摘 要：晝光照明較之人工照明呈現的諸多優(yōu)勢使得晝光照明設計一直在建筑設計中處于重要位置。隨著(zhù)高校教學(xué)樓建筑規�；�、多樣化、智能化的發(fā)展，其照明設計的要求自然更高。本文針對教學(xué)樓這一類(lèi)建筑，探索了建筑設計中晝光照明的實(shí)施策略。

　　關(guān)鍵詞：晝光照明；主動(dòng)；被動(dòng)；策略

　　1、引言

　　晝光照明就是將日光引入建筑內部，并將其按照一定的方式分配，以提供比人工光源更理想和質(zhì)量更好的照明。晝光照明減少了電力光源的需要量，減少了電力消耗與環(huán)境污染。研究證明晝光照明能夠形成比人工照明系統更為健康和更興奮的環(huán)境，可以使工作效率提高15％。晝光照明還能夠改變光的強度、顏色和視覺(jué)，有助于提高工作效率和學(xué)習效率。

　　隨著(zhù)社會(huì )生產(chǎn)力的發(fā)展，人才的培養成為科技進(jìn)步至關(guān)重要的環(huán)節。近年來(lái)，我國高校逐步向多學(xué)科的綜合性大學(xué)發(fā)展，許多高校在規模和教學(xué)質(zhì)量上不斷調整，以適應新時(shí)代的需求。高等學(xué)校規劃建設也逐漸成為一個(gè)新的課題，高等學(xué)校教學(xué)樓的設計也隨著(zhù)規劃規模的擴大發(fā)生了一些變化。教學(xué)樓的容積率提高，教室的使用面積逐漸增大，針對教室室內的光線(xiàn)、照度設計提出了更為復雜的要求，具體表現在三個(gè)方面：

　　其一，開(kāi)間變大。開(kāi)間的增加導致視距加長(cháng)，為了保證后排座位講臺區域和黑板亮度的正常要求，其照度的設計更為復雜。

　　其二，進(jìn)深增加。為了設計有效的座椅視線(xiàn)，開(kāi)間變大必然影響建筑的進(jìn)深。增加了進(jìn)深才可以提高教室兩側有效的視線(xiàn)區域。教室的進(jìn)深從6m至13m不等，甚至更多。

　　其三，窗地比減小。教室開(kāi)間和進(jìn)深都有增大的趨勢，雖然出于結構和空間各方面的需要，層高會(huì )有所增加，但還要綜合考慮節能設計和成本控制，窗地比勢必下降，室內照度的均好性便很難達到。其次關(guān)于梁的厚度也會(huì )增大，為了形成有效的室內空間高度，減小頂棚的壓抑感，勢必增加教室的層高。為了既節約建筑成本，又符合節能規范，窗玻璃有效透光面積與室內使用面積之比的窗地比值必然下降。如何實(shí)現室內照度的均好性，值得研究。

　　這些問(wèn)題雖然可以通過(guò)電力光源來(lái)實(shí)現，但對人工照明系統的過(guò)分依賴(lài)不利于節約能源和保護環(huán)境，況且持續人工照明對使用者會(huì )產(chǎn)生一定的心理壓力。調查表明：90％的雇員更喜歡在有窗戶(hù)和可以看到室外景觀(guān)的房間中工作，某一項研究的結果是75％的辦公室和工廠(chǎng)職工認為日光比人工照明質(zhì)量高。因此為了給教學(xué)樓這一學(xué)習場(chǎng)所營(yíng)造輕松積極的學(xué)習氛圍，我們需要在這些不利趨勢下因勢利導，設計更優(yōu)越的晝光照明。

　　2、教學(xué)樓晝光照明的實(shí)現策略

　　在選擇具體晝光照明措施之前，對教學(xué)樓建筑的形體要進(jìn)行科學(xué)的選擇，應盡量選擇符合于日光照明、太陽(yáng)輻射供熱、供冷和建筑功能最緊湊的建筑軌跡與形狀。被包圍的空間體積對應的外表面越大，建筑室內受其外表面熱交換的影響也越大。

　　然而，在實(shí)際教學(xué)樓的設計應用中，追求空間變化與提高熱效率成為“魚(yú)”和“熊掌”的關(guān)系。對比長(cháng)江大學(xué)新校區規劃競標中的幾個(gè)建筑方案，會(huì )發(fā)現空間層次的錯綜變幻更能夠吸引甲方的眼球。傳統方正的教學(xué)樓首先提供了最為直觀(guān)的功能——上課、學(xué)習。而豐富的空間錯落、形體的高差變化、步移景異的共享空間，似乎更讓學(xué)生一見(jiàn)鐘情。如何使這兩者兼而有之呢?

　　通過(guò)對幾棟教學(xué)樓的對比觀(guān)察發(fā)現，形體的凹凸變化、空間的錯落呼應，大大地豐富了四個(gè)朝向的開(kāi)窗形式與采光需求。同樣是東西向，有的以遮陽(yáng)為主，有的卻要引入日光；同樣是南北向，有的為教室學(xué)習空間采光，有的為共享走道采光。各種新的采光量與遮光量的要求均發(fā)生改變，與之對應的晝光照明策略也各不相同。

　　如果從建筑對日光的利用類(lèi)型上，可以將晝光照明分為兩大策略。一種是以遮住不宜光線(xiàn)為主的被動(dòng)晝光照明策略，另一種是以引入宜人光線(xiàn)為主的主動(dòng)晝光照明策略。

　　2.1被動(dòng)晝光照明策略

　　直接的陽(yáng)光在非工作區域內是有利的，它可以使人們知道室外的天氣情況和時(shí)間。這些因素可以緩解在無(wú)窗環(huán)境內的壓力。然而，如果一個(gè)關(guān)鍵工作區域受到太陽(yáng)直射，就會(huì )產(chǎn)生令人無(wú)法接受的反差，使人暫時(shí)失明的眩光或隱蔽的放射。避免關(guān)鍵工作區域的太陽(yáng)直射和對多余亮度的控制成為被動(dòng)晝光照明的重心。

　　2.1.1利用遮陽(yáng)避免不宜光線(xiàn)

　　我國自古就有各種木百頁(yè)窗格及各種卷簾形式的遮陽(yáng)措施應用在不同形式的建筑上。為了進(jìn)行適應地域氣候特點(diǎn)的建筑設計，建筑師們構想出了很多設計解決方案。遮陽(yáng)構架的創(chuàng )造是基于對氣候適應性的考慮，是將遮陽(yáng)構件與玻璃立面結合在一起，它經(jīng)歷了一個(gè)從簡(jiǎn)單的外部構件直接整合于建筑結構的發(fā)展過(guò)程。

　　傳統遮陽(yáng)構架處于陽(yáng)光曝曬之下時(shí)，被具有較高熱容量的混凝土慢慢加熱，熱量隨著(zhù)空氣的流動(dòng)傳導到室內。因此建筑設計采用一些更輕巧、美觀(guān)、便于安裝、清潔維護的產(chǎn)品。例如外立面上的穿孔鋁板夏季由于空腔的存在可以更有效地降低熱負荷、分散熱能。

　　外遮陽(yáng)板是簡(jiǎn)單易行的遮陽(yáng)方式。外遮陽(yáng)一般可以分為兩類(lèi)：固定在建筑上的遮陽(yáng)設施稱(chēng)為固定外遮陽(yáng)，反之則稱(chēng)為活動(dòng)外遮陽(yáng)。

　　對于南向或接近南向的窗戶(hù)，夏季太陽(yáng)照射時(shí)的高度角較高，設置固定水平式遮陽(yáng)板即可滿(mǎn)足遮陽(yáng)要求。這種遮陽(yáng)能形成很大的遮陽(yáng)區，在降低南墻表面溫度和防止陽(yáng)光直射窗戶(hù)方面達到很好的遮陽(yáng)效果。

　　對于西向或接近西向的窗戶(hù)，夏季太陽(yáng)照射時(shí)的高度角相對于南向較低，入射的日光更容易抵達關(guān)鍵工作區域，從而產(chǎn)生令人無(wú)法接受的眩光或隱蔽的放射。針對西墻除了內遮陽(yáng)以外，主要以垂直遮陽(yáng)為主。如果使用水平外遮陽(yáng)板則需要與窗戶(hù)平行，并結合活動(dòng)外遮陽(yáng)控制低入射角的太陽(yáng)照射。也有結合固定雙層墻體來(lái)協(xié)調西曬問(wèn)題的教學(xué)樓建筑設計，這種處理手法大大降低了西墻表面的溫度。

　　2.1.2過(guò)濾日光

　　選擇性透光遮陽(yáng)是利用窗的透光材料本身來(lái)遮陽(yáng)，通過(guò)過(guò)濾日光，夏季能避免房間過(guò)熱，但由于玻璃的性能不能隨季節的不同而變化，會(huì )影響冬季對太陽(yáng)能的利用。因此，選擇性透光玻璃遮陽(yáng)具有一定的局限性。雖然采用信息的可變換玻璃(光敏玻璃、熱敏玻璃、電敏玻璃、液晶)可以解決選擇性透光玻璃的局限性，但由于造價(jià)太高，不適于教學(xué)樓建筑的大規模使用。

　　利用落葉林木過(guò)濾日光，夏季樹(shù)葉繁茂，大片的樹(shù)陰正好投射在外墻體，利于建筑的夏季供冷，有效地緩解了空調的電力負荷。到了冬季，樹(shù)葉凋落，不影響冬季太陽(yáng)能對墻體的供熱。

　　2.2主動(dòng)晝光照明策略

　　改變采光口的位置和日光反射板的反射角度，可以使建筑核心區域陰暗的光線(xiàn)得到合理的補充，這一策略分兩個(gè)階段。

　　2.2.1平面上在較近位置引入日光

　　長(cháng)江大學(xué)14號教學(xué)樓建筑平面設計階段通過(guò)改變入射口、縮短入射距離來(lái)實(shí)現在較近位置引入日光。在大進(jìn)深的建筑布局中，針對面積大的教室、實(shí)驗室，扭轉其傳統布局方位，在教室、實(shí)驗室之間形成凹入的半開(kāi)敞空間，退讓的側墻上開(kāi)設教室、實(shí)驗室的自然采光口。此處南向的直接照射量較少，東西向由于間距不是很大，除去頂層必須設置外遮陽(yáng)以外，其他下部樓層由于建筑的陰影正好形成東西向教室的自然遮陽(yáng)，所以進(jìn)入室內的是漫反射日光，穩定且柔和。南側的凹人陽(yáng)臺與中部的內廊連為體，從而減少內走廊白天的電力負荷。

　　2.2.2立面上在較高位置引入日光，即側窗光線(xiàn)的引入

　　以一個(gè)進(jìn)深12m、開(kāi)間18m、層高4.3m的教室為例。冬季太陽(yáng)入射角低，南向和西向的教室獲得的日光量較多。此時(shí)陽(yáng)光溫和地照射到臨窗的課座椅邊，形成有益的學(xué)習環(huán)境。如果日光投射到黑板或多媒體講臺上，則容易形成眩光。所以黑板和多媒體講臺處10-1.5m不宜設置窗戶(hù)。

　　在側窗的采光中，均勻的照度分布是設計的核心。由于學(xué)生是分散在整個(gè)教室內，要求保證照度均勻，希望在工作區域內照度差別限制在1:3之內；在整個(gè)房間內不超過(guò)1:10。這樣可以避免不同照度引起的視覺(jué)疲勞。為此可把窗臺高度提高到1.2m，將窗上檐提到頂棚處，這樣可降低臨窗處照度，減少照度不均勻性。

　　單獨使用側窗，雖然可采取措施改善其采光效果，但仍然受到其采光特性的限制，如果結合高側窗與天窗設計，因為它們位于建筑物較高的位置，可以將陽(yáng)光引入建筑核心，其室內的采光系數會(huì )更理想，照度更均勻。

　　最簡(jiǎn)單的天窗是將部分屋面做成透光的，它的效率最高，但有強烈眩光。夏季，還由于太陽(yáng)光直接射入，室內熱環(huán)境惡化，影響學(xué)習，故在透光屋面下宜做成擴散光頂棚，以防止陽(yáng)光直射，并使室內光線(xiàn)均勻，采光系數達到要求。為了解決直射陽(yáng)光問(wèn)題，除了將窗戶(hù)設置格柵或活動(dòng)百葉來(lái)防止直射陽(yáng)光對前景造成的強烈視覺(jué)反差之外，也可做成北向的單側天窗。

　　2.2.3在窗戶(hù)上設置反光裝置

　　在采光口的選擇上，側窗造價(jià)低、使用維護方便，但采光不均勻仍然是缺點(diǎn)，為了彌補這一缺點(diǎn)，除了結合天窗以外，還可采用反光裝置來(lái)實(shí)現。

　　2.2.3.1在窗戶(hù)橫檔上設置反光裝置

　　在窗戶(hù)橫檔上使用擴散光玻璃，這樣使射向頂棚的光線(xiàn)增加；或者在窗戶(hù)橫檔上安裝指向性玻璃，使光線(xiàn)折向頂棚，兩者均可提高房間深處的照度。

　　2.2.3.2在合適的窗玻璃上裝窗格

　　與側光照明一起使用，窗格是一種非常有效的裝置。這種位于或高于視線(xiàn)的水平裝置可以將落在窗戶(hù)上的光線(xiàn)反射到頂棚上，進(jìn)入房間深處。降低了因日照太強而無(wú)法舒適工作的臨窗處照度。這種策略盡管減少了進(jìn)入空間的總光通量，但它使整個(gè)空間的照度更均勻。

　　3、小結

　　晝光照明擁有節約電力資源，保護生態(tài)環(huán)境等明顯優(yōu)勢，并能形成積極的心理導向，提供更優(yōu)越的視覺(jué)經(jīng)驗�，F今，隨著(zhù)建筑材料建筑技術(shù)的發(fā)展，晝光照明設計擁有了更廣闊的舞臺。在教學(xué)樓設計中，利用各項策略創(chuàng )造高效的晝光照明系統將為教學(xué)環(huán)境的優(yōu)化起到積極的推動(dòng)作用。