（设计艺术学专业论文）自然光在建筑空间中的应用.pdf

i i i i iiii ll l 1 ll l i ii i i iiil 18 0 6 0 0 3 独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究 工作所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人 承担。 学位论二作者签名：亟畦日期：立鸟驷 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：童啦 日 期：必舶膳 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名： 垂l 莹量。 日 飙叫 电话： 邮编： 摘要 随着世界能源的日益枯竭，节约环保经济的采光技术开始被越来越多的重 视。并且从现代人的健康和艺术审美要求及照明要求的考虑，建筑空间开始慢慢 舍弃部分人工照明，大量应用自然光。本文论述了自然光在建筑空间中的应用给 人们带来的好处，而且也论述了自然光应用之中的部分的局限之处。为了弥补这 个局限之处，人们习惯采取人工照明配合自然采光来为整个建筑空间照明，来达 到完美的效果。可是随着科技的日益进步，人工照明形式必须要跟上自然照明的 高科技脚步，l e d 白光技术的出现，解决了这一问题。l e d 的白光也叫人工模 拟自然光，它弥补了自然采光和人工照明这两种照明的不足。即自然光与人工光 的结合。不仅避免了人工照明的不足之处，也打破了自然光的局限，弥补了天然 照明光导和光纤照明的不足。建筑空间不仅承载着功能上的意义，也肩负了审美 结构形式意蕴，以及资源保护的责任。这样就要求我们的建筑的空间设计符合我 国一直以来提倡得健康低碳，绿色环保的可持续发展的战略。我们作为新一代的 设计师，应该响应时代的要求，肩负起时代赋予我们的重任，倡导健康照明理念， 将人工光与自然光合理利用起来，做到绿色、健康设计，节约和保护美化我们的 环境。 本文研究方式以对比推理演绎的方法为依据，以实际的实例来证明观点的可 操作性和前瞻性。目的是希望我的个人研究有一定的社会价值，更进一步希望建 筑空间中采光的问题能引起更多建筑设计者的重视，深入挖掘研究下去，最终更 好的改善我们的健康照明环境和生活环境。 关键词：建筑空间；自然采光；人工光；人工模拟自然光 a b s t r a c t t h el i g h ts e l e c t i n gt e c h n o l o g yg oa h e a dq u i l t d r y i n gu pg r a d u a l l y ，s a v i n ge n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o ne c o n o m yi sm o r ea n dm o i em a n yw i t hw o r l ds o u r c e so fe n e r g yt a k es e r i o u s l y s p a c eb e g i n s t og i v eu pt h ep a r ta r t i f i c i a l l i g h t i n gs l o w l y ，l a r g ea m o u n to ft h en a t u r a lw o r l da p p l y i n gg l o r i f i e sa n d f r o mm o d e r n i s t sh e a l t ha n dt h et h i n ka b o u tt h a ta r ta p p r e c i a t i o no ft h eb e a u t yc a l lf o ra n di l l u m i n a t i o n d e m a n d t h em a i nb o d yo fab o o kh a sb e e nd i s c u s s e dg l o r i f y i n gb e n e f i tb e i n gb r o u g h ta b o u tb yp e o p l e i na p p l i c a t i o ni ns p a c ea te a s e ，a n dh a v ea l s od i s c u s s e dp l a c eo fl i m i t a t i o nh a v i n gi t sp a r ta te a s eo n l y a l s o f o rt h ep l a c eo fl i m i t i n gm a k i n gt h i su p ，w e d o p ta na r t i f i c i a ll i g h t i n gc o m i n gt ob et h a te n t i r e s p a c ei l l u m i n a t e st h en a t u r a ll i g h ts e l e c t i n gf i t t i n g ，c o m et or e a c hc o n s u m m a t ee f f e c t i na n yc a s ew i t h s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yp r o g r e s sg r a d u a l l y , t h ea r t i f i c i a l l i g h t i n gf o r mm u s tn e e dt ok e e pa b r e a s tw i t h t h eh i g ht e c h n o l o g ys t e pi l l u m i n a t i n gn a t u r a l l y , l e dw h i t el i g h tt e c h n o l o g yt u r nu p ，h a v er e s o l v e dt h i s o n ep r o b l e m t h el e dw h i t el i g h th a sa l s ol e tm a n p o w e rs i m u l a t en a t u r a lb r i g h t n e s s ，i th a sm a d eu p n a t u r a ll i g h ts e l e c t i n ga n da r t i f i c i a ll i g h t i n gt h i st w ok i n d si l l u m i n a t i o nd e f i c i e n c y b et h eu n i o nt h a t b r i g h t n e s sa n dt h em a n p o w e rg l o r i f ya te a s e t h ed e f e c t sh a v i n ga v o i d e da na r t i f i c i a ll i g h t i n gn o to n l y ， t h el i m i t a t i o n h a v i n ga l s ob r o k e nn a t u r a lb r i g h t n e s s ，t h ed e f i c i e n c yh a v i n gm a d eu pt h en a t u r a l i l l u m i n a t i o nl i g h tg u i d ea n dl i g h ti l l u m i n a t i o n s p a c eh a sb e e nb e a r i n gt h ew e i g h to f u p p e rs i g n i f i c a n c e o ff u n c t i o nn o to n l y ，h a sa l s ob e e nh a sb e e n t a k i n go na p p r e c i a t i o no ft h eb e a u t ys t r u c t u r ef o r m i n t e n t i o na c c u m u l a t e ，r e s o u r c ep r o t e c t i o nr e s p o n s i b i l i t y s u c hd e m a n d st oa d v o c a t e h e a l t h yl o wc a r b o n r i g h ta w a ys i n c eo u rb u i l d i n gs p a c ed e s i g na c c o r d sw i t ho u rc o u n t r ya l lt h et i m e ，g r e e ne n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o ns u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ts t r a t e g y w ea r en e wg e n e r a t i o nd e s i g n e r ，o u g h tt or e s p o n dt ot h e r e q u i r e m e n t so ft h et i m e s ，t a k eo nu pt h eh e a v yr e s p o n s i b i l i t yt h a tt h et i m e sg i v e su st o ，p r o p o s e h e a l t h yi l l u m i n a t i o ni d e a , g r e e n ，h e a l t ha r t i f i c i a lb r i g h t n e s sa n dn a t u r a lb r i g h t n e s sb e i n gm a d eu s eo f r a t i o n a l l y ，a c h i e v i n gd e s i g n ，s a v ea n dp r o t e c tt h ee n v i r o n m e n tb e a u t i f y i n gu s s t u d yd e d u c t i v em e t h o d i sab a s i sw i t hc o n t r a s tr e a s o n i n go r i g i n a l l y , t ot e s t i f yv i e w p o i n to p e r a t a b i l i t ya n dp r o s p e c t i v i t yc o m i n g a c t u a le x a m p l e p u r p o s ei st oh o p et h a tm yi n d i v i d u a ls t u d i e sh a v i n gc e r t a i ns o c i a lv a l u e ，g o e sas t e p f u r t h e rh o p i n gt h a tt h el i g h ts e l e c t i n gp r o b l e mc a na r o u s et h ei l l u m i n a t i o ne n v i r o n m e n ta n db a g b u i l d i n gd e s i g n e r st a k i n gs e r i o u s l ys t i l lm o r e ，g o i n gd e e pi n t oo u rh e a l t he x c a v a t i n g 咖d yd o w n ， u l t i m a t em u c hb e t t e ri m p r o v e m e n ti ns p a c e k e yw o r d s ：s p a c e ；t h em a n p o w e ri so n l y ；n a t u r a ll i g h ts e l e c t i n g ；t h em a n p o w e rs i m u l a t e sn a t u r a l b r i g h t n e s s 。 目录 中文摘要i 英文摘要i i 目录 引言1 一、关于自然采光 ( 一) 自然光和建筑界面自然采光3 1 自然光3 2 界面3 3 自然采光各地区的季节气候局限3 ( 二) 建筑空间中利用自然采光的状况分析- 4 1 自然采光的方式分析4 2 玻璃采光5 3 国外建筑空间自然采光分析6 4 国内建筑空间自然采光分析1 0 5 遮阳设计1 2 6 当代建筑师的贡献1 4 二、在建筑中自然采光较人工照明的优势1 6 ( 一) 人工照明在建筑空间中的应用 人工照明定义16 ( 二) 人工照明在建筑空间中的重要作用1 6 1 功能作用16 2 装饰和拓展空间1 7 3 界定建筑空间l7 4 改善建筑空间感l7 5 烘托空间氛围17 6 建筑空间中，人们对于人工照明的健康要求1 7 7 自然光较人工照明的优势1 8 8 案例分析1 9 ( - - ) 建筑空间中采用自然光带来了哪些问题2 l 1 天然采光有很多优点，也存在一些不足之处2 1 2 眩光2 l 3 自然采光也加剧了城市的热岛效应2 2 i i i 4 设计师犯的错2 2 5 使用玻璃材质，已经不是当今时代照明的优势2 2 三、未来建筑空间采光的新趋势 ( 一) 人工模拟自然光的出现2 5 1 光导照明2 5 2 智能太阳光光导照明2 6 2 7 2 8 3 0 3 0 ：；( ) 建筑采光发展的方向3 2 一3 5 3 6 3 8 东j l - i j i l i 范大学硕士论文 引言 日照采光是建筑空间不可回避的问题，因为，只有光的存在，我们才可以知晓空间 的真实存在。而建筑则是光线体块共同作用的结果。建筑师利用日光和建筑物质材料准 确和谐的搭配演绎了意想不到的建筑空间效果。光是建筑空间的灵魂。“建筑是捕捉光 线的容器，就如同乐器如何捕捉音乐一样，光需要可以使其展示的建筑空间”。 。自然光是白天建筑室内外空间的照明的主要方式，光源主要取自太阳的光线。通过 门、窗、或建筑物采光的开口等位置进行日光照射进入建筑室内空间，建筑空间因此得 到由自然光带来的特殊效果，是一种绿色的照明方式，自然光引入建筑空间减小了人工 照明日常能源消耗带来的资源浪费及光环境污染等问题。良好的光环境使人生理和心理 健康，那么怎样才是最健康的照明呢? 这是一个值得一直深入研究，常探常新的问题。 自然光和人工光是人们通常采用的两种照明方式。人工光由于便于控制被人们普遍 应用，但人工光也有其自身带来的弱点。如不健康的照明会带来健康上的隐患，例如一 些眩光的出现使人产生眩晕感。所以人们只有在舒适的照明条件下才可以达到人机环境 的舒适统一，效率才会最高。自然光是最基本的自然要素，可再生的自然资源。在现代 空间设计中合理有效的运用自然光，不仅减少能源消耗、而且降低建筑的运行、维护、 管理费用，所以自然光在建筑空间的应用是现代及未来建筑师在设计时必须考虑和解决 的问题。更重要的是它的运用将对我国实现可持续发展战略起到极其重要意义。更同时 具有巨大的生态效益、环境效益和社会效益。即使天然采光有很多优点，但也存在一些 不足之处。如：玻璃幕墙和照明反光材料对空间环境造成的污染破坏问题日趋严重，室 内温度过高，城市热岛效应，是否美观问题，建筑的遮阳问题等。自然采光各地区的季 节气候局限。每个地区地理位置，建筑物构造，单体和多体，高矮建筑物不同接受的光 照也不尽相同，在利用自然光为建筑采光中也要去逐一考虑解决的问题。我们为了利用 自然光的节能环保，发明出光导装置和光导纤维来利用太阳的天然能源照明。虽然节省 了很多人工照明的巨大能耗问题，但随着现代人的健康和艺术审美要求及照明要求的考 虑，自然光也有它部分的局限之处。科技的日益进步，我们发现人工模拟自然光的出现 弥补了这两种照明的不足，即自然光与人工光的结合。不仅避免了人工照明的不足之处， 也打破了自然光的局限，弥补了天然照明光导和光线照明的不足。建筑空间不仅承载着 功能上的意义，也肩负了审美结构形式意蕴、资源保护的责任。这样就要求我们的建筑 的空间设计符合我国一直以来提倡得健康低碳，绿色环保的可持续发展的战略。我们作 为新一代的设计师，应该响应时代的要求，肩负起时代赋予我们的重任，倡导健康照明 理念，将人工光与自然光合理利用起来，做到绿色、健康设计，节约和保护美化我们的 环境。 本文通过对比论证提出研究的目的和意义，然后阐述自然光在现代空间中的现实例 东北师范大学硕士论文 证。经多例对比分析，最后得出结论。提出：节约人工照明，优化自然光照明条件，呼 吁设计师重视建筑空间中光环境的健康设计。如何运用自然光与人工光巧妙地结合成为 述的主题。世界各国一些先行的设计师已经发现了这些问题，并在不断地 些突出和隐含的矛盾问题。虽然部分案例已经成功，但要做到完美并普遍 长的路要走。要想让我们的生活即节省能源，又功能适用，环境更宜人， 的努力。探究这一课题的论文和著述也几乎是个空白，希望本文的论述和 引起广大建筑规划设计者的重视对这一问题的重视，以推动这一课题研究 2 阳，可以说没有太阳光，就 不可能有我们人类社会。没有人也不可能有建筑空间存在。太阳光让生命得以存在，而 人类又建造了建筑，经接口围合便有了建筑空间。因为有了光，才让建筑有了无与伦比 的空间美。可以说建筑是承载光的载体。 自然光：自然光是指太阳直射光源。在建筑空间中要想得到太阳光照明，必须经过 直接照射或反射、折射、漫射而得到，自然光对空间的影响很大，可以产生光影使空间 变得强烈而有生气，也可使空间构成明晰清楚，使建筑空间环境环境感觉明朗而又有气 魄。自然光的特点是随时间地区、季节气象的影响而变化。 2 界面 具有内部使用空间的才叫建筑空间，那么建筑的室内空间围合必然有基面、垂直面、 和项面。这些面与面的组合就是界面。界面决定着室内空间的容量和形态，既能使室内 空间丰富多彩，层次分明，又能赋予室内空间以特性，同时有助于加强室内空间的完整 性。 建筑界面自然采光：建筑界面自然采光主要受接口影响，尤其是建筑室内，它的采 光靠室内界面开启的类型、方向、大小、位置影响。接口采光开启有两种，一种是侧开， ( 如图1 ) 一种是顶开。如图( 如图2 ) 以开出洞的形表现出建筑的窗、建筑的口门、 建筑的柱廊、建筑的梁架结构。 图1 侧开图2 】页开 3 自然采光各地区的季节气候局限 每个地区地理位置不同季节时间不同接受的日照也不尽相同。既是千百年来我们的 先民营造屋舍积累传袭来的经验。现代建筑师对于生命气候学的理性的关注；在利用自 然光为建筑采光中也要去逐一考虑了这些问题。建筑师对于某一场地的日照，风向、气 温与降水等自然气候条件的合理利用，保证了人体对于健康日照的要求。优化了我们的 东北师范大学硕士论文 建筑运行成本耗费，实现了经济环保节约。 建筑物的日照时间由于建筑物的性质不同而有长短。我国规定，冬至日至少保证一 个小时照明。建筑物方位及间距不同，高矮建筑物及构造，单体和多体不一，采集光线 的时间也会受到影响。根据太阳运行的高度角，确定我国建筑物的朝向应采用朝南偏东 或偏西方向。建筑物的间距与照度的比值应大于l ：1 1 。由于各地区经度和纬度不同， 有时也不能同一而论。 ( 二) 建筑空间中利用自然采光的状况分析 关于阳光和建筑的问题，是一个古老而且常新的课题。早在古希腊的神庙和中世纪 的建筑教堂中，就已有建筑师研究过自然光影在建筑空间中的作用。我国古代建筑，无 论是殿堂还是造园建筑中的亭、台、楼、榭，在光影的明暗对比、疏密相间、幽曲与直 简结合的光线运用手法方面都达到过很高的水平，给人留下难忘的印象。而在今天，由 于科技生产力的大发展，我们的建筑师在自然光和建筑空间的设计上又要挑战和攻克新 的课题。 1 自然采光的方式分析 窗 窗可以说是可以向外嘹望室外空间环境，同时也可以向内观看到室内空间环境的建 筑结构墙体部分阻隔介质。它不再仅仅是一种引导光线进入室内和抵挡户外恶劣气候的 方法。在建筑中，它一直都有三种功能：照明、通风、和在玻璃制造技术限制的条件下 的取景。但这一切的功劳不完全在于窗，最终都应归功于光。因为只有有了光，我们才 能看见窗，透过窗看见窗外的一切，没有光，窗只是个空洞，也只会起到通风的作用。 最早的窗式格窗，上面糊上纸透光，后来慢慢发展，窗上开始采用半透光材料，如( 山 羊皮，牛角薄片到亚麻油纸等) 直到哥特式建筑开始了格式玻璃采光的大窗。( 图3 ，图 4 ，图5 ) 1 5 和1 6 世纪出现了格扇窗，直到这时玻璃大规模生产后才上出现了各种窗型， 比如英国的都铎风格窗户。( 图8 ) 这种风格的窗户至今还有建筑在沿用，因为其审美上 有很好的韵味。 图3图4 哥特式窗户i m a g e b a i d u c o m i ? w o r d = 哥特式建筑2 0 10 3 2 8 4 图5 哥特式窗户 图6 哥特式窗户 i m a g e b a i d u c o m i ? w o r d = 哥特式建筑2 0 1 0 - 3 8 图7 哥特式窗户 i m a g e b a i d u c o m i ? w o r d = 哥特式建筑2 0 1 0 3 8 两种窗户对比研究分析功能相同，但造型各异。 2 玻璃采光 图8 都铎风格窗户 i m a g e b a i d u c o m i ? w o r d 可以说玻璃改变了世界，因为它让人的眼睛穿越了空间的阻隔。坐在室内就可以看 见绿树、大地、晴空、白云、以及夜晚外面街灯的夜景和灯火辉煌的世界。玻璃是一种 古老的建筑材料，最早大规模使用玻璃窗的是在庞贝城的公共浴室，据说尺寸很大，到 欧洲中世纪哥特教堂建筑时期，玻璃被绘制上图案和颜色，以后开始广泛应用。1 2 世纪 的哥特式建筑，墙体厚度较小没有很坚固的承重墙，窗户尺寸被放大，光线投射进来， 室内柔和的色彩神秘安静。1 5 和1 6 世纪的格扇窗对玻璃的尺寸要求不高，只是小块玻 璃相应的镶嵌。甚至现在还有在沿用。直到玻璃规模化生产后，才更多地出现了更加丰 富的造型，通常只有建筑规模宏大的建筑才镶嵌玻璃窗。1 7 世纪出现了大面积的方形玻 璃，这样建筑上才开始了安装玻璃窗。直到玻璃的划时代应用，随着工业大生产的发展， 促使了建筑新材料，新的结构技术，新的设备、新的施工方法不断出现，使得有了应用 这些技术施工的可能性。1 8 5 1 年的伦敦水晶宫则是玻璃与钢作为现代材料首次自豪地大 规模亮相于工业化时代的建筑杰作。 1 8 5 1 年5 月1 日，英国伦敦召开世界性博览会，博览会的建筑展馆是一座用玻璃和 铁架搭建起来的庞然大物，长5 4 6 米，宽1 2 4 米，高2 0 米，建筑面积7 4 万平方米。 这是一座完全用采用玻璃和铁塔建构，自然光照明的革命性建筑。在1 9 世纪出现了薄 东北师范大学硕士论文 型的平板玻璃。平板玻璃出现，意味着建筑物的墙发生了明显的变革，是一次建筑材料 及结构的大变革。平板玻璃在建筑上的运用，模糊了墙和窗的界限。石材水泥墙在有的 建筑中甚至被简化的消失，取而代之的是玻璃的建筑、玻璃建筑群，现代玻璃建筑城市。 建筑师也开始了大刀阔斧的为自己的建筑寻找新的语言。 1 9 世纪末，资本主义世界，工业开始迅猛发展，随之而来的是经济也同时有了很大 发展。城市发展速度加快，城市人口不断增加。即在工业不断发展的同时，建筑业也开 始迅速地适应新经济要求。建筑开始摆脱旧建筑技术条件限制探索在材料和结构上的更 新来适应人们日益增长的物质环境需求，一些具有创新意识的设计师积极开始了探索新 建筑的运动。 现代建筑的出现 “现代建筑”的基本内涵是与古典建筑对比而言，因为与古典建筑有很大的差异，所 以叫现代。1 9 世纪5 0 年代出现，成熟于2 0 世纪2 0 年代。现代建筑有两大阵营，一个 是以格罗皮乌斯、密斯凡德罗和柯布西耶为代表的欧洲派，他们提倡建筑以功能主义为 主。一个是以莱特为代表的有机建筑。莱特很欣赏中国的传统文化，信奉老子所说的“道 法自然”。我们只要依照自然的指示去做，那么一切建筑的形式就是合情合理的。自然 界是有机的，所以莱特把他的建筑取名“有机建筑”。事实上，2 0 世纪2 0 年代密斯就在 大量的作品中使用透明玻璃，并提出了墙和窗合二为一的幕墙设想。其建筑主要以透射 和反射表现复杂的建筑内外空间。这样也使建筑里面的墙的概念日趋模糊。作为建筑的 幕墙，一开始设计师为了追求视觉上的完美，开始采用镜面玻璃反射手法，可以容纳万 千物象景观。能将没有关联的东西也可以融入进通体镜面中来。但由于反射特性强，带 来了城市光热污染以及交通危险系数加大。到2 0 世纪6 0 年代，欧洲开始研发低辐射镀 膜镜面玻璃。其原理就是利用高温热解沉积金属粉末于玻璃表面，使玻璃坚固耐用。但 膜厚度是有限的，所以一定程度上耐不了高温日晒，隔热性能还是很差。于是又开始生 产研发了中空玻璃，即一种纯银物质薄膜作为功能膜夹在两层金属氧化物中间。通常还 会这样，玻璃中间夹隔空气，即两片或两片以上的玻璃以铝合金框，框条，以及密封胶 粘结密实，铝框条内放干燥剂，这种玻璃具有较高的透光性。有很强的热阻隔热，热舒 适度也较高，后来被大量应用在轻质承重幕墙中。如果将中空玻璃的中间抽成真空，就 能更好地防结窗花，隔音效果也会更好。玻璃砖在日本建筑中普遍使用较多，因为日本 是地震多发国，据说采用玻璃砖这种墙体最初想法还是来源于日本的木格纸制做的墙 体。因为地震的多发，使得日本人必须要考虑这些因素。他们采用钢结架和玻璃砖构筑 建筑的外立面，这样的墙体即有利于采光照明也能保温隔热。隐藏的支架系统以及接缝 处的开槽设计，运用高度密封胶将两者很好的密封连接在一起。大型的玻璃砖幕墙，白 天在阳光下闪烁发光，夜晚犹如巨大的玻璃水晶，为日本的街道建筑添了不少光彩，这 在世界上也是个很突出个性特点的设计。 3 国外建筑空间自然采光分析 日本较早运用自然光于建筑的大师安腾忠雄。建筑师安腾忠雄可称为用光的专家， 也是运用自然光的专家。但安腾的作品最主要的贡献表现在他对自然采光的艺术手法 6 东北师范大学硕士论文 上，对于自然采光的技术原理阐述的很少，几乎是砖石的混凝土结构开窗。任何参观过 安腾建筑作品的人都会对安腾的用光叹为观止。特别是安腾的光之教堂、水御堂、小莜 邸等作品。他对自然采光及艺术用光堪称一流。光是生命之源，光让我们看见了世界一 切生命体及与之周围一切相关的环境。建筑与光有着犹如心脏与躯体一样的关系，不可 分割。“建筑师对阳光下的各种体量的精确地，正确的和卓越的处理。”建筑大师柯布西 耶就曾这样赞叹过光对建筑空间化的重要作用。安腾很重视光在所造空间环境和理想生 活方式的作用。 光之教堂项目位于大阪茨木市北春，是安腾重要的达标作品在矩形混凝土的墙上， 安腾通过切割混凝土墙形成的十字的玻璃窗，将阳光引入室内，使原本一片漆黑的室内 产生了十字形的“光十字”白天的光和夜晚的光从这个十字开口的窗照射进来，在墙上形 成一道常常的阴影。使教堂的空间氛围提升了很多神秘感。虔诚的教徒在黑暗处面对如 此神秘的光感，仿佛感觉到他们信奉神就要到来到他们的身边，无比幻化，无比神秘。 1 1 ( 如图9 1 1 ) 一口日 图9 图1 0图1 1 安腾谈到光的运用时说：“我相信我在建筑空间中光的质比量更为重要，我希望0 - 我考察一下光的质它能丰富建筑表情，给人们留下深刻印象。从天窗或侧窗射入的光i 线因其进入空间的角度不同而产生不同的表情；光线通过不同的材料会变成反射光、漫 射光、扩散光、直射光等等，通过对光不同特性及表情的操作为空间提供一种秩序。” 为了引入自然采光，安腾设计了十字洞口。这也符合安腾的自然与光的那些理论。 安腾对建筑与光有着自己独特的理解。他认为：“光使物体的实存成为可能。建筑 空间中的一束独立的光线停留在物体的表面，在背景中施下阴影。随着时间的变换和季 节的更替，光的强度发生着变化，物体的形象也随之改变。”因为这些不断变化的光， 我们也重新认识了身边的环境。与其它建筑设计大师相比，安腾对于建筑引用自然采光 有着很重要的贡献。我们在称赞安腾的作品采光方式方法的艺术创新的同时，安腾在石 材和天光在建筑上的应用也解决了经济上的浪费。 在小莜邸中安腾则采用顶部开窗的效果，同样引天然光进入建筑内部，由于是顶部 照射，光线明亮而集中，创造出高大，宽敞明亮的空间光效果，独具匠心。一种超自然 的反光效果，让人感觉舒适明亮，尤其是顶棚上的那些反光，拓展了无限的空间。一排 树下的进光窗1 3 ，反复使光有了音乐一样的韵律。混凝土的墙面与自然光的和谐变奏， 不能不让人慨叹，甚至想实地走进小莜邸去感受它的空间神韵。( 图1 2 1 4 ) 【l 】田冬大师细部一空间与光中国三峡出版社【m 】2 0 0 6 - 7 - l l l - 1 1 7 7 东北师范大学硕士论文 圈1 2 图1 3图1 4 美国加州科学馆 这座建筑是意大利建筑师皮亚诺( r e n z op i a n o ) 设计的，运用了可再生材料构架、 9 0 采用自然光照明、在旧金山附近海滩设水泵站，从太平洋引水用于馆内。曾被美国 绿色建筑委员会，授予“白金”级别绿色建筑称号，因此它成为世界上规模最大的绿色 环保建筑之一，究其原因是因为本建筑因采用自然采光而闻名。( 图1 5 来自互联网百度 图片搜索) 这个建筑的建筑材料，多使用旧博物馆废 弃的材料。钢材与混凝土结合。四周都是清晰可 见的玻璃幕墙，形式不一的安装方法混合而成， 最后造就了，一个宇宙奇迹。它采用了一种新的 隔热材料，牛仔裤中提取的厚厚的棉絮，取代了 以往的玻璃纤维隔热，在建筑界是一次创新的尝 试，也说明人们御用自然光照明史上的一次进 步，符合今天的低碳环保建筑要求。透过清晰的 玻璃墙，我们可看到馆内一些引人入胜的布置，图1 5 美国加州科学馆 最为显著的就是两个球形的建筑物。天文馆( 如图1 6 ) 和人造雨林( 如图1 7 ) 。馆 内宽敞明亮，采光主要以自然光主，馆内的光线是用可控制遮阳百叶来调节光的强 弱明暗。在馆内，由项部落地玻璃幕墙使9 0 的馆内办公室空间，沐浴在自然光 下，并且可以欣赏到室外的景观，( 如图1 1 ) 放眼望去，心情极为舒畅。自然光的 照明，减少了电力照明的能源消耗。除了上面可采用设置遮阳设施采光外，合理的 可调节开口会使建筑遮阳成本降低。 图1 6 室外景观图片来自互联网百度图片搜索图1 7 人造雨林 贝律铭玻璃金字塔 建筑融合自然的空间观念是主导著名现代主义最后一位大师贝律铭一生的设计理 想。“让光线来作设计”是贝氏的名言。他的作品的共同点是内部与外部互联，使外部自 东北师范大学硕士论文 然的光影和内部空间功能形式融于建筑，使其接近自然。如：法国卢浮宫前面的玻璃金 字塔。( 如图1 8 2 1 个人拍摄资料) 这样的开口不仅不会使强烈的光线引入室内导致温 度上升，而且还很好的解决了采光的合理性。高于地面的方锥的玻璃外形，看上去像个 大水晶金字塔，玻璃与钢的构造，简单而高雅。卢浮宫前的玻璃金字塔解决了自然与古 建筑空间的融合问题，把自然光引入地下，内外的互通使得光线很好的进入，为地下的 展厅很好的照明，也决绝了长期没有健康光源的照明问题。贝聿铭对于卢浮宫的改造分 两期，首期是1 9 8 3 1 9 8 9 年，拿破仑庭的建造；二期是1 9 8 8 1 9 9 3 年，李凯利尔翼、倒 置金字塔的建造，它是美术馆新的入口，也把自然天光与古建筑空间结合，除了罗浮 宫博物馆入口的大金字塔外，拿破仑广场上方另外还有三个小型金字塔，金字塔下方是 罗浮宫购物商场。 图1 8 图1 9 露零鬻鬻器。冬：霭 图2 0图2 l 我们与其说贝律铭的设计具有简约现代的风格，不如说他还是钟情于采用玻璃、钢， 和砖石材作为建筑的材料。这些因素决定了他的建筑业只是理性处理下的自然。他的建 筑的光影不是绝对的自然，很多是材料空间形式控制上的自然。那么我们分析一下他初 期玻璃建筑的玻璃镜面墙尝试，( 如图2 2 2 3 图片来源：互联网百度图片) 1 9 7 7 年- 汉 考克大厦。 贝聿铭在建筑中运用玻璃幕的案例，一开始玻璃幕墙的技术还不成熟，他就开始采 用玻璃幕墙采光，将自然光引入室内。这座汉考克大厦，位于马萨诸塞州波士顿。汉考 克大厦每一块玻璃面积很大，在当时算是玻璃面积最大的成品玻璃。贝律铭把同样规格 的玻璃大量用在这座建筑的墙面，显得建筑气势磅礴。建筑雄伟高大而建筑室内又宽敞 明亮。该大厦共6 3 层，高达2 4 1 米，这座建筑堪称是波士顿最高的建筑。在当时如此 9 东北师范大学硕士论文 高的空间内，建筑外墙采用玻璃实在是很难解决的问题。在建筑的外墙设计上，贝律明 全部用浅兰色的镜面玻璃，阳光在玻璃的镜面上折射反照，壮观的玻璃外墙，宛如一张 巨大的反光镜面，映衬出周边独特的景观画，反射着其它楼体的外观轮廓。耸立在城市 的中心，实景与虚景相称，变换无穷，即现代美观又简洁大气。由于玻璃的体积额较大， 在大厦刚建成时也曾出现过，玻璃的脱落现象，后经维修改进保持完好面貌。这座建筑 是现代建筑成功地应用玻璃墙的一个范例。 图2 2图2 3 镜面玻璃及幕墙具有很好的私密性。但同时也有着不可避免的缺点。对于现在的自 然采光和遮阳技术这座建筑算做历史罢了，因为今天不会有人再去重复这种包含了部分 失败的范例。 采用玻璃外墙的建筑( 如图2 4 2 6 ) 图2 4图2 5图2 6 4 国内建筑空间自然采光分析 。 在人们的印象里，城市高楼林立，大面积的玻璃幕墙，天然的采光，舒适的环境。 而农村低矮的屋舍，只有几扇连体的小窗，白天采用自然光照明，夜晚电灯，是一个有 着巨大建筑自然采光发展空间的新领域。随着改革开放农民富裕以及现代采光技术的发 展，农村的采光也有了新的面目。 ( 1 ) 净月农舍 农村现代生态住宅，房屋和花棚连接，秸秆地热，大面积的透明玻璃窗，太阳光采 光照明供暖，常年室内绿化净化空气，夏季降温。( 图2 7 3 2 个人拍摄图片资料) 由此 东北师范大学硕士论文 图2 7图2 8 图3 0 来源互联网图3 l 来源互联网图3 2 来源互联网 看来自然采光在农村也开始得到了重视。据有关调查结果预计：“农村自然采光还有很 多可待开发空间。”( 如图2 8 3 1 农村建筑自然光采光效果图) 来自互联网 ( 2 ) 清华大学建筑 为避免夏季阳光直射带来的室内过热、能耗增加以及眩光等问题，可采用设置遮阳系统 以及合理的开口控制措施，与玻璃幕墙相配合的常有内置式和外置式两种遮阳。 2 1 内置 遮阳主要是在室内设置百叶窗来阻挡光线。外置遮阳则比内置遮阳更重要，因为建筑玻 璃幕墙会造成反光和光污染，及室内环境过热。即使采用了双层的隔音玻璃幕墙，阳光 强烈照射室内温度也会过高。当光照强烈时，必须采用两种遮阳系统，内置和外置混合 使用。清华大学超低能耗示范楼就采用两者的结合，满足不同区域采光、视野，与保温 隔热需求。( 如图3 3 个人翻拍资料) 图3 3 以上是成功运用自然光的案例，它们这些成功案例里，不难发现建筑设计者精彩绝 伦的设计和追求建筑照明生态环保的理念。没有它们的不懈努力，也就没有我们今天在 建筑采光技术的突破成果。而中空玻璃与真空玻璃、透明玻璃及幕墙、玻璃砖、“双层 皮”系统与遮阳技术制造按采光的玻璃幕墙，是今天建筑自然采光技术的发展的新成 【2 】朱瑾建筑设计原理与方法东华大学出版社【m 】2 0 0 9 - 1 ：1 1 2 - 1 1 5 图2 7 - 31 h t t p ：b a i k e b a i d u e o m v i e w 9 5 5 4 8 h t m 果。 6 遮阳设计 l l 东北师范大学硕士论文 为了防止夏季过多的阳光进入室内，需要进行建筑遮阳和建筑隔热。自然光有很好 的杀菌治疗作用，如果让房间与阳光隔绝，就不利于杀菌和健康治疗作用；但过度的日 照，也是有害的。显然，对于各种建筑空间都需要合适的日照时间，但在太阳辐射过多， 气候炎热的国家，对于如何遮挡阳光往往比保证房间的日照更重要。在我国北方则主要 考虑夏季遮阳。遮阳在现代往往成为建筑造型艺术的一个部分。在国外已经研究此项技 术很久了。 ( 1 ) 老式遮阳法 我简单介绍几种以前比较简单的遮阳设计方法。垂直遮阳侧向板、水平遮阳板和百 叶窗遮光板。为了这档从低位置小角度射向立面的阳光，可采用垂直的侧向板。根据太 阳各个时期的高度角不同，配合室内形成相应的遮阴区，我们设置了水平遮阳板。百叶 窗遮光板是设计起来最简单的一种。在与房屋立面垂直的竖向平面上确定了光线的最大 投射角和最小投射角后，使投射角大于和小于光线不能进入房间。( 配图3 3 3 4 ) 歹 爹 爹 爹 爹 雾 錾 ， 浚， 图3 4 遮阳板一图3 5 遮阳板二 虽然离新式遮阳技术还有一定的距离，直至今日，最好的遮阳办法算是有了一定的飞跃。 设计师们借鉴以前遮阳技术和玻璃生产时考虑的玻璃表面过热，及室内降温技术，是遮 阳技术新的进步。那么怎么能创造出更好跟合理的遮阳技术还有很大困难，但已经找到 了一系列有效解决的办法。 ：1 ( 2 ) 遮阳现状分析 玻璃镀上防止照射玻璃表面过热的可降温膜采光，即玻璃表面被遮盖一层可降温的 薄膜技术，遮阳可以有效控制玻璃上面温度，遮阳的膜材质将太眼光阻隔在膜外面，防 止表面过热。而且这种膜被取下来是可以重复利用的。由日本建筑设计团队：株式会社 日本设计( n i h o ns e k k e i ) 2 0 0 9 年2 月2 7 日建的世博会日本展馆紫蚕岛是双层膜遮阳 采光的最好实例。 日本馆：展馆建筑表层由带有发电功能的超轻型薄膜包围，这种薄膜透光性高，薄 膜内部配置了太阳电池，可以用来发电，导光，主要是为了可以充分利用太阳能资源， 节约人工照明能耗，这种太阳能发电高效环保。而且这种透光性高的外膜也是一种可防 辐射降温装置。可抵挡阳光的过分照射，防止室内过热。( 图3 6 3 9 ) 1 2 东北师范大学硕士论文 图3 6 图3 7 图3 8 日奉馆效果图图3 9( 3 月1 0 日，工人正在为日本馆的外墙安装 薄膜，这种透光薄膜可吸收太阳能发电并在夜间发光。新华社记者裴鑫摄) ( 3 ) 双层玻璃幕墙雏形采光降温及遮阳办法 双层玻璃幕就是采用两层玻璃做维护，以抵御外部气候变化。由内外中空玻璃，遮 阳百叶，以及内侧单层玻璃三层构成：冬季双层玻璃带来的温室效应可加强保温，夏季 依靠遮阳选择和阻隔直射阳光，并利用空调系统将夹层的热量带走，这种技术被认为是 双层玻璃幕墙的雏形。两侧玻璃可完全垂挂，形成无阻隔空腔，也可以在内部做水平或 垂直间隔以组织气流方向。水平项部设通风口下部设进风i z l ，交换空气降温。垂直玻璃 间隔上也设有侧向通风口j 可自动调节两层玻璃间空气流动。 图4 0 双层玻璃图4 l 外置遮光百叶 图4 2 垂直玻璃遮光 现在遮阳有内置式和外置式两种，主要都是依靠百叶遮阳，内置式是应用内置体积 较小轻便的遮光百叶，而外置式则是依靠体积较大的水平和垂直两种悬挂方式的百叶遮 阳。这两种百叶都可以降低室内温度，减少室内过度光照带来的热量。在双层玻璃幕之 间设置自动控制的百叶窗，配合内外开窗，自然通风，夏季可起到降温作用，冬季闭合 形成空气夹层，还可以起到保温作用。外置遮阳在隔热性能上比内置遮阳有明显的优势。 但外置遮阳要求的材料性能比较高，要有很高的强度、硬度和刚度。对气候变化要有一 定的抵御作用。对于可控性构建要求要灵活方便，能承重较大的负荷。水平百叶可控制 不同高度角的阳光照射，尤其对于低纬度或夏季高度角较大强烈的日照控制较好。垂直 东北师范大学硕士论文 百叶则是针对阳光方向变化选择的一种遮光装置，