基于地域气候和外部环境的建筑采光节能设计

摘要：本文研究了我国的光气候的分区，在现代建筑飞速发展的今天，开发节能资源和节约不可再生资源是设计的两大主题，在减少不可再生资源的使用同时，重视对太阳能的使用，建筑和设计行业就是利用了取之不竭、源源不断、用之不尽的阳光的光能进行节能设计规划绝对是节约成本的投资、体现建筑空间的人性化和绿色环保设计最有效的手段。在如此多的广大能源之中，太阳能是其中最为安全和洁净与广泛而且是人们生存和发展不可缺少的能源之一，最有效的利用日常光照和天空中漫射光对建筑进行天然采光环节的节能设计具有着重要的意义。

关键词：地域气候外部环境建筑采光设计节能设计

地域气候和户外环境是住宅的室内气候的外部条件，室内的采光、日照和通风的质量依赖于户外环境的设计合理性。近几年，我国居住的建筑行业发展迅速，上世纪末我国经济持续的发展为住区的建设带来了契机。住宅的建筑业居于很多产业之首，成为了我国国民经济重要的支柱产业。那么，对住宅的室外环境关注就显得非常迫切和现实。居住建筑的设计较集中体现了建筑的地域性：外部环境、建筑所处的地理和气候与建筑的体形、高度以及朝向、间距等密切相关。

1.建筑的采光节能设计整体思维

整体思维是指对系统进行整体上的分析，综合所有影响事物的各种相关因素，来达到系统平衡的思维观。太阳能的利用具有一体的两面特性，建筑德尔节能设计并不是一项单一行的工程，而且不能为了满足一方面的节能设计而忽视了我们节能的目的，造成了更大程度的浪费。所以有我们必要采用系统的思维方式，整合出合理的建筑节能设计方法。

1)节能分区的标准建筑节能设计应该综合考虑光和热环境，从而提出符合节能分区的标准，节能设计是建筑的前提。因此，我们针对了不同的气候和条件下和物理环境下的建筑节能设计的要求，自采光节电和采暖降温的节能前提出发，提出了同一个光气候区的不同建筑采光节能设计的二级分区的标准体系。其标准在原有的5 个光气候分区为基本指标下，提出了包括16 个建筑采光的二级分区指标，并且针对每一个二级分区而提出相应节能的设计要点。

2)采光节能设计的具体措施应在标准的节能分区的指导下，应主要从规划布局、建筑的体型优化、采光口的设计以及其材料的选择，反光和遮阳处理的四要点来进行建筑采光的节能设计。

①规划布局的整体性：合理的布局朝向才可以保证建筑的光和热环境的适宜。我国地理位置处于北半球，保证了建筑物理应朝向南的布局。从太阳热的辐射分布来看，南向的布局是冬季日照较多而夏季的热辐射则较少，我们国家大部分的地区的夏季主导风均为东南向。从而综合的分析了保温、日照、隔热和通风，南向的布局最利于冬季的保温和夏季的防热节能的要求。但是同时北向的房间采光节能亦是很重要的，北向虽然是采光照度较低，但是照度的均匀度较好，利用在南向的墙面设置较高的反射率镜面的材料来将光线反射到北面，也可以改善北面的房间采光照度，节约了日常的用电。为了让室内拥有充足的日照，建筑的建设应综合的考虑采光和通风等要求，制定建筑的规划布局合理日照的间距。根据了不同的设计分区，这样建筑之间的距离在冬至日有效的日照时间段，就有足够的日照时间使阳光照射到建筑的底层窗台面上。因为日光很有可能被窗外用来遮阳的植被挡住。在增加绿化能改善热环境的同时，一定要综合的考虑采光要求，要以不遮挡建筑的日照和采光为基本原则。

②建筑的体型优化：太阳光对建筑的外表面辐射热以及直射光很大程度地影响了建筑的室内光和热环境的能耗，体型优化是建筑物的建筑节能设计很重要的一方面。建筑的室内采光是经过窗地比例来控制的，开窗的面积大其窗地比就大，采光就越有利，况且从采光的均匀性来考虑，天窗比起侧窗来更好。可是从热工的角度看来，屋顶则是获得热能最多的部分，而且天窗对热工节能是很不利的。所以，在不同的地域和气候环境下建筑的外形开窗设计应该具体分析和处理。建筑体型的长宽比大，得热就越多。南方的夏季防热则是节能的主要工作，建筑应采用长宽比小的体型;北方节能则以冬季的保温为主，宜采用长宽比大的建筑体型。可从采光方面考虑，建筑的进深越大而光线越弱，因此建筑进的深不应过长，并尽可能的减少横墙的遮挡，来保证采光的照度值和照度的均匀度。所以建筑体型的设计应符合光和热环境节能要求，以计算出建筑最佳长宽的比值。

③采光口：采光口的设计与材料的选择。采光口是一个矛盾体，它的沟通与隔绝作用是同时存在的，既要供采光和日照还要防晒以及遮阳。从综合节能的角度来分析，采光口的设计应是在加强材料的气密性的基础上，根据不同的区划标准来满足其在采光照度节约电量和夏季得热以及冬季失热的状态下耗能量，确定不同的外部环境中的采光口的面积折中值，并且合理的规划采光口的位置，并保证室内自的然通风。门窗以及玻璃的材料选择应以多透光少的传热原则，南方的炎热地区应用低辐射玻璃，而北方地区则应采用中空的双层玻璃。此外，还应该加强新型的玻璃材料如液晶的调光玻璃和光致变色玻璃等的应用。

④反光与遮阳的措施：改善光热的环境是离不开节能设施的应用。提高建筑的内部采光照度可以应用在窗户的顶部搁置水平反光板的方法来将日光引入室内;在炎热的夏季为了防预阳光的直射在建筑的不同方位应用相应的遮阳措施。在适宜的部位设置有遮阳作用的反光搁板，这样既防止了太阳直射以及眩光千扰带来的不适，又能有效的将光线漫反射到室内，提高了照度均匀性。

3)建筑采光的节能设计整体思维不仅是强调综合光和热环境节能的要求，还是强调节能适时的可变性。由于建筑的光热环境不仅是随着地域气候的特点而变化的，而且还是随着人们不同时段的使用需求以及周围环境的改变而改变的，所以采光节能的设计策略不是一种固定而单一模式，是必须系统考虑的变化，采用智能化管理方法实现适时自动调控。

总结：

随着建筑行业越来越深入的发展，高楼大厦，如雨后春笋一般拔地而起，建筑行业呈现出一派欣欣向荣发展的景象，同时建筑的能耗过大负面的问题也随之涌出，目前建筑的能耗总量已占我国社会的能耗总量三分之一之多。其中，照明、采暖以及空调系统的能耗成为建筑耗能的主要内容。所以在合理采光二级分区的标准指导下，利用先进的建筑采光节能技术，根据人们使用的需求以及环境的变化从而灵活的控制光和热的进入，进行有效的天然采光的同时减少空调、采暖的用电能耗，为人们提供了健康舒适的室内环境，是满足现代建筑采光节能设计要求的整体思维以及方法。

[参考文献]：

[1] 黄海静，陈纲建筑采光节能设计的整体思维[N] 2007.8:7-21

[2] 隋晓明试论建筑采光节能设计中的整体思维[R]2011:16

[3] 荆方李雯试论现代建筑的采光节能设计 [R]2011:19