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

　　關(guān)鍵詞：晝光照明；主動；被動；策略

　　1、引言

　　晝光照明就是將日光引入建筑內(nèi)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(tǒng)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，有助于提高工作效率和學(xué)習(xí)效率。

　　隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，人才的培養(yǎng)成為科技進(jìn)步至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。近年來，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(guī)模和教學(xué)質(zhì)量上不斷調(diào)整，以適應(yīng)新時代的需求。高等學(xué)校規(guī)劃建設(shè)也逐漸成為一個新的課題，高等學(xué)校教學(xué)樓的設(shè)計也隨著規(guī)劃規(guī)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(nèi)的光線、照度設(shè)計提出了更為復(fù)雜的要求，具體表現(xiàn)在三個方面：

　　其一，開間變大。開間的增加導(dǎo)致視距加長，為了保證后排座位講臺區(qū)域和黑板亮度的正常要求，其照度的設(shè)計更為復(fù)雜。

　　其二，進(jìn)深增加。為了設(shè)計有效的座椅視線，開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(cè)有效的視線區(qū)域。教室的進(jìn)深從6m至13m不等，甚至更多。

　　其三，窗地比減小。教室開間和進(jìn)深都有增大的趨勢，雖然出于結(jié)構(gòu)和空間各方面的需要，層高會有所增加，但還要綜合考慮節(jié)能設(shè)計和成本控制，窗地比勢必下降，室內(nèi)照度的均好性便很難達(dá)到。其次關(guān)于梁的厚度也會增大，為了形成有效的室內(nèi)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(jié)約建筑成本，又符合節(jié)能規(guī)范，窗玻璃有效透光面積與室內(nèi)使用面積之比的窗地比值必然下降。如何實現(xiàn)室內(nèi)照度的均好性，值得研究。

　　這些問題雖然可以通過電力光源來實現(xiàn)，但對人工照明系統(tǒng)的過分依賴不利于節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，況且持續(xù)人工照明對使用者會產(chǎn)生一定的心理壓力。調(diào)查表明：90％的雇員更喜歡在有窗戶和可以看到室外景觀的房間中工作，某一項研究的結(jié)果是75％的辦公室和工廠職工認(rèn)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(xí)場所營造輕松積極的學(xué)習(xí)氛圍，我們需要在這些不利趨勢下因勢利導(dǎo)，設(shè)計更優(yōu)越的晝光照明。

　　2、教學(xué)樓晝光照明的實現(xiàn)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(yīng)盡量選擇符合于日光照明、太陽輻射供熱、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(yīng)的外表面越大，建筑室內(nèi)受其外表面熱交換的影響也越大。

　　然而，在實際教學(xué)樓的設(shè)計應(yīng)用中，追求空間變化與提高熱效率成為“魚”和“熊掌”的關(guān)系。對比長江大學(xué)新校區(qū)規(guī)劃競標(biāo)中的幾個建筑方案，會發(fā)現(xiàn)空間層次的錯綜變幻更能夠吸引甲方的眼球。傳統(tǒng)方正的教學(xué)樓首先提供了最為直觀的功能——上課、學(xué)習(xí)。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)生一見鐘情。如何使這兩者兼而有之呢?

　　通過對幾棟教學(xué)樓的對比觀察發(fā)現(xiàn)，形體的凹凸變化、空間的錯落呼應(yīng)，大大地豐富了四個朝向的開窗形式與采光需求。同樣是東西向，有的以遮陽為主，有的卻要引入日光；同樣是南北向，有的為教室學(xué)習(xí)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(yīng)的晝光照明策略也各不相同。

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

　　2.1被動晝光照明策略

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

　　2.1.1利用遮陽避免不宜光線

　　我國自古就有各種木百頁窗格及各種卷簾形式的遮陽措施應(yīng)用在不同形式的建筑上。為了進(jìn)行適應(yīng)地域氣候特點的建筑設(shè)計，建筑師們構(gòu)想出了很多設(shè)計解決方案。遮陽構(gòu)架的創(chuàng)造是基于對氣候適應(yīng)性的考慮，是將遮陽構(gòu)件與玻璃立面結(jié)合在一起，它經(jīng)歷了一個從簡單的外部構(gòu)件直接整合于建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展過程。

　　傳統(tǒng)遮陽構(gòu)架處于陽光曝曬之下時，被具有較高熱容量的混凝土慢慢加熱，熱量隨著空氣的流動傳導(dǎo)到室內(nèi)。因此建筑設(shè)計采用一些更輕巧、美觀、便于安裝、清潔維護(hù)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(fù)荷、分散熱能。

　　外遮陽板是簡單易行的遮陽方式。外遮陽一般可以分為兩類：固定在建筑上的遮陽設(shè)施稱為固定外遮陽，反之則稱為活動外遮陽。

　　對于南向或接近南向的窗戶，夏季太陽照射時的高度角較高，設(shè)置固定水平式遮陽板即可滿足遮陽要求。這種遮陽能形成很大的遮陽區(qū)，在降低南墻表面溫度和防止陽光直射窗戶方面達(dá)到很好的遮陽效果。

　　對于西向或接近西向的窗戶，夏季太陽照射時的高度角相對于南向較低，入射的日光更容易抵達(dá)關(guān)鍵工作區(qū)域，從而產(chǎn)生令人無法接受的眩光或隱蔽的放射。針對西墻除了內(nèi)遮陽以外，主要以垂直遮陽為主。如果使用水平外遮陽板則需要與窗戶平行，并結(jié)合活動外遮陽控制低入射角的太陽照射。也有結(jié)合固定雙層墻體來協(xié)調(diào)西曬問題的教學(xué)樓建筑設(shè)計，這種處理手法大大降低了西墻表面的溫度。

　　2.1.2過濾日光

　　選擇性透光遮陽是利用窗的透光材料本身來遮陽，通過過濾日光，夏季能避免房間過熱，但由于玻璃的性能不能隨季節(jié)的不同而變化，會影響冬季對太陽能的利用。因此，選擇性透光玻璃遮陽具有一定的局限性。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，但由于造價太高，不適于教學(xué)樓建筑的大規(guī)模使用。

　　利用落葉林木過濾日光，夏季樹葉繁茂，大片的樹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(diào)的電力負(fù)荷。到了冬季，樹葉凋落，不影響冬季太陽能對墻體的供熱。

　　2.2主動晝光照明策略

　　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(qū)域陰暗的光線得到合理的補充，這一策略分兩個階段。

　　2.2.1平面上在較近位置引入日光

　　長江大學(xué)14號教學(xué)樓建筑平面設(shè)計階段通過改變?nèi)肷淇�、縮短入射距離來實現(xiàn)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、實驗室，扭轉(zhuǎn)其傳統(tǒng)布局方位，在教室、實驗室之間形成凹入的半開敞空間，退讓的側(cè)墻上開設(shè)教室、實驗室的自然采光口。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(shè)置外遮陽以外，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，所以進(jìn)入室內(nèi)的是漫反射日光，穩(wěn)定且柔和。南側(cè)的凹人陽臺與中部的內(nèi)廊連為體，從而減少內(nèi)走廊白天的電力負(fù)荷。

　　2.2.2立面上在較高位置引入日光，即側(cè)窗光線的引入

　　以一個進(jìn)深12m、開間18m、層高4.3m的教室為例。冬季太陽入射角低，南向和西向的教室獲得的日光量較多。此時陽光溫和地照射到臨窗的課座椅邊，形成有益的學(xué)習(xí)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(shè)置窗戶。

　　在側(cè)窗的采光中，均勻的照度分布是設(shè)計的核心。由于學(xué)生是分散在整個教室內(nèi)，要求保證照度均勻，希望在工作區(qū)域內(nèi)照度差別限制在1:3之內(nèi)；在整個房間內(nèi)不超過1:10。這樣可以避免不同照度引起的視覺疲勞。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(cè)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(jié)合高側(cè)窗與天窗設(shè)計，因為它們位于建筑物較高的位置，可以將陽光引入建筑核心，其室內(nèi)的采光系數(shù)會更理想，照度更均勻。

　　最簡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，還由于太陽光直接射入，室內(nèi)熱環(huán)境惡化，影響學(xué)習(xí)，故在透光屋面下宜做成擴散光頂棚，以防止陽光直射，并使室內(nèi)光線均勻，采光系數(shù)達(dá)到要求。為了解決直射陽光問題，除了將窗戶設(shè)置格柵或活動百葉來防止直射陽光對前景造成的強烈視覺反差之外，也可做成北向的單側(cè)天窗。

　　2.2.3在窗戶上設(shè)置反光裝置

　　在采光口的選擇上，側(cè)窗造價低、使用維護(hù)方便，但采光不均勻仍然是缺點，為了彌補這一缺點，除了結(jié)合天窗以外，還可采用反光裝置來實現(xiàn)。

　　2.2.3.1在窗戶橫檔上設(shè)置反光裝置

　　在窗戶橫檔上使用擴散光玻璃，這樣使射向頂棚的光線增加；或者在窗戶橫檔上安裝指向性玻璃，使光線折向頂棚，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(cè)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的水平裝置可以將落在窗戶上的光線反射到頂棚上，進(jìn)入房間深處。降低了因日照太強而無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，但它使整個空間的照度更均勻。

　　3、小結(jié)

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