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摘要：當前我國處在經濟高質量發展時期，消費升級使得人們對建筑光環境的舒適度要求越來越高。從使用者和環境角度，分析了綠色建筑發展面臨的兩大問題——玻璃幕墻選材易產生光污染以及室內自然光引入不夠而導致人工照明能耗增加，并從材料選用和安裝、建筑形體設計兩方面提出了相對應的解決方法。在高效利用自然光的同時，減少眩光等光污染的產生，以達到落實碳中和，實現低碳建筑的目的。

關鍵詞：建筑節能；綠色建筑；建筑設計；建筑環境；碳中和

引言

室內光環境設計是綠色建筑的關注焦點之一，合理的建筑室內光環境能夠營造多樣化的環境氛圍，減少視覺疲勞，提升工作和學習效率，同時降低建筑能耗、降低碳排放。

1綠色建筑自然光環境設計面臨的問題

1.1玻璃幕墻材料選用和安裝不當易產生光污染

光污染的產生主要來源于太陽光輻射中的反射光，反射光根據人眼觀察角度不同，會產生面積不同的眩光，造成光污染。光污染在一定程度上對人體的健康有很大的危害，是抑郁癥等疾病的誘發因素[1]。玻璃幕墻在某種程度上是完全采光的側窗，如果不對其采取輔助優化處理，自然光通過玻璃幕墻直射進室內，必然會造成眩光問題，引起居住者的不適。臨街玻璃幕墻外立面產生的眩光又會影響周圍住宅樓居民的正常生活，甚至干擾過路車輛司機的視覺，影響司機的視覺判斷和駕駛狀態，進而引發交通事故。以北京市朝陽區CBD核心區中國尊為例，建筑高度528m，外立面大面積使用玻璃幕墻，經分析評估反射光影響發現，冬至日中國尊玻璃幕墻反射光的影響范圍主要集中于南向；春（秋）分日反射光范圍向東西兩側擴散；而夏至日反射光影響范圍主要集中于東西向，對周圍住戶日常生活產生較大影響。

1.2室內自然光引入不夠，人工照明能耗增多

受限于建筑空間和成本控制，考慮到投入產出比等經濟效益，傳統建筑增加高度和進深，依賴人工照明解決光源問題，而長期在這種沒有自然光的環境中工作生活，難以感受到外界自然環境的變化，人體持續處于“生物鐘黑暗”狀態，人們罹患抑郁癥等疾病的風險增加。同時人工照明也消耗大量電能，與環保節能的理念相違背。

2綠色建筑自然光環境設計的主要措施

經過試驗測試與對比，高質量自然光環境設計既可以節省能量消耗，同時有效緩解城市建筑光污染問題[2]。

2.1合理安裝玻璃幕墻，減少眩光產生

在玻璃幕墻材質的選擇上，可選用粗糙的毛玻璃或可見光透射比較高的新型節能玻璃等，盡量不用或少用鍍膜玻璃及反射比大于0.3的鏡面玻璃，以減弱玻璃幕墻的定向反射光，減少眩光的產生。在安裝工藝上，可在玻璃幕墻的內側玻璃貼上黑色吸光材料，或在玻璃幕墻的外側增加一層低輻射鍍膜吸收光線，減輕光污染。還要注意玻璃幕墻的安裝角度，減少凹面鏡聚光引發室內火災，或是凸面鏡反射自然光產生更多眩光的現象。還可借助建筑周圍的環境設計，降低玻璃幕墻反射光的不利影響，如借助地形地貌、植被等，發揮遮擋和吸收作用。

2.2合適的外立面遮陽措施降低光污染

遮陽措施不僅可以避免太陽直射輻射導致室內產生眩光和局部過熱問題，同時可以減少外立面玻璃幕墻大面積反光導致的光污染。在建筑外立面設計中，可采用立面窗戶設置自動調節遮陽百葉系統，形成自適應的動態調整系統。百葉上的傳感器隨著太陽角度變化而變換角度，達到控制窗墻比的效果，柔化照射進室內的自然光，避免自然光在室內多次反射，保證采光的均勻度。根據研究發現，百葉窗處于水平角度及向上傾斜時，自然光中的直射光和漫射光都會增加窗戶的眩光問題；百葉窗向下傾斜時，形成柔性陰影并減少眩光問題，給空間適當的明亮感，便于活動[3-4]。在百葉窗的材質選擇上，應盡量選擇亞光而不是鏡面的飾面，減少眩光的產生，同時杜絕室內無自然采光的現象。可在建筑外立面設置格柵，起到遮擋部分反射眩光的效果。通過研究分析，格柵高度與遮擋眩光效果成正比，格柵高度越高，遮擋效果越好。

2.3利用光導纖維技術及適宜光導管設置提升室內自然光

光導纖維技術傳送自然光的損耗小、距離長，可降低自然光中的紫外線、紅外線對人體造成的傷害，實現自然光的柔性傳播和均勻分布，不會因室內局部過亮而形成眩光，也有利于人們辦公時將注意力集中在工作區，提高工作效率。實踐中在采光口輔助適宜的反光、折光及調光裝置，如可調節高度角和方位角的跟蹤反射鏡，以控制與調整光線。以密爾沃基市聯合衛理公會教堂為例，通過在不同季節調整反光鏡的熱控遮光器，將更多的自然光引向室內，利用二次反射鏡面提高室內空間的照明度，同時也可保證光線照射方向和擴散的合理性，避免產生干擾的陰影和眩光。對于地下空間，尤其是沒有直接采光的地下室等空間，采用光導管采光系統，利用光導管以及導管中設置的光收集鏡面、光反射鏡面、將自然光反射進吊頂的鏡面，并引入地下空間，可達到減少人工照明能耗的目的。對于室內玻璃的選擇，可采用擴散透光材料，例如乳白色玻璃、玻璃磚等，提高房間深處的照度，或使用能夠感知周圍環境中光和熱變化的新型材料，例如調光玻璃、膜材料等[5-6]。同時可以采用計算機輔助監測自然光的手段，感知和調節采光材料，提高室內采光效率以及人體舒適度。

2.4建筑形體設計中注重光環境因素

創新建筑外形的設計，增加采光面。丹麥BIG建筑設計事務所在一次國際競賽中提出的W—Tower方案設想。通過扭曲、推拉的手段，將巨大體量的建筑分解成三段小體量，將采光面從傳統的4個面增加到12個面，既提升建筑的自然光采光效率，也增加建筑的使用效率，提供自然光采光新思路。對建筑屋面樓板進行特殊設計，可以延伸懸挑，在一定程度上充當百葉的作用，增加自然光反射。位于恩斯赫德的SIGMAX辦公大樓，采用層疊式設計，懸挑樓板和連續的玻璃幕墻起到模糊室內外視覺界限。4塊輕薄的樓板向四周延伸，經過計算設計，根據立面不同、延伸距離不同，并在樓板底部鋪設不銹鋼面板，增加自然光的折射率，保證室內深處的采光，最大程度保證每樓層有充分的光線，享受最優采光。在屋面增加天窗設計，溝通室內外空間，有效引入自然光，提高建筑室內采光率。天窗形式可以根據建筑的功能靈活設計，水平天窗、鋸齒形天窗以及一些特殊造型的天窗在不同功能的建筑中已越來越普遍[7-9]。水平天窗的采光效率比建筑立面的側向開窗至少提高兩倍，且模塊化的天窗排列使室內外形成和諧統一的韻律美，多運用于大面積、模塊化的交通建筑中，如馬德里巴拉哈斯機場、深圳寶安國際機場等；鋸齒形天窗相比于水平天窗，在保證采光率提高的同時，豐富了建筑的第五立面，以華北理工大學圖書館和蘭開斯特歷史學校為例，兩者均采用大尺度鋸齒形天窗設計，形式新穎、裝飾簡潔，使建筑富有現代氣息。對建筑立面進行折線設計，提高采光率。以德洛伊特辦公樓為例，根據差異化立面分析各個方位受到的太陽輻射，尤其西、北立面，根據最極端的太陽入射角度切線，將立面開窗設計成“褶皺”效果，受到更多的自然光照射，這一方法普遍應用在我國居民住宅樓設計方面。傾斜外立面設計也可以提高建筑的采光率。建筑外立面設計成有傾斜角度的形式，作為夏季自遮陽方式之一，既形成空間可為行人遮風擋雨，又可避免陽光直射室內，例如達拉斯市政大樓主立面向前傾斜34°以及世博會中國館的造型設計，均采用傾斜外立面設計。

3結語

建筑光環境的好壞是評價建筑室內環境質量的重要指標。在建筑設計過程中，如何合理、高效地利用自然光，減少用電消耗，推進碳減排工作，已經成為當代建筑設計首要考慮的任務之一。增加自然光的利用，既可提升居民生活質量以及生活環境的舒適度，又可實現可持續發展的環保理念，為實現碳中和做出貢獻。

作者：孟宇凡 單位：北京建筑大學建筑系