自然采光類型概述

1、1、 自然采光的重要性： 太陽(yáng)光的優(yōu)點(diǎn) 首先，作為自然光光源的太陽(yáng)光，光量極其巨大，這是迄今為止任何光源根本沒(méi)有的。 第二作為自然光光源的太陽(yáng)光， 在以億年計(jì)的時(shí)間范圍內(nèi)， 可以說(shuō)是取之不盡、 用之不竭的。 也不用花任何代價(jià)去“開(kāi)采” 。這是任何的靠電能、化學(xué)能、生物能為動(dòng)力的人工光源所不 能比擬的。第三，太陽(yáng)光光譜中的短波光如紫外線，可以殺菌，還可以預(yù)防軟骨病。第四，自然 采光實(shí)施起來(lái)極其簡(jiǎn)便，不需要敷設(shè)線路、不需要設(shè)備，也不需要什么復(fù)雜的技術(shù)。可以這 么說(shuō)，見(jiàn)得到太陽(yáng)的地方，就可以進(jìn)行自然采光。第五，一般地，人們可以在獲取自然光的同 時(shí)，同時(shí)取得心曠神怡的“視景” 。第六，太陽(yáng)光中蘊(yùn)涵有大

2、量的熱能，雖然現(xiàn)在我們?nèi)祟愞D(zhuǎn) 化、儲(chǔ)存這些熱能的技術(shù)還十分初級(jí)，但是可以預(yù)見(jiàn)，這種技術(shù)肯定會(huì)很快發(fā)展起來(lái)。太陽(yáng)光能滿足人們的心理需求 電燈照明可以滿足人類的采光需要，但滿足不了人們的心理需求 。太陽(yáng)光是取之不盡 的源泉，太陽(yáng)光無(wú)時(shí)無(wú)刻不在改變之中，并將變化的天空色彩、光層和氣候傳送到它所照亮 的表面和形體上去。白天太陽(yáng)光作為室內(nèi)采光，通過(guò)墻面上的窗戶進(jìn)入房間，投落在房間的 表面上，使色彩增輝、質(zhì)感明朗。由太陽(yáng)光而產(chǎn)生的光影圖案變化使房間的空間活躍，清晰 明朗地表達(dá)了室內(nèi)的形體。光和影，對(duì)于家具裝飾有潤(rùn)色作用，使室內(nèi)充盈藝術(shù)韻味和生活 情趣。日光照明的歷史和建筑本身一樣悠久，但隨著方便高效的電燈

3、的出現(xiàn)，日光逐漸為人 們所忽視。直到最近，人們才重新審視自己一味追求物質(zhì)享受，過(guò)度消耗地球自然資源的不 理智行為。太陽(yáng)光具有一些獨(dú)特的物理性能 太然光具有一些物理特性，如波動(dòng)性， 微粒性，發(fā)出光輝， 光色自然， 能夠顯示出質(zhì)感， 而且富于動(dòng)態(tài)變化。 基于這些特性， 天然光有其他光源不可比擬的獨(dú)特的表現(xiàn)力天然光通過(guò) 窗玻璃入射在室內(nèi)空間， 由于光的質(zhì)感和透明玻璃的質(zhì)感相似，可賦予人們以天然光的純凈的感覺(jué)。二、屋頂采光藝術(shù)設(shè)計(jì)屋頂采光其優(yōu)勢(shì)在于可以最大限度地利用不同高度、不同方位的太陽(yáng)光，不僅光線柔和、均勻，能保證充分的室內(nèi)采光，而且其效果強(qiáng)烈，藝術(shù)表現(xiàn)力強(qiáng)。正由于此，從古至今，不乏有建筑師以自己

4、獨(dú)到的創(chuàng)造力，在其建筑作品中表現(xiàn)出對(duì)屋頂天光多樣化的設(shè)計(jì)靈感。從古羅馬萬(wàn)神廟穹頂瀉入的柔和的天光到現(xiàn)代高技派的采光大窗處理，建筑屋頂采光設(shè)計(jì)的形式和手段呈多樣化的趨勢(shì)。不同的手法，造成了不同的光影藝術(shù)空間。屋頂采光按采光口的位置分，主要有集中式和分散式兩種。（1）集中式屋頂采光集中式屋頂采光是指在屋頂位置處只設(shè)置一個(gè)采光口，太陽(yáng)光通過(guò)這個(gè)采光口進(jìn)入室內(nèi)空間，達(dá)到采光要求及藝術(shù)體驗(yàn)。古羅馬時(shí)代的萬(wàn)神廟在重建時(shí)采用了穹頂?shù)男问剑词且环N集中式的屋頂天窗。它是一個(gè)433米直徑的半球，中央開(kāi)洞，陽(yáng)光從這個(gè)圓洞進(jìn)入室內(nèi)。有天宇象征意味的穹頂寓意著人的世界和神的世界的相互聯(lián)系。太陽(yáng)的直射光通過(guò)穹頂進(jìn)入室內(nèi)

5、，形成柔和的漫射光，使內(nèi)庭空間產(chǎn)生了寧?kù)o肅穆的宗教氣氛。此后，建筑師們以自己非凡的創(chuàng)造力，利用不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)手段創(chuàng)造出豐富多樣集中式屋頂采光形式， 如半球型、拱型、錐型、單坡面、雙坡面、圓形孑L洞、方形孑L洞等各種形式；透光材料主要有透光玻璃、半透光玻璃、彩色玻璃、蝕刻玻璃、加鉛玻璃、陽(yáng)光板以及各種膜結(jié)構(gòu)材料等；采光口構(gòu)造做法和細(xì)部設(shè)計(jì)方法多樣，如有框玻璃構(gòu)造、無(wú)框玻璃構(gòu)造以及表現(xiàn)結(jié)構(gòu)和裝飾構(gòu)件等各種方法。采光口形式、透光材料和構(gòu)造做法的不同，使建筑光環(huán)境呈現(xiàn)出不同的空間氣氛和藝術(shù)感染力。在現(xiàn)代建筑中，不乏使用集中式屋頂采光洞口的建筑實(shí)例。諾曼福斯特設(shè)計(jì)建造的德國(guó)新國(guó)會(huì)在屋頂采用了一個(gè)半球

6、型的玻璃罩，并在其下加了一個(gè)成倒立圓錐形的玻璃鏡面，這樣的穹頂結(jié)構(gòu)，使建筑內(nèi)部引入大量的光線；并且通過(guò)光的折射產(chǎn)生豐富、獨(dú)特的影像效果。以意大利建筑師保羅波多蓋希在1964年設(shè)計(jì)的薩萊諾神圣宗族小禮拜堂為例。建筑是灰色的清水混凝土的體塊，只是在其禮拜堂大廳屋頂中央有一個(gè)圓形天窗， 天窗的弧形邊界和屋頂層疊向上的天花相交錯(cuò)，透過(guò)圓形天窗的太陽(yáng)直射光和地面的反射光，使層疊的天花形成強(qiáng)烈的明暗對(duì)比，置身室內(nèi)，仰望屋頂，猶如聆聽(tīng)著一曲光線的奏鳴曲。同時(shí)，大廳內(nèi)部四處彌漫著柔和的光線，營(yíng)造了室內(nèi)空間安靜的氣氛?；艨?HOK)建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)的美國(guó)達(dá)拉斯商廊，則是一個(gè)拱形天窗的杰出設(shè)計(jì)。此商廊以一條廊道作為

7、中心軸線，廊道頂部由連續(xù)平行的玻璃板覆蓋， 形成了大面積的玻璃拱頂。由于天然光的充分利用和高技術(shù)手法的表現(xiàn)，亮麗的商廊室內(nèi)，傲然聳立宛如一座“專供太陽(yáng)神的神廟”，創(chuàng)造出了商業(yè)氣氛活躍的室內(nèi)光環(huán)境。另外，膜結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，使得直射光和漫射光融合，在室內(nèi)也產(chǎn)生了新奇的光影氣氛。如在基特雷斯布拉德伯恩的丹佛國(guó)際機(jī)場(chǎng)旅客候機(jī)樓綜合體。全封閉的張拉索膜結(jié)構(gòu)， 白色尖形屋頂如威嚴(yán)的巖石肅然起敬。（2） 分散式屋頂采光相對(duì)于集中式的單個(gè)洞口，分散式的多個(gè)洞口在設(shè)計(jì)上更加自由。在屋頂采光不是要求大量光線時(shí)，并考慮到由光影帶來(lái)的特殊藝術(shù)效果，可以利用分散式屋頂采光方式。在使用不同透光材料和構(gòu)造做法的基礎(chǔ)上，可以

8、創(chuàng)造出更加豐富優(yōu)美的屋頂形態(tài)、優(yōu)雅多變的建筑體形；同時(shí)，創(chuàng)造出豐富多彩、變幻莫測(cè)的室內(nèi)光影藝術(shù)效果。分散式屋頂采光可以不拘泥于形式，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力，讓光線在通透與遮擋之間曲折而行，豐富的光與影成為建筑室內(nèi)空間表現(xiàn)的主角。諾曼福斯特設(shè)計(jì)的斯坦斯特德倫敦第三機(jī)場(chǎng)，把所有的設(shè)備安裝在地下，使屋頂能夠自由設(shè)計(jì)從而引入并反射光線。諾曼福斯特把此機(jī)場(chǎng)候車(chē)大廳的屋頂開(kāi)出一個(gè)個(gè)天窗，并設(shè)計(jì)成雙層，下層是金屬片，上層是透光玻璃，太陽(yáng)光在這兩層之間形成反射，產(chǎn)生了如同天幕一般的光環(huán)境。此種光影效果讓旅客如同置身于森林浴之中，令人心情愉悅。FRANCE建筑工作室在馬斯喀特市的法國(guó)大使館的設(shè)計(jì)中， 由于在屋頂

9、開(kāi)出了更加細(xì)密的“洞口”，因而呈現(xiàn)出更加戲劇化的效果。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中，使用了一種布滿洞孔的混凝士的片覆蓋在屋頂上。當(dāng)陽(yáng)光照射的時(shí)候，透過(guò)孔洞打在室內(nèi)墻壁上和地板上的光斑構(gòu)幻出如同“一千零一夜” 的西方神話的神奇場(chǎng)景。光與影，以及周?chē)木拔铮瑒?chuàng)造出具有異域情調(diào)的景致。三、側(cè)墻采光藝術(shù)設(shè)計(jì)太陽(yáng)每日東升西落，不斷變化，側(cè)墻采光相對(duì)于屋頂采光方法簡(jiǎn)單，靈活多樣，藝術(shù)效果更富于動(dòng)感和變化，更容易創(chuàng)造出新奇的趣味性、個(gè)性和人情味。除洞口尺寸、位置、透光材料、構(gòu)造做法影響側(cè)墻采光的藝術(shù)效果外，朝向也是一個(gè)重要的影響因素。（1）集中式玻璃幕墻采光建筑技術(shù)的發(fā)展，使大面積的玻璃幕墻的使用成為風(fēng)尚。這種采光手段能

10、使建筑室內(nèi)空間獲得足夠的光線，產(chǎn)生通透、亮麗的視覺(jué)感受；同時(shí)在大面積的玻璃幕墻上進(jìn)行獨(dú)特的分格細(xì)部設(shè)計(jì)也可以使室內(nèi)產(chǎn)生豐富奇妙的分格影像效果。當(dāng)玻璃幕墻采用曲面形式，如理查德達(dá)特內(nèi)建筑工作室設(shè)計(jì)的康愛(ài)迪生公司服務(wù)大樓的曲面墻，可減少陽(yáng)光的直射，室內(nèi)的環(huán)境氣氛更加柔和舒適，同時(shí)曲面玻璃上的分格可產(chǎn)生動(dòng)態(tài)和變幻的奇特光影效果。東京基督教會(huì)中，又形成了另外一種光影效果。此教會(huì)禮拜室圣壇的正前方是一面完整的光壁。它也是整個(gè)建筑立面的重要元素。光壁遮蔽了外面的景觀和聲音，卻和大量的光線形成了空間對(duì)話；同時(shí)，這種對(duì)話隨時(shí)間、季節(jié)、氣候而變化。當(dāng)信徒面向圣壇祈禱時(shí)，會(huì)感受到時(shí)空的轉(zhuǎn)變。（2） 分散式側(cè)墻采光

11、利用側(cè)墻采光的著名實(shí)例是柯布西耶設(shè)計(jì)的朗香教堂。高低錯(cuò)落的不規(guī)則的窗口從室內(nèi)望去成為一個(gè)個(gè)透光的方孔，與傾斜的墻面相配合，造成一種不穩(wěn)定感；也使人親身感受到神圣空間特殊的宗教氣氛。一般來(lái)講，側(cè)墻面采光大多采用較為規(guī)則的洞口。常用的形式有橫向的帶形窗、縱向的帶形窗、一系列的方窗和其他一些特殊形狀的窗口。盡管形式簡(jiǎn)單，但是如果深入研究側(cè)墻采光洞口的位置、尺寸等諸多因素，并且配合使用光的反射、折射等技術(shù)裝置及細(xì)部設(shè)計(jì)，就會(huì)產(chǎn)生意想不到的光影藝術(shù)效果。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑師已經(jīng)不再滿足于僅利用墻面的開(kāi)洞來(lái)創(chuàng)造建筑光環(huán)境，他們研究材料的特征以及光的物理性質(zhì)，并將其研究結(jié)果應(yīng)用于建筑光環(huán)境藝術(shù)效果的營(yíng)

12、造，在光與影的奇妙組合中，創(chuàng)造出奇妙的空間藝術(shù)效果。瑞士建筑師培特尊托設(shè)計(jì)建造的松恩小教堂，利用了一條水平高窗帶，使弧形的內(nèi)部空間在講壇后方形成高背采光，光線沿著曲面從屋頂處向四周漫射而下，創(chuàng)造了如同巴洛克式教堂的光影效果。置身其中，盡可以感受到圣潔柔和的空間氣氛。同樣的，在墻面設(shè)計(jì)一系列方窗也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的具有豐富韻律感的光影。例如，在R萊戈雷塔的Reanh工廠的設(shè)計(jì)中，墻上的方孔既是構(gòu)圖需要又成為對(duì)外觀景的景框，墻上垂直的縫隙在室內(nèi)走廊中造成強(qiáng)烈的光影。光影隨時(shí)間的變化產(chǎn)生動(dòng)態(tài)效果，造成了如同音樂(lè)般的空間韻律。四、中庭采光(1)中庭頂部的透光性中庭頂部光線的透過(guò)率直接影響中庭收集到的天然光的

13、數(shù)量，頂部的透過(guò)率越高，經(jīng)由中庭到達(dá)中庭底部和相鄰空間的光線越多。夏季進(jìn)入過(guò)多的太陽(yáng)光線，可能引起中庭過(guò)熱，需要進(jìn)行遮陽(yáng)處理。遮陽(yáng)措施會(huì)降低中庭頂部的透光量，在冬季中庭底部甚至需要人工照明來(lái)補(bǔ)充不足的照度水平。解決這一矛盾的辦法就是使用可移動(dòng)的遮陽(yáng)控制中庭頂部的透光量隨季節(jié)的變化而變化。1981年建成的位于科羅拉多州的科羅拉多山地學(xué)院的天窗遮陽(yáng)經(jīng)過(guò)精巧的設(shè)計(jì)，夏天遮陽(yáng)板遮蔽強(qiáng)烈的太陽(yáng)光線，冬季將遮陽(yáng)板翻轉(zhuǎn)，內(nèi)側(cè)可以反射更多的太陽(yáng)光線進(jìn)入室內(nèi)。通過(guò)不同表面的透光材料進(jìn)入中庭的太陽(yáng)光線的性質(zhì)不同。太陽(yáng)光線透過(guò)普通玻璃、Low-E 玻璃等表面光滑的透光材料，直射到中庭四周墻壁甚至地面上和相鄰空間內(nèi)，

14、但有產(chǎn)生眩光的可能，而且中庭水平面的光線分布不均勻；太陽(yáng)光線透過(guò)磨砂玻璃、透明膜結(jié)構(gòu)等表面粗糙的透光材料，均勻地漫射到中庭內(nèi)部，避免眩光的產(chǎn)生，但進(jìn)入中庭的光線總量大大減少，中庭垂直面的光線分布不均勻。光滑和粗糙表面的透光材料產(chǎn)生不同的中庭光環(huán)境，進(jìn)而影響相鄰空間的天然采光效果。在實(shí)際工程中，根據(jù)影響中庭光環(huán)境的其他因素，尤其是中庭空間的幾何比例，綜合考慮選擇合適的透光材料。德國(guó)的布勞恩辦公樓的中庭頂部采用充氣的透明膜結(jié)構(gòu)，使中庭獲得均勻、充足的天然采光，為相鄰辦公空間提供良好的光環(huán)境。(2)中庭空間的幾何比例隨著中庭高度的增加，到達(dá)相鄰空間直射光線的進(jìn)深迅速減小。因此，為了保證中庭地面和相鄰空間能夠獲得足夠的天然采光，在確定中庭的高寬比值時(shí)，僅考慮天空直射光線，而忽略反射光線和漫反射光線的貢獻(xiàn)。英國(guó)劍橋大學(xué)馬丁研究中心研究了大量建筑實(shí)例，認(rèn)為中庭高寬比的最大值是31。中庭高寬比在31 數(shù)值范圍以內(nèi)，中庭相鄰空間就能得到符合辦公建筑照度要求的足夠的天然光線。(3)中庭墻壁的反射進(jìn)入相鄰空間的天然光線除了直射光線外，另一個(gè)重要組成部分是反射光線和漫反射光線