地下空间对自然光的应用

地下空间对自然光的应用教师：黄明利

班级：硕士1407

姓名：李越

导师：房倩

学号：14121052

日期：2014年12月27日

xjghost

微软中国

地下空间对自然光的利用

摘要：随着世界人口的增长，人均生存空间越来越小。为此修建地下空间成为解决未来人口交通压力的不二选择。然而，由于地下建筑封闭，幽暗的特性，使得其功能和使用大大受到限制，虽然目前的灯光照明能够解决基本的光线需求，但不能避免的是24小时不间断的电能消耗和给人带来的不自然的光线局促感，如何能够有效的利用自然光来照明地下空间，合理的光线利用和分布，让人能够在地下建筑中体会到轻松畅快是当前地下构筑物不可避免的难题。本文将从目前地下空间采光的困境和新机做论述。

关键词：地下空间；自然采光；节能；光导照明

ABSTRACT:Daylighting system for illumination is a new green illumination device, which transmits sunlight into buildings by optical fibers,provides sunlight above nine hours a day and createsa healthy lighting environment. In this paper

mainly introduce the principle and components of the system and its application in buildings.

Key Words: Sunlight,underground space, energy conservation

绪论

随着现代化建设中城市化步伐的加速，人们对城市地下空间是人类宝贵资源这一概念逐渐形成，并开始致力于城市地下空间的开发。地下空间与地上空间相比具有恒温恒湿、隔热、遮光、气密、隐蔽等特性，人们也逐步认识到地下空间潜藏的巨大开发利用价值，无论是用于货物的仓储和运输还是人的活动和居住，都是未来社会发展的一大方向。然而，经过近些年的实践表明，地下建筑的不足之处是:地下空间是个较为封闭的空间，难以利用太阳光和自然通风条件;阴暗潮湿、空气浑浊，易使人产生闷及不透气的感觉;无外部景观和自然景色;与外界环境隔绝，易使人产生孤独感、压抑感和不安全感等。这些不利的因素限制了人类将地下空间作为永久或长期居住的环境的步伐。

现代城市地下空间的设计要求实现人性化设计，即以人为本，从人的具体需要、心理行为特征出发进行设计【5】，归纳起来就是要满足人的生理需要、心理需要、精神需要。

(1)生理需要。通过必要的技术手段，满足人们最根本的需要，如采光、通风、除湿，可通过出人口部的设计及配以适当的机械方式来达到。

(2)心理需要。通过和谐的比例和尺度、色彩的处理、空间的易识别性等手段，达到既符合人的认识规律，又符合人的经历体验的心理要求。

(3)精神需要。通过生态(主要是绿化)、自然空间的营造以及对城市文脉和地域特征的传承和体现等手段，达到满足人们精神愉悦的要求。

总之，无论是哪一方面的需求，一旦能够解决采光的问题，将地下空间的光线设计成地面建筑的效果。都能大大提高地下环境中人的感受和体验，促进人们走向地下构筑物生活和居住。为解决这一棘手的难题，一直以来，各行业的专家都对地下工程采光做出了孜孜不倦的探索，也在一些实际的地下建筑物中尝试应用，并取得了可喜的效果。

1.传统地下建筑照明的局限性

照明可以人为地创造良好的光照条件，使人眼既无困难又无损伤、舒适而高效地识别所观察的对象，从事相应的活动，并保证身心健康，提高劳动生产率，提高产品质量，减少各种事故。采用不同形式、不同大小的灯具，利用光照的方向性和层次性等特点还可以渲染建筑的功能，烘托环境的气氛。就比如在我们坐地铁的过程中，隧道两侧是否设置广告牌给旅客的感受是大不相同的。有广告牌的地铁段乘客的感觉比不设广告牌的地段轻松许多。所以地下空间中人们对于光的需求非常显著。

与地面建筑相比，地下建筑最大的特点是没有天然采光，主要依赖人工照明措施。因此，地下建筑的照明使用时间长，照度和可靠性要求高，潮湿对灯具及线路影响较大。长期以来，地下建筑的照明设计沿用地面建筑的设计标准，照明效能一直没有得到很好的利用。到目前为止，地下建筑照明效能的研究近乎于空白，缺乏科学合理的照度标准和以人为本的环境模式，再加上设计人员的水平、经验参差不齐，使得照明效能的实现得不到保证，甚至会因为设计和运用不当，产生光污染，如眩光、频闪、显色失真，产生一些人们不需要的热量、红外线和紫外线等【3】。

2．新的地下建筑采光理念

自然光之于人类，就像空气、水一样不可缺少，这在封闭的地下空间环境中尤为重要在地下空间中引人自然光线对改善地下建筑环境具有多方面的作用，可以满足人们感受阳光、感知昼夜交替、阴晴变幻、季节更替等自然信息的心理需求。同时，引人自然采光也可以增加地下建筑空间的开敞感，改善通风效果，并在视觉心理上大大缓解地下空间由于封闭单调而带来的方向不明、与外界环境隔绝等负面影响。

将天然光源引人地下建筑空间一直为近年来研究的热点问题，但由于功能需求的不同，地下建筑采用天然采光技术是否合理需进行进一步论证。以马斯洛需求层次为理论基础，下面通过对经济性、实用性、舒适性、节能性四方面需求进行分析研究，论证基于功能需求的地下建筑采用天然采光技术的合理性【11】。

2.1经济性—降低商业成本

众所周知，大型地下建筑对于照明设计有着较高的要求，大部分商业展示空间的光环境基本依靠人工照明设计进行营造，并不采用天然光源。而创造高质量的商业展示空间，所带来的则是高昂的照明运营费用。相比而言，普遍存在于地下商业街中的普通零售业空间则与大型商业空间有所不同，在满足基本采光要求的同时，零售业主更加关注照明系统运营所带来的经济费用对自身的影响。在此基础上合理采用天然采光技术，可以大大降低零售业者在地下商业街中的商业运行成本，使地下商业街更加具备投资吸引力。

2. 2实用性—满足基本需求

由于人类无法控制天然光源的变化，所以现有的大部分天然采光仅仅作为人工照明的辅助方式，无法通过天然采光达到某些特殊的照明要求。公共空间由于人们活动的需求，因此采用统一照明设计的公共空间部分对照明质量要求相对较低。因此天然采光正适合于地下公共空间对采光照明的需求。天然采光技术应用于地下建筑具有很大的实际操作意义与发展前景。

2. 3舒适性—提升空间质量

调研表明，在影响地下空间环境的因素中，对于天然光的需求被受访者列为主要因素。人们普遍认为人工光源无法代替天然光源，且人工光源并无太大变化，使空间显得沉闷枯燥。如果整个地下建筑无天然光源的引入，长期在此工作人员会产生焦躁不安的情绪，也会使进入地下空间的人产生逃离的心理。所以如何能把自然光导入地下是解决好人与地下建筑和谐相处的关键。

2. 4节能性—创造节能空间

我国照明用电在全国电能消耗中约占总用电量的12%左右。因此，在建筑中节约用电具有十分重要的地位。而在地下建筑中，照明能耗更是其总能耗的主要组成部分。天然光资源取之不尽用之不竭，利用清洁环保的天然光既有利于节约能源又起到保护环境的作用。因此在节能减排的形势下，地下空间的照明应充分利用和开发天然光，创造低碳节能的地下空间光环境。