建筑设计中利用自然光的技术策略探讨

时间：2024-08-31

刘永鑫酒泉市建筑设计院有限责任公司

1 前言

随着生活水平的不断提高，人们对自身居住环境也提出了更好的要求。针对这一现象，建筑师需要转变以往的设计理念，在建筑设计当中科学的引入自然光，保障室内采光效果，根据住户需求来进行室内设计，提高人们生活质量。

2 自然光应用的现状

2.1 自然光在建筑造型中的应用

查看建筑外部造型，主要依靠光线及其在建筑外墙所留下的光影来实现的，通过这种方式更好观察建筑外部造型，了解其美感。古埃及金字塔能够通过光线留下的阴影来呈现出纯净又雄伟的体量，在自然光照射下反映出高光、反光等内容的层次感，更好反衬出建筑的构造美。作为中国古老建筑挑檐经过阳光投射能够投射出既清晰又优美的阴影，使其在一定空间内充分展现出自身装饰成果。

2.2 自然光对于空间氛围的营造

阳光不仅可以为我们带来光明，其还能在一定程度上映射出不同情绪。在阳光强度、方向等内容不断改变的背景下，光线影响着我们对空间的感知——放松、压迫等，进而还会影响到我们情绪——慌张、积极、活力四射等。

2.3 自然光与动态关联

设计师的设计归属于静态建筑，而光线、建筑以及时间存在着四维关系。没有静止不动的光线，任何形式的自然光都会随时间而呈现出不同强度、方向等内容。日本著名建筑师在设计石原邸住宅设计时，其内院设计是最令人震撼的部分，他将大片的玻璃砖引入设计当中，构建了一个能够与外部直接进行接触的室内外建筑——光井，在白天室内被自然光照射的非常明亮，夜间则黑暗静谧，被室内灯光所照亮，这种设计模式可以让住户充分的体验四季变化并感受生活。

3 自然光在当下建筑设计中的作用

3.1 自然光的应用能够起到调节室内环境作用

自然光对现阶段室内环境的调节起着关键性作用，对于自然光照射偏少的建筑来说更为重要，与此同时自然光还能调节室内温度。四季变化对室内温度影响极大，在冬季，多数建筑都是依靠空调等机械系统来调节室内温度，而处于高纬度的地区，其主要利用燃烧煤炭等内容来取暖，通过这种方式不仅会加大能源消耗，还会降低室内空气的流动性，甚至还会提高一氧化碳中毒等不良现象发生率，对人们生命健康构成威胁。而科学的运用自然光能够有效降低资源浪费，使建筑能够保持健康舒适的室内环境。

3.2 自然光的应用能够改变建筑视觉效果

自然光对建筑视觉效果的改变有着积极影响。以建筑设计的实际情况为根本出发点，合理的把控建筑空间和光照条件，以便能够达到更好的关照效果，在对建筑物光照角度等内容进行合理调整后，能够使其在视觉上达到多样化效果，受到了人们的喜爱。

3.3 自然光的应用促进能源可持续发展

随着我国建筑行业的不断发展，建筑自然光使用也取得了巨大突破。将自然光科学的引用到现阶段建筑设计当中，其不仅可以有效的解决建筑能源消耗的问题，还满足当下我国低碳节能的理念，为我国生态文明建设的可持续发展打下坚实基础。

4 建筑设计中利用自然光的技术策略

4.1 诱导式采光设计

经研究表明，自然光对人们的心理和生理健康起着积极影响，而建筑的采光情况也是衡量建筑内外环境质量的主要指标之一。因此，科学的自然采光不但可以避免由于人工照明带来的资源浪费，而且还可以辅助工程师设计出一个更加温暖、舒适的建筑内环境。不同的生态建筑师在设计上都会对自然采光有着不同见解，他们会根据建筑的实际情况来制定相应建设措施。其中高技术生态建筑是现阶段设计师广泛使用的建设策略之一，它在运用时主要采用透光性材料，其最大优势就是能够最大限度的增加采光面积。此外，诱导式采光主要以建筑的内部光照为根本出发点来设计的，主要运用自然采光，避免人工照明带来的人员成本消耗。诱导式采光设计包括遮阳设施、安装百叶窗等内容，其既可以为顾客提供充足的自然光照，又能降低能源消耗等不良现象的发生几率，尤其是太阳收集器等高科技的应用，为我国生态建筑的发展打下了坚实基础。

4.2 诱导式恒温恒湿围护结构设计

太阳光热能对诱导式恒温恒湿围护结构的设计有着积极影响，其能够最大限度减少机械设备的使用，经过科学的设置和挑选材料，使室内温度湿度达到最佳状态。这种设计合理的运用了自然运转规律，属于绿色化建设设计手法，其最常应用在“双层皮”玻璃幕墙的设计当中。“双层皮”幕墙可以借助其巧妙的表皮设计来吸收自然光，其中透明围护结构能够更好的降低建筑能源消耗，并受到了众多建筑师的青睐，被称为“可呼吸的建筑皮肤”。“双层”玻璃幕墙能够很好的解决以往建筑能耗高、空气质量差等问题，提高工程建筑水平，为工程建筑走向绿色化道路打下坚实基础。

在冬季，“双层皮”的特殊构造能够起到空气预热作用，其不但可以减少建筑表皮热量消耗，而且还能降低室内噪音值，为人们营造一个健康舒适的生活环境。在高层建筑中，“双表皮”可以有效抵抗建筑内层的风压，为建筑自由开创通风提供了有利条件，进而降低高层建筑中机械通风所带来的能源消耗，推动了我国生态文明的发展。由于“双层皮”的自然和机械相结合设计原理，其可以确保建筑在晚上利用率较低时，依然保持自然通风的状态。“双层皮”玻璃幕墙可以有效进行热能集中并实现循环利用，降低能源消耗。所以，“，“双层皮”玻璃幕墙是现阶段生态建筑中不可或缺的一部分，它能够随着气候变化做出积极反应。

4.3 诱导式中庭气候交换系统

诱导式中庭交换系统主要由诱导式采光和诱导式通风作用而成的，其对生态文明的发展起着积极作用，且广泛应用于现阶段生态建筑当中。透光中庭是最为传统的设计，它能够充分体现出人们自然光的喜爱。在20世纪60年代，美国在大型公共建筑设计上引入中庭，由此，中庭设计的性质发生了巨大改变：在人们面前呈现出了都市气息，其在设计上具有多样化特点，能够给人带来足够的公共空间。在科技和建筑不断发展的背景下，中庭的作用不仅仅局限于公共空间，其还有着室内气候调节的特点，保障室内环境水平。在现阶段生态建筑当中，这种高效益中庭设计往往会成为生态建筑师内容设计的首选。

生态建筑主要把“绿化引入”等内容作为建设的根本出发点，其不仅可以有效的降低资源消耗，而且还能调节室内环境和温度，为建筑内环境水平的提高奠定了坚实基础。透光中庭的绿化引入是依靠自然光热效应实现的，它可以确保中庭设计的建筑在冬季利用温室效应达到室内保暖效果，夏季采用热烟囱效应根据热压原理使建筑实现自然通风，从而达到散热的效果。与此同时，中庭设计的引入不仅可以降低机械通风带来的能源消耗，还能够使回收的热能实现循环使用，使能源得到充分利用。

4.4 OM阳光体系

OM阳光体系具有多功能化的特点，其可以使建筑室内实现空气加热或冷却，对地面进行加热，保障室内温度，并提供大量热水资源。太阳能属于被动式系统，相关人员只需要采用有限的高技术就能够实现一年的室内气候调节。OM 阳光体系不仅仅采用了高技术，其在设计上主要将“高技术”和“低技术”进行融合，使其保持简洁性特点，建筑下通气槽设计可以有效避免室外空气的入侵，使其集中在屋檐之下，并在玻璃集热板加热下转化成可利用的热水，为每家每户热水和暖气的供应提供了有利条件。而高技术的应用可以提高系统工作效率，使建筑中的玻璃集热板设计充分发挥了其应用价值。此外，相关人员需要对建筑内的不同位置进行检测，以此更好的确定热空气导入或排出，具体措施如下。

空气流动对热量的收集和传递有着积极影响，其为建筑内热水的供应创造了有利条件。地板下的热能储蓄室运作原理如下，当屋顶热空气被传输到位于地下的水泥板上时，热空气会作用于水泥厚板，对其进行加热，在经过地板风口为室内送风。此时，因为水泥板有着蓄热性特点，其能够在夜间实现辐射并储存更多热量，使太阳能更好实现昼蓄夜发的特点。因此，OM 阳光体系在不同时间或季节都有着不同的运行方式，而这些措施的使用可以能够有效加强建筑物与OM系统之间的联系，使其能够合理的依据大自然变化来运转，与气候等内容相互作用，使建筑全年都维持在舒适健康的环境下。

4.5 功能区和缓冲区设置

科学的设置功能区和缓冲区，最大限度的为每处功能空间提供充足采光和通风等环境设计，降低建筑中的能源消耗。功能区和缓冲区的设置既相互独立又有一定联系，从功能的角度来讲，这对功能区灵活性的提高起着关键性作用，而站在能源的角度来看，功能区和缓冲区具有独立性特征，两者可以对能源加以有效的利用，如阳光中庭缓冲区可以改善室内环境，保障建筑采光等环境内容等。在建筑上，功能区主要作用于建筑的功能层面，如办公中不可缺少的办公区等内容，而缓冲服务区在建筑当中起着辅助的作用。功能区具有较大的活动空间，其主要将功能和使用模式进行合理调整，保障建筑在能源消耗最低的基础上实现新的应用功能。而缓冲区主要作用于功能区，它对高技术生态建筑内环境的调节有着积极影响，其不仅可以辅助功能区运转，还能为其营造一个良好的室内外环境缓冲空间。