自然采光類型概述

1、1、 自然采光的重要性： 太陽光的優(yōu)點 首先，作為自然光光源的太陽光，光量極其巨大，這是迄今為止任何光源根本沒有的。 第二作為自然光光源的太陽光， 在以億年計的時間范圍內(nèi)， 可以說是取之不盡、 用之不竭的。 也不用花任何代價去“開采” 。這是任何的靠電能、化學(xué)能、生物能為動力的人工光源所不 能比擬的。第三，太陽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 采光實施起來極其簡便，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)?？梢赃@ 么說，見得到太陽的地方，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，同時取得心曠神怡的“視景” 。第六，太陽光中蘊涵有大

2、量的熱能，雖然現(xiàn)在我們?nèi)祟愞D(zhuǎn) 化、儲存這些熱能的技術(shù)還十分初級，但是可以預(yù)見，這種技術(shù)肯定會很快發(fā)展起來。太陽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 。太陽光是取之不盡 的源泉，太陽光無時無刻不在改變之中，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。白天太陽光作為室內(nèi)采光，通過墻面上的窗戶進(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，對于家具裝飾有潤色作用，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，過度消耗地球自然資源的不 理智行為。太陽光具有一些獨特的物理性能 太然光具有一些物理特性，如波動性， 微粒性，發(fā)出光輝， 光色自然， 能夠顯示出質(zhì)感， 而且富于動態(tài)變化。 基于這些特性， 天然光有其他光源不可比擬的獨特的表現(xiàn)力天然光通過 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。二、屋頂采光藝術(shù)設(shè)計屋頂采光其優(yōu)勢在于可以最大限度地利用不同高度、不同方位的太陽光，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、獨到的創(chuàng)造力，在其建筑作品中表現(xiàn)出對屋頂天光多樣化的設(shè)計靈感。從古羅馬萬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)計的形式和手段呈多樣化的趨勢。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)置一個采光口，太陽光通過這個采光口進(jìn)入室內(nèi)空間，達(dá)到采光要求及藝術(shù)體驗。古羅馬時代的萬神廟在重建時采用了穹頂?shù)男问?，即是一種集中式的屋頂天窗。它是一個433米直徑的半球，中央開洞，陽光從這個圓洞進(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。太陽的直射光通過穹頂進(jìn)入室內(nèi)

5、，形成柔和的漫射光，使內(nèi)庭空間產(chǎn)生了寧靜肅穆的宗教氣氛。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)計方法多樣，如有框玻璃構(gòu)造、無框玻璃構(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例。諾曼福斯特設(shè)計建造的德國新國會在屋頂采用了一個半球

6、型的玻璃罩，并在其下加了一個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；并且通過光的折射產(chǎn)生豐富、獨特的影像效果。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圓形天窗， 天窗的弧形邊界和屋頂層疊向上的天花相交錯，透過圓形天窗的太陽直射光和地面的反射光，使層疊的天花形成強(qiáng)烈的明暗對比，置身室內(nèi)，仰望屋頂，猶如聆聽著一曲光線的奏鳴曲。同時，大廳內(nèi)部四處彌漫著柔和的光線，營造了室內(nèi)空間安靜的氣氛。霍克(HOK)建筑事務(wù)所設(shè)計的美國達(dá)拉斯商廊，則是一個拱形天窗的杰出設(shè)計。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際機(jī)場旅客候機(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于集中式的單個洞口，分散式的多個洞口在設(shè)計上更加自由。在屋頂采光不是要求大量光線時，并考慮到由光影帶來的特殊藝術(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，創(chuàng)造出豐富多彩、變幻莫測的室內(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)計的斯坦斯特德倫敦第三機(jī)場，把所有的設(shè)備安裝在地下，使屋頂能夠自由設(shè)計從而引入并反射光線。諾曼福斯特把此機(jī)場候車大廳的屋頂開出一個個天窗，并設(shè)計成雙層，下層是金屬片，上層是透光玻璃，太陽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大使館的設(shè)計中， 由于在屋頂

9、開出了更加細(xì)密的“洞口”，因而呈現(xiàn)出更加戲劇化的效果。設(shè)計者在設(shè)計中，使用了一種布滿洞孔的混凝士的片覆蓋在屋頂上。當(dāng)陽光照射的時候，透過孔洞打在室內(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景。光與影，以及周圍的景物，創(chuàng)造出具有異域情調(diào)的景致。三、側(cè)墻采光藝術(shù)設(shè)計太陽每日東升西落，不斷變化，側(cè)墻采光相對于屋頂采光方法簡單，靈活多樣，藝術(shù)效果更富于動感和變化，更容易創(chuàng)造出新奇的趣味性、個性和人情味。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、亮麗的視覺感受；同時在大面積的玻璃幕墻上進(jìn)行獨特的分格細(xì)部設(shè)計也可以使室內(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)計的康愛迪生公司服務(wù)大樓的曲面墻，可減少陽光的直射，室內(nèi)的環(huán)境氣氛更加柔和舒適，同時曲面玻璃上的分格可產(chǎn)生動態(tài)和變幻的奇特光影效果。東京基督教會中，又形成了另外一種光影效果。此教會禮拜室圣壇的正前方是一面完整的光壁。它也是整個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話；同時，這種對話隨時間、季節(jié)、氣候而變化。當(dāng)信徒面向圣壇祈禱時，會感受到時空的轉(zhuǎn)變。（2） 分散式側(cè)墻采光

11、利用側(cè)墻采光的著名實例是柯布西耶設(shè)計的朗香教堂。高低錯落的不規(guī)則的窗口從室內(nèi)望去成為一個個透光的方孔，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，就會產(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洞來創(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

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)計一系列方窗也會產(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)計中，墻上的方孔既是構(gòu)圖需要又成為對外觀景的景框，墻上垂直的縫隙在室內(nèi)走廊中造成強(qiáng)烈的光影。光影隨時間的變化產(chǎn)生動態(tài)效果，造成了如同音樂般的空間韻律。四、中庭采光(1)中庭頂部的透光性中庭頂部光線的透過率直接影響中庭收集到的天然光的

13、數(shù)量，頂部的透過率越高，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)入過多的太陽光線，可能引起中庭過熱，需要進(jìn)行遮陽處理。遮陽措施會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的遮陽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)院的天窗遮陽經(jīng)過精巧的設(shè)計，夏天遮陽板遮蔽強(qiáng)烈的太陽光線，冬季將遮陽板翻轉(zhuǎn)，內(nèi)側(cè)可以反射更多的太陽光線進(jìn)入室內(nèi)。通過不同表面的透光材料進(jìn)入中庭的太陽光線的性質(zhì)不同。太陽光線透過普通玻璃、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；太陽光線透過磨砂玻璃、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，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)。英國劍橋大學(xué)馬丁研究中心研究了大量建筑實例，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，另一個重要組成部分是反射光線和漫反射光線