 热带建筑，2004（03）
[5] 林秀菊. 浅析建筑设计中自然采光方法的发展趋势及特点 [J].《城市建设理论研究（电子版）》，2011（16）
[6] 于家驹. 对建筑设计中运用自然采光方法研究 [J]. 《城市建设理论研究（电子版）》，2011（20）
[7] 闫玮. 建筑自然采光优化设计策略探讨[D]. 上海：同济大学建筑与城市规划学院，2009
因此进行合理的自然光设计是保持良好生活环境的基本要素。本文就自然采光在建筑设计中的材料的应用和空间结构设计的对比分析，通过设计进行优化，以资参考。
关键词：自然采光；建筑设计；太阳光；优化
中图分类号： TU2 文献标识码： A
引言
一般来说，建筑采光艺术性设计和技术性设计都有其各自的特点。通常建筑采光艺术性设计是指建筑的造型与空间结构设计，技术设计强调自然光的各种技术手段的应用，包括窗的材质、照明设施，组装设施，配套构件等。在新的建筑中，建筑在建筑体量、空间设计、结构设计中形成一个很大程度的自由空间，自然采光应成为其空间设计的主导因素。将自然光设计与建筑的构造空间造型结合成为一个整体，体现出建筑的功能性，这是本文的主要内容。自然光的性质、特点都表达于建筑的造型结构中，通過建筑的设计途径来实现自然光的表达。
一、自然采光对建筑存在的重要性
一切事物源于大自然，受自然因素的制约，人类也不例外。从古至今，建筑结构形式和施工技术都充满着智慧手法来与建筑环境相适应的。建筑产生在整体的自然环境之中，是它生存的前提，建筑不能独立存在从而脱离整体环境。建筑环境和自然环境是人类生存的空间基础，然而，前者必须在后者的基础之上才能立足[91。建筑设计对自然光的运用，要与整体环境相结合，考虑的是如何从生态因子的设计角度出发，参与其中并从中受益。太阳运行的轨道，天空的不同状态，气候条件和施工现场条件等，这些都是影响建筑设计中自然采光设计的环境因素，合理的利用自然条件会给人们带来意想不到的效果。这些因素的影响，与特定的地理区域，经纬度条件之间的相互作用有着必然的联系从而构成了建筑中光环境的独特性。
二、采光
单体建筑应符合总体规划提出的要求，单体建筑是总体规划的组成部分，除内部使用方便外，新设计的单体建筑，还一定要有良好的天然采光的房子，采光条件十分关键。既节约能源又采光良好的住宅，便于住宅内部各使用功能的布置，使人心情舒畅，否则在昏暗之中长期生活，对人的身心健康十分不利。
（一）、门窗对采光的影响
应有利于采光通风设置门窗位置，在房间中的窗口位置对室内采光的均匀性及光线的方向起决定作用，普通教室开设的侧窗为图1，其中图1a），图1b）三个窗窗间设小段或小柱实墙，相对集中，在课桌区内光线集中，采光均匀，暗角较小。图1c）在每个相同开间的中部窗均匀布置，窗间墙较宽，当窗宽不大时，影响该处桌面亮度，在墙后形成较大阴影区。
图1教室侧窗的布置
（二）、窗户尽量设计成具有采光和通风双重作用、开启式的活动窗户，这样具有环境效果和较好的节能。将位置在窗中间偏低处，窗的横档加宽，提高房间照度均匀性，以适当遮挡照度高的区域；在横档以上使用指向性玻璃或扩散光玻璃，可提高了房间深处的照度，增加射向顶棚的光线，有时覆盖井深达7m，明显得到改善室内采光效果。尽可能将缩小窗间墙，不均匀性得以减少。沿房间进深方向的采光均匀性受到窗位置的高低影响。建议房间深处至房间的窗洞上口与地面所成的角度大于等于26°。房间单侧在3-5m采光的进深限制，只能采用顶窗、人工照明或双侧窗等对于进深过大的房间。
三、自然采光在建筑设计中的优化
（一）、房屋朝向
住宅建筑的朝向根据当地的主导风向、住宅内部房间的使用要求、基地周围道路、太阳辐射等因素确定。决定墙面接受太阳辐射热量多少的是住宅建筑墙面上的日照时间。因为冬季太阳方位角变化的范围小,获得的日照时间的变化幅度很大在各朝向墙面上。夏季各朝向的墙面上,都能获得一定的日照时间，由于太阳方位角变化的范围较大。以西南和东南朝向获得日照时间较多,北向较少。日照时间均在8h以上,夏至日南偏东及偏西60°朝向的范围内。同墙面上的日照情况与住宅建筑室内的日照情况大体相似。因此,结合地区气象特点,通过分析评价、调查研究可以找到当地的最佳适宜朝向、不宜朝向和建筑朝向。往往较正南北住宅具有更佳的日照质量南偏东的住宅朝向。总体来讲,最佳朝向为南偏西或偏东15°~30°以内,适宜朝向为南偏西或偏东45°以内。但是从经济角度分析,比如高纬度地区间距是房高的1.8倍,低纬度地区间距是房高的1.4倍左右,坐北朝南的日照间距最大。若按此布置,空地面积显然过大。
（二）、冷采光
冷采光（图2）是一种从整个建筑来考虑的真正的采光方法，不仅减少人工光的需求，而且减少(至少不增加)制冷负荷的采光建筑。制冷负荷主要来自由光、设备、人体及阳光所产生的热，通常在现代办公建筑中因为人工照明产生热量而引起的空调负荷占到建筑总能耗的40%～60%。天然采光减少了电光的需要，并且相应地减少了由电光源所产生的热量。当结合高性能玻璃和室外遮阳设施的综合冷采光设计，可以减少从建筑外表皮获得的太阳辐射热。从总体上说，这些减少的热负荷常常会减少建筑中相应制冷系统的负荷量，这将降低空调系统的初始安装费用及运行维护费用，而这部分降低的费用足以弥补天然采光改善而增加的建造费用。
图2
（三）、天窗采光
天然采光就是天窗采光在封闭的走廊或非常深的空间中，可利用天窗采光来实现采光要求。窗户的位置和尺寸影响采光效率;天窗和靠近墙面顶部的成排小窗口，可在屋顶产生自然发光，这模拟了天空自然发光，可取得良好的天然光采光效果。
（四）、结构体玻璃面采光
在有效设计的采光建筑中，窗户通常占到外维护结构表面面积的25%。通常，良好采光建筑中的窗户面积并不会与非采光建筑窗户面积有很大的不同。良好的采光建筑依靠正确的窗户位置设置及窗户性能特点来获得良好的采光性能，如大面积的采光口可使用可穿透可见光和低太阳能热增益系数的玻璃，以减少进入室内的太阳辐射热，降低室内空调负荷。
（五）、自然光线下建筑的光影构图
建筑中光影美的表达的理论依据是光影构图理论。光与影是真正的动态组合构成建筑图形的一部分，可以形成不规则的动态图形，而且对图形本身来讲还可以随着时间的变化来改变其形状，位置，深度。建筑构件被自然光照射，它的影子被投射到背景上，形成特殊的图形，纹理。该形状的阴影是不固定的，因为它会随着背景表面改变而改变。因此，同一物体在不同背景下的阴影会有所不同，这使得建筑在光线作用下的光影构图有着丰富的变化，就是在一定的，有限的建筑形式构图中取得多种多样的、变幻莫测的变化。
光线的形状可以使建筑物的表面呈现出各种不同的形态，光影构图在建筑表面上构成的是立体的图像。根据光的图案形状可分为点状光源，线状光源性和平面状光源。建筑的内外表面在不同形状的光源照射下会产生不同的阴影，利用上建筑空间引入自然光，不同形状采光口会产生出各其形各异的光影。建筑物的阴影构图和光线的形状一样，在构成方面也是由点、线和面组成的，只是在方式上和光线不同。自然光线通过透明孔洞时在遮光物背后形成阴影，可以使用的遮光的材料包括遮阳部件，结构部件，窗权和窗上的纹理等。建筑阴影的形成是由遮光物的造型和气表面与阴影面的距离，还有与阴影面构成的角度决定的。阴影面的表面和材质也影响着光影的形成。如图3所示。
图3
结束语
总之，在探讨过自然采光在建筑设计中的运用之后有助于我们以一种新的角度去审视建筑，如空间，造型，材料，功能等因素。让我们认识到在建筑设计中要注重采光设计，将艺术性与技术性有力的结合，从建筑的本性出发来进行建筑设计，这样才能更好地体现出建筑自身的价值。
参考文献
[1]孟峙.天然光的利用和方法的研究[D].北京:北京工业大学，2007.
[2]王爱英，时刚．天然采光技术新进展［J］．建筑学报，2003(03)
[3]GB/T50033—2001．建筑采光设计标准［S］
[4] 屈寒飞. 建筑设计中自然采光方法的发展趋势及特点[J]. 热带建筑，2004（03）
[5] 林秀菊. 浅析建筑设计中自然采光方法的发展趋势及特点 [J].《城市建设理论研究（电子版）》，2011（16）
[6] 于家驹. 对建筑设计中运用自然采光方法研究 [J]. 《城市建设理论研究（电子版）》，2011（20）
[7] 闫玮. 建筑自然采光优化设计策略探讨[D]. 上海：同济大学建筑与城市规划学院，2009