自然采光类型概述

一、自然采光的重要性：太阳光的优点首先，作为自然光光源的太阳光，光量极其巨大，这是迄今为止任何光源根本没有的。

第二作为自然光光源的太阳光，在以亿年计的时间范围内，可以说是取之不尽、用之不竭的。

也不用花任何代价去“开采”。

这是任何的靠电能、化学能、生物能为动力的人工光源所不能比拟的。

第三，太阳光光谱中的短波光如紫外线，可以杀菌，还可以预防软骨病。

第四，自然采光实施起来极其简便，不需要敷设线路、不需要设备，也不需要什么复杂的技术。

可以这么说，见得到太阳的地方，就可以进行自然采光。

第五，一般地，人们可以在获取自然光的同时，同时取得心旷神怡的“视景”。

第六，太阳光中蕴涵有大量的热能，虽然现在我们人类转化、储存这些热能的技术还十分初级，但是可以预见，这种技术肯定会很快发展起来。

太阳光能满足人们的心理需求电灯照明可以满足人类的采光需要，但满足不了人们的心理需求。

太阳光是取之不尽的源泉，太阳光无时无刻不在改变之中，并将变化的天空色彩、光层和气候传送到它所照亮的表面和形体上去。

白天太阳光作为室内采光，通过墙面上的窗户进入房间，投落在房间的表面上，使色彩增辉、质感明朗。

由太阳光而产生的光影图案变化使房间的空间活跃，清晰明朗地表达了室内的形体。

光和影，对于家具装饰有润色作用，使室内充盈艺术韵味和生活情趣。

日光照明的历史和建筑本身一样悠久，但随着方便高效的电灯的出现，日光逐渐为人们所忽视。

直到最近，人们才重新审视自己一味追求物质享受，过度消耗地球自然资源的不理智行为。

太阳光具有一些独特的物理性能太然光具有一些物理特性，如波动性，微粒性，发出光辉，光色自然，能够显示出质感，而且富于动态变化。

基于这些特性，天然光有其他光源不可比拟的独特的表现力天然光通过窗玻璃入射在室内空间，由于光的质感和透明玻璃的质感相似，可赋予人们以天然光的纯净的感觉。

二、屋顶采光艺术设计屋顶采光其优势在于可以最大限度地利用不同高度、不同方位的太阳光，不仅光线柔和、均匀，能保证充分的室内采光，而且其效果强烈，艺术表现力强。

正由于此，从古至今，不乏有建筑师以自己独到的创造力，在其建筑作品中表现出对屋顶天光多样化的设计灵感。

从古罗马万神庙穹顶泻入的柔和的天光到现代高技派的采光大窗处理，建筑屋顶采光设计的形式和手段呈多样化的趋势。

不同的手法，造成了不同的光影艺术空间。

屋顶采光按采光口的位置分，主要有集中式和分散式两种。

（1）集中式屋顶采光集中式屋顶采光是指在屋顶位置处只设置一个采光口，太阳光通过这个采光口进入室内空间，达到采光要求及艺术体验。

古罗马时代的万神庙在重建时采用了穹顶的形式，即是一种集中式的屋顶天窗。

它是一个43．3米直径的半球，中央开洞，阳光从这个圆洞进入室内。

有天宇象征意味的穹顶寓意着人的世界和神的世界的相互联系。

太阳的直射光通过穹顶进入室内，形成柔和的漫射光，使内庭空间产生了宁静肃穆的宗教气氛。

此后，建筑师们以自己非凡的创造力，利用不断发展的科学技术手段创造出丰富多样集中式屋顶采光形式，如半球型、拱型、锥型、单坡面、双坡面、圆形孑L洞、方形孑L洞等各种形式；透光材料主要有透光玻璃、半透光玻璃、彩色玻璃、蚀刻玻璃、加铅玻璃、阳光板以及各种膜结构材料等；采光口构造做法和细部设计方法多样，如有框玻璃构造、无框玻璃构造以及表现结构和装饰构件等各种方法。

采光口形式、透光材料和构造做法的不同，使建筑光环境呈现出不同的空间气氛和艺术感染力。

在现代建筑中，不乏使用集中式屋顶采光洞口的建筑实例。

诺曼·福斯特设计建造的德国新国会在屋顶采用了一个半球型的玻璃罩，并在其下加了一个成倒立圆锥形的玻璃镜面，这样的穹顶结构，使建筑内部引入大量的光线；并且通过光的折射产生丰富、独特的影像效果。

以意大利建筑师保罗·波多盖希在1964年设计的萨莱诺神圣宗族小礼拜堂为例。

建筑是灰色的清水混凝土的体块，只是在其礼拜堂大厅屋顶中央有一个圆形天窗，天窗的弧形边界和屋顶层叠向上的天花相交错，透过圆形天窗的太阳直射光和地面的反射光，使层叠的天花形成强烈的明暗对比，置身室内，仰望屋顶，犹如聆听着一曲光线的奏鸣曲。

同时，大厅内部四处弥漫着柔和的光线，营造了室内空间安静的气氛。

霍克(HOK)建筑事务所设计的美国达拉斯商廊，则是一个拱形天窗的杰出设计。

此商廊以一条廊道作为中心轴线，廊道顶部由连续平行的玻璃板覆盖，形成了大面积的玻璃拱顶。

由于天然光的充分利用和高技术手法的表现，亮丽的商廊室内，傲然耸立宛如一座“专供太阳神的神庙”，创造出了商业气氛活跃的室内光环境。

另外，膜结构的广泛应用，使得直射光和漫射光融合，在室内也产生了新奇的光影气氛。

如在基特雷斯·布拉德伯恩的丹佛国际机场旅客候机楼综合体。

全封闭的张拉索膜结构，白色尖形屋顶如威严的岩石肃然起敬。

（2）分散式屋顶采光相对于集中式的单个洞口，分散式的多个洞口在设计上更加自由。

在屋顶采光不是要求大量光线时，并考虑到由光影带来的特殊艺术效果，可以利用分散式屋顶采光方式。

在使用不同透光材料和构造做法的基础上，可以创造出更加丰富优美的屋顶形态、优雅多变的建筑体形；同时，创造出丰富多彩、变幻莫测的室内光影艺术效果。

分散式屋顶采光可以不拘泥于形式，充分发挥设计者的创造力，让光线在通透与遮挡之间曲折而行，丰富的光与影成为建筑室内空间表现的主角。

诺曼·福斯特设计的斯坦斯特德伦敦第三机场，把所有的设备安装在地下，使屋顶能够自由设计从而引入并反射光线。

诺曼·福斯特把此机场候车大厅的屋顶开出一个个天窗，并设计成双层，下层是金属片，上层是透光玻璃，太阳光在这两层之间形成反射，产生了如同天幕一般的光环境。

此种光影效果让旅客如同置身于森林浴之中，令人心情愉悦。

FRANCE建筑工作室在马斯喀特市的法国大使馆的设计中，由于在屋顶开出了更加细密的“洞口”，因而呈现出更加戏剧化的效果。

设计者在设计中，使用了一种布满洞孔的混凝士的片覆盖在屋顶上。

当阳光照射的时候，透过孔洞打在室内墙壁上和地板上的光斑构幻出如同“一千零一夜”的西方神话的神奇场景。

光与影，以及周围的景物，创造出具有异域情调的景致。

三、侧墙采光艺术设计太阳每日东升西落，不断变化，侧墙采光相对于屋顶采光方法简单，灵活多样，艺术效果更富于动感和变化，更容易创造出新奇的趣味性、个性和人情味。

除洞口尺寸、位置、透光材料、构造做法影响侧墙采光的艺术效果外，朝向也是一个重要的影响因素。

（1）集中式玻璃幕墙采光建筑技术的发展，使大面积的玻璃幕墙的使用成为风尚。

这种采光手段能使建筑室内空间获得足够的光线，产生通透、亮丽的视觉感受；同时在大面积的玻璃幕墙上进行独特的分格细部设计也可以使室内产生丰富奇妙的分格影像效果。

当玻璃幕墙采用曲面形式，如理查德·达特内建筑工作室设计的康·爱迪生公司服务大楼的曲面墙，可减少阳光的直射，室内的环境气氛更加柔和舒适，同时曲面玻璃上的分格可产生动态和变幻的奇特光影效果。

东京基督教会中，又形成了另外一种光影效果。

此教会礼拜室圣坛的正前方是一面完整的光壁。

它也是整个建筑立面的重要元素。

光壁遮蔽了外面的景观和声音，却和大量的光线形成了空间对话；同时，这种对话随时间、季节、气候而变化。

当信徒面向圣坛祈祷时，会感受到时空的转变。

（2）分散式侧墙采光利用侧墙采光的著名实例是柯布西耶设计的朗香教堂。

高低错落的不规则的窗口从室内望去成为一个个透光的方孔，与倾斜的墙面相配合，造成一种不稳定感；也使人亲身感受到神圣空间特殊的宗教气氛。

一般来讲，侧墙面采光大多采用较为规则的洞口。

常用的形式有横向的带形窗、纵向的带形窗、一系列的方窗和其他一些特殊形状的窗口。

尽管形式简单，但是如果深入研究侧墙采光洞口的位置、尺寸等诸多因素，并且配合使用光的反射、折射等技术装置及细部设计，就会产生意想不到的光影艺术效果。

由于科学技术的发展，建筑师已经不再满足于仅利用墙面的开洞来创造建筑光环境，他们研究材料的特征以及光的物理性质，并将其研究结果应用于建筑光环境艺术效果的营造，在光与影的奇妙组合中，创造出奇妙的空间艺术效果。

瑞士建筑师培特·尊托设计建造的松恩小教堂，利用了一条水平高窗带，使弧形的内部空间在讲坛后方形成高背采光，光线沿着曲面从屋顶处向四周漫射而下，创造了如同巴洛克式教堂的光影效果。

置身其中，尽可以感受到圣洁柔和的空间气氛。

同样的，在墙面设计一系列方窗也会产生强烈的具有丰富韵律感的光影。

例如，在R·莱戈雷塔的Reanh 工厂的设计中，墙上的方孔既是构图需要又成为对外观景的景框，墙上垂直的缝隙在室内走廊中造成强烈的光影。

光影随时间的变化产生动态效果，造成了如同音乐般的空间韵律。

四、中庭采光(1)中庭顶部的透光性中庭顶部光线的透过率直接影响中庭收集到的天然光的数量，顶部的透过率越高，经由中庭到达中庭底部和相邻空间的光线越多。

夏季进入过多的太阳光线，可能引起中庭过热，需要进行遮阳处理。

遮阳措施会降低中庭顶部的透光量，在冬季中庭底部甚至需要人工照明来补充不足的照度水平。

解决这一矛盾的办法就是使用可移动的遮阳控制中庭顶部的透光量随季节的变化而变化。

1981年建成的位于科罗拉多州的科罗拉多山地学院的天窗遮阳经过精巧的设计，夏天遮阳板遮蔽强烈的太阳光线，冬季将遮阳板翻转，内侧可以反射更多的太阳光线进入室内。

通过不同表面的透光材料进入中庭的太阳光线的性质不同。

太阳光线透过普通玻璃、Low-E 玻璃等表面光滑的透光材料，直射到中庭四周墙壁甚至地面上和相邻空间内，但有产生眩光的可能，而且中庭水平面的光线分布不均匀；太阳光线透过磨砂玻璃、透明膜结构等表面粗糙的透光材料，均匀地漫射到中庭内部，避免眩光的产生，但进入中庭的光线总量大大减少，中庭垂直面的光线分布不均匀。

光滑和粗糙表面的透光材料产生不同的中庭光环境，进而影响相邻空间的天然采光效果。

在实际工程中，根据影响中庭光环境的其他因素，尤其是中庭空间的几何比例，综合考虑选择合适的透光材料。

德国的布劳恩办公楼的中庭顶部采用充气的透明膜结构，使中庭获得均匀、充足的天然采光，为相邻办公空间提供良好的光环境。

(2)中庭空间的几何比例随着中庭高度的增加，到达相邻空间直射光线的进深迅速减小。

因此，为了保证中庭地面和相邻空间能够获得足够的天然采光，在确定中庭的高宽比值时，仅考虑天空直射光线，而忽略反射光线和漫反射光线的贡献。

英国剑桥大学马丁研究中心研究了大量建筑实例，认为中庭高宽比的最大值是3∶1。

中庭高宽比在3∶1 数值范围以内，中庭相邻空间就能得到符合办公建筑照度要求的足够的天然光线。

(3)中庭墙壁的反射进入相邻空间的天然光线除了直射光线外，另一个重要组成部分是反射光线和漫反射光线，对中庭地面和底部相邻空间的天然采光尤其重要。