建筑节能设计之采光节能设计浅谈

abstract: the lighting energy consumption is a great part of building energy consumption, thus lighting energy-saving design must be designed as factors that must be taken into account. the lighting energy-saving have to coordinate the contradictions between lighting energy-saving and thermal energy-saving, focus on natural lighting, and adopt different design methods according to different regions and environment. on this basis, lighting energy-saving design needs to conduct a whole planning and layout of the buildings to achieve the purpose of lighting control, so as to achieve the best energy saving effect. 

关键词： 采光节能；节能设计；建筑设计 

key words: lighting energy-saving；energy-saving design；architectural design 

0  引言 

节能设计的两大主题就是开源和节流，因此节能方式的改革不仅需要减少对不可再生资源如煤、石油等的使用，还要重视对可再生能源如太阳能、风能的开发利用，这样才可以使节能效果达到最佳。 

在建筑能耗中，照明能耗所占的比重很大，这就需要重视在建筑设计进行采光节能设计，以实现彻底的绿色建筑，而非仅考虑热环境节能的单极化节能。建筑采光节能设计也需要在整体节能思维的基础上，综合分析光、热环境的要求，根据本地区的环境特点，实现采光节能的最佳效果。 

1  采光节能设计需要考虑的因素 

1.1 协调光、热建筑节能设计的矛盾  阳光的辐射是建筑设计中光、热的主要影响因素，因此在节能设计中对太阳能辐射的利用应当谨慎，要协调处理其在分区标准和设计要求两方面的矛盾。 

首先，中国光气候分区图将中国的建筑设计划分为5个光气候分区，以此来指导天然采光设计；而在热能设计上，去过建筑热工设计分布图将中国划分为5个热工分区。光气候的分区指标是照度，而热工分区的主要指标则是温度。同一地区可能分属不同的光气候区与热工区，节能设计要求也就自然不同。因此建筑设计要想达到采光节能的目的，必须协调光、热在建筑设计中的矛盾，以制定完善的光气候区分标准和物理环境参数。 

其次，光节能设计不可避免的要求将天然光引入室内，以达到有效的照明与视觉效果，进而减少照明能耗。这一要求需要设计建筑时加大建筑间的距离，减少对天然光的阻挡并适当的增加采光口的数量与面积。而热工设计在冬季时需要尽可能的将阳光引入室内以提高室内温度，在夏季却需要做到有效的防止热辐射以减少空调能耗，这一要求需要设计师合理控制门窗面积与位置，减少建筑体型的变化。这样一来，在建筑设计中采光节能与热工节能不可避免地会产生矛盾。而建筑节能设计必须要到在平衡而这矛盾的同时，达到节能设计的最佳效果。 

1.2 注重天然采光  采光节能设计必须要考虑天然采光，而不能一味依赖人工光源。这是因为首先人工光源会影响人们的感受，光线的温度会给人们带来截然不同的感觉。而自然光在不同的季节、时刻、环境通过合理的设计可以对室内照明产生很好的效果，其舒适度也远远高于人造光源，不仅可以使昏暗的房间变得明亮活泼，还可以塑造室内的艺术空间、营造良好的氛围。其次，天然光源如得到充分的利用可以节约电能的消耗。据统计，建筑消耗中照明消耗占了将近三分之一的比重，而天然光源则具有取之不尽用之不竭的特点，与人工光源相比更加安全、洁净。只有最大限度的降低照明消耗，才能更好的设计节能建筑，顺应绿色建筑的潮流。 

合理的利用太阳光，不仅是城市规划范畴的问题——需要一个地区的整体规划设计都必须考虑天然采光，更是设计师必须考虑的问题。建筑设计师需要对建筑的采光如侧窗、天窗、中庭采光进行整体的把握，然后就需要对采光口进行合理的设计，如采光口的位置、打消、朝向等以及玻璃的颜色、折射度、反射度等。 

在对天然采光设计进行考虑时，还需要注意的一个问题就是需要配合空调的节能工作。我国大部分地区夏季具有日照时间长、太阳辐射强的特点，因此在建筑设计时需要合理的利用屋檐、遮阳板、窗帘等调解采光、减少热能消耗、节省电力资源。这种情况在采用玻璃幕墙的建筑中表现得尤为明显，更需要合理协调采光节能与热能消耗的矛盾。 

1.3 根据不同地区环境特点、建筑情况采光节能设计  我国幅员辽阔，不同地区的光照条件与环境特点有很大不同，而每一个地区的建筑群的特点更是千差万别。因此采光节能设计需要根据不同地区的环境特点、建筑情况来整体规划布局具体的采光设计。 

首先要根据该地区的整体环境特点进行设计规划，只有合理的朝向布局才能最佳的协调建筑设计中的光、热矛盾。在建筑设计中应当保证向南布局，这首先是因为我国处于北半球，南向布局可以保证冬季日照最多而夏季辐射最低，如此布局方可以获得最大的日照。其次，我国大部分地区夏季多为东南风，因此坐北朝南可以很好的保证通风需求得到满足。为节约采光耗能还可以在南向墙面设置镜面材料引入光线，以改善北面房间的光照度。此外，为了保证建筑物内日照时间的长度，还需要考虑植被对光照的影响。绿树枝被对于改善热环境大有裨益，但是在对其设计时一定要考虑采光需求。 

其次，采光节能设计还要根据该地区的建筑群的特点来进行合理的规划。建筑室内采光的方案一是地窗，因为地窗的面积越大对采光越有利。而天窗采光的均匀性比较好，但是由于屋顶是吸热最多的部分，因此天窗对于热工节能十分不利。因此开窗设计应根据不同的地域气候环境来设计。一般来说，建筑物的长宽比与热量获得成正比，因此在炎热的南方采用长宽比小的建筑形状有利于节能工作，而寒冷的北方采用长宽比大的建筑体型则可以满足其冬季保温的需求。但是从采光方面考虑，建筑物进深与光线成反比，即进深越大光线越弱，因此在建筑设计中进深应当兼顾光热节能的要求，在保证光照时间和光照均匀度的基础上设计出最佳的长宽比值。 

2  具体的采光节能设计（形状与材料） 

采光节能设计的细节，诸如采光口设计、玻璃的材质、照明设计等等，需要进行在综合把握以上三个大原则的基础上，进行合理的规划设计，以达到节能设计的最佳效果，为社会能源的和谐发展、建设绿色家园做出贡献。 

2.1 采光口的设计 

2.1.1 窗地比越大，采光均匀性越好  研究发现，随着窗地比的增大，人工照明能耗越小，房间全年的关灯率就呈现上升的趋势。这是因为窗地比越大，室内的采光均匀度越高，室内光线条件的上升当然会促成人工照明能耗的降低。虽然对于采光来讲窗户面积越大越好，但是建筑设计还需要综合考虑热功耗能（采暖与制冷）。因此建筑物的窗地比需要根据不同的光度要求进行不同的设计。如果房间对光度的要求较高则可以适当的扩大窗户面积，并且辅以其他的外围措施保证房间的保温隔热效果。反之则应当适当缩小窗户的面积以保证室内温度。 

2.1.2 窗户透光率越大，照度均匀度越高  建筑物窗户的透光率与房间照度均匀值成正比，即窗户的透光性越好、透光率越大，房间的照度均匀值越高、光环境越好。因此，透光率的增大会直接导致人工照明耗能的减少、达到节能的目的。当然，建筑物能耗还需要考虑热工能耗，但是窗户的透光率对热工能耗的影响很小，因此窗户透光率越大，建筑物的总能耗越低，节能效果越好。 

2.1.3 窗户位置高度越高越节能  随着窗户位置的升高，近窗处的照度值大幅降低，这是因为窗台挡住了一部分阳光。而窗户位置越低，房间内的照度值越高，照明能耗越低。但是，窗户位置越低，室内视觉舒适度会随着降低。因此，在采光节能设计中，既要考虑到低窗位对光照值的促进作用，也要考虑由于光照度平缓对室内人员视觉舒适度的影响。 

2.1.4 窗户形状越瘦高越节能  窗户的形状对于室内光照度值也有影响。实验表明，窗户上沿的高度越高，光在进深的方向上均匀性同比增高。而随着窗户宽度的增加，室内的光照值反而没有同比提高，人工照明的能耗呈上升趋势。因此，在对窗户形状进行设计时，需要意识到窗户形状越瘦高对于采光越有好处，也越有利于采光节能设计。 

2.1.5 侧窗增加反光板可以增加照度均匀度  高侧窗对于改善室内照明环境作用很大，与之相呼应在侧窗增加反光板可以降低近窗处的照度峰值。由于夏季高角度的太阳直射光极易造成近窗处出现眩光，因此在侧窗增加内反光板可以提高室内的光照均匀度、改善室内的照明效果进而减少照明能耗，增加外反光板还可以在夏季减少热增益，减少夏季空调制冷能耗。因此可以考虑在室内外增设反光板来改善室内环境，降低照明能耗，达到采光节能的目的。 

2.2 玻璃材质的选择  门窗玻璃材质的选择对于节能的影响与采光口的设计一样重要，而门窗能耗一直是节能的薄弱环节。在对门窗材料的选择上，应当以多透光少传热为基本原则，这样既可以保证采光，又有利于热能消耗的减少。因此，炎热的南方地区在节能设计中应当首先考虑选用低辐射玻璃，以减少太阳光的辐射。而寒冷的北方地区则可以首先选用中空双层玻璃，在保证光照值的同时减少散热、保证室内温度。 

此外，随着科学技术的进步，新型的玻璃材料越来越多的走进设计师的视野，出现在千家万户之中，常见的如液晶调光玻璃、光致变色玻璃等，都是根据不同材质的不同优点来达到采光效果的最大化并尽可能的减少能耗。与此同时，新型采光方式如导光管技术、光导纤维技术等的运用都是研制多功能节能窗的新思路、新方法，在采光节能设计中应当积极引进先机的技术方法来保证采光节能设计达到最佳效果。 

2.3 采用合理的照明设计  合理的照明设计对于采光节能也很重要，建筑设计还应当在保证照明质量的基础上，设计优先选用电指标较低的设计方案。 

首先设计师需要根据照明的目的或者使用要求来确定适当的照度，并且根据使用要求确定照度分布。此外，设计师还要根据活动性质、活动环境及视觉条件，依据规范来选定照度标准，严格执行强制性规范内容，如gb50034-2004第6节。该文件规定了各功能建筑物照明功率密度值，其目的在于控制建筑照明总的用电量，必须受到重视并且严格适用。 

其次，合理的照明方式，是提高照明系统效率最便捷最有效的手段。如果房间布置已经确定，设计师应尽量采用分区一般照明方式。而对于部分作业面照度要求较高、不适合只采用一般照明的场所，则应当采用混合照明。 

再次，照明设计中合理有效的配线可以减少线路上的电能损失。设计师应当保证电气照明的工作电压保持在允许的电压偏移值之内。而在采用气体放电光源较多的场所，采用分散方式进行电容补偿以提高功率因数则是很好的解决办法。 

最后，为了方便管理，每个照明开关所控制的灯具的数量不能过多。在建筑装修中，还应当应尽量用浅色的墙面、地面和顶棚，这样可以更加有效的利用光能，对于房间的氛围营造也有很好的效果。在设计好之后，对于照明设备还要加强维护和管理，以延长照明设备的使用寿命，这样是采光节能设计之路的长久之道。 

3  结语 

节能减排是当前全球关注的重点，在建筑节能设计中采光节能设计必须进入设计师的考虑之中，以建立优质高效、经济舒适、安全可靠的照明环境，实现建筑物的零污染要求，建设完全的绿色建筑物。 

参考文献： 

[1]荆方，李雯.试论现代建筑的采光节能设计[j].城市建设理论研究,2011,（19）. 

[2]杨志达.建筑采光设计的几个误区[j].山西建筑，2007,（13）. 

[3]屈寒飞.建筑设计中自然采光方法的发展趋势及特点[j].热带建筑，2004,（03）.