论自然采光与人工照明在室内设计中的合理运用

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2.1自然采光自然采光，诺曼·福斯特曾经说过：“自然光总是在不停的变化着，它可以使建筑富有特征，在空间和光影的相互作用下，我们可以创造出戏剧性的效果。”作为光环境设计中最具有表现力的因素之一，自然光日益受到重视。通常将室内对自然光的利用，称为“采光”。自然采光，可以节约能源，并且在视觉上更为习惯和舒适，心理上更能与自然接近、协调。随着现代技术的进步和新材料的不断出现，同时，使用自然采光的方法与手段也日益丰富。在创造室内光环境效果的工作中，应力求光与构件充分的结合，使空间的层次得到有力的表现，室内环境的结构与形式得到清楚的表达，提供给人以积极的信息，削减消极的信息。运用层次、对比、扬抑、节奏等技法对光进行构图，力求赋予光以均衡、稳定的秩序，达到室内环境的美观与视觉舒适性。但是不当的处理有可能导致光环境的呆板、乏味，破坏室内空间；或者导致光环境杂乱与无序，破坏室内空间的统一与协调，这就要求在针对光环境的设计的时候把握一定的规律与技法。根据光的来源方向以及采光口所处的位置，分为侧面采光和顶部采光两种形式。侧面采光有单侧、双侧及多侧之分，而根据采光口高度位置不同，可分高、中、低侧光。侧面采光可选择良好的朝向和室外景观,光线具有明显的方向性，有利于形成阴影.但侧面采光只能保证有限进深的采光要求（一般不超过窗高两倍），更深处则需要人工照明来补充。一般采光口置于1m左右的高度，有的场合为了利用更多墙面（如展厅为了争取多展览面积）或为了提高房间深处的照度（如大型厂房等），将采光口提高到2m以上，称为高侧窗。除特殊原因外，（如房屋进深太大，空间太广外），一般多采用侧面采光的形式。顶部采光是自然采光利用的基本形式，光线自上而上，照度分布均匀，光色较自然，亮度高，效果好。但上部有障碍物时，照度会急剧下降由于垂直光源是直射光，容易产生眩光，不具有侧向采光的优点，故常用于大型车间、厂房等。

2.2人工照明人工照明也就是“灯光照明”或“室内照明”，它是夜间主要光源，同时又是白天室内光线不足时的重要补充。人工照明环境具有功能和装饰两方面的作用，从功能上讲，建筑物内部的天然采光要受到时间和场合的限制，所以需要通过人工照明补充，在室内造成一个人为的光亮环境，满足人们视觉工作的需要；从装饰角度讲，除了满足照明功能之外，还要满足美观和艺术上的要求，这两方面是相辅相成的。根据建筑功能不同，两者的比重各不相同，如工厂、学校等工作场所需从功能来考虑，而在休息、娱乐场所，则强调艺术效果。人工照明不仅可以构成空间，并能起到改变空间、美化空间的作用。它直接影响物体的视觉大小、形状、质感和色彩，以至直接影响到环境的艺术效果。人工照明、自然采光在进行室内照明的组织设计时，必须考虑以下几方面的因素：1、光照环境质量因素。合理控制光照度，使工作面照度达到规定的要求，避免光线过强和照度不足两个极端。2、安全因素。在技术上给予充分考虑，避免发生触电和火灾事故，这一点特别是在公共娱乐性场所尤为重要。因此，必须考虑安全措施以及标志明显的、疏散通道。3、室内心理因素。灯具的布置、颜色等与室内装修相互协调，室内空间布局，家具陈设与照明系统相互融合，同时考虑照明效果对视觉工作者造成的心理反应以及在构图、色彩、空间感、明暗、动静以及方向性等方面是否达到视觉上的满意、舒适和愉悦。4、经济管理因素。考虑照明系统的投资和运行费用，以及是否符合照明节能的要求和规定，考虑设备系统管理维护的便利性，以保证照明系统正常高效运行。2.3人工照明的类型2.3.1整体照明整体照明其特点是常采用均称的镶嵌于天棚上的固定照明，这种照明形式使光全部直接作用于工作面上，光的工作效率很高。2.3.2局部照明局部照明，也称重点照明、补充照明。为了节约能源，在工作需要的地方才设置光源，并且还可以提供开关和灯光减弱装备，使照明水平能适应不同变化的需要。2.3.3装饰照明装饰照明的主要照明方式为射灯和泛光灯槽灯形式。它应当以强调所照射的物体或结构的形态、立体感为主。其目的是打破单一背景照明的呆板的感觉，丰富空间层次，使材料的质感更加突出。第3章光作用3．1光对建筑中的造型作用光与影对建筑整体的体量和细节装饰都有塑造作用，建筑的生命是光线赋予的，光在物体表面，光影交合，勾勒出它们凹凸起伏的轮廓，在物体后面聚集阴影，给予它们深度。光可以使建筑显现出巨大的艺术感染力。所以，人们感知的建筑通常是光与实体共同作用形成的，光的强弱也会给人不同的感知体验，能显出强烈、柔和、明暗、波动、流动等状态，随着光源的移动使空间产生流动变化。也可以使静止的实体空间形成动态空间。3.1.1光在建筑中的渲染作用晴空万里，细雨连绵，不同的环境带给我们不同的心情，随着时间的变化，季节的更替，光的强弱发生了变化，人们就是在这样不断变化的形和影中感受光带给我们的奇妙世界。所以，光渲染的气氛对人的心理状态和光环境的艺术感染力有决定性的影响。如安藤忠雄的光之教堂，光通过“十”字形状的空间射入，如同神灵之光一般，充分渲染了教堂神圣的氛围，洗涤了人们的灵魂。3.1.2光在建筑中的装饰作用光是一种空间创作的材料，但是光更能揭示或改变构成实体空间的各种材料的肌理、表情，从而影响空间的表情，起到装饰作用。粗糙的毛石、光滑的玻璃、柔和的木质、流动的水体都可以通过光加以表现和修饰，所以说建筑师是用光来“装饰”建筑的表情的。如抛光的金属板对光就非常敏感，它随着光源的变化而迅速变化，并伶俐地对周围环境做出反映。金属的反射与映射、眩光与泛光交汇在一起，给人虚幻缭乱及迷离的超现实效果。所以，一个出色的设计师为了提高空间的品质要特别注重光对材料肌理、表情的装饰作用。所以，当把光作为一种有效的材料来配合，光使建筑的材料尽显本色或更加艺术化的改变质感，则材料会具有超过其材料本身的有效价值，使空间的目的的意义能够得到升华。3.1.3光在建筑空间中的情感创造作用从某种意义上说，没有情感的空间就不存在艺术价值。人们在使用空间的同时自觉与不自觉地与空间进行交流，艺术设计者所要创造的“景”，应该是一种情感的空间，情感空间的创造才是艺术的创造。而光又是创造情感空间、表现特殊情感的强有力的语言，在人们的生活空间里，经常需要庄重崇高、清新安详、欢快奔放的各种情感空间。光是一切视觉感情之源，光影结合使空间更加具有艺术情感魅力。运用光使空间建立起节奏和美的构图、限定空间领域、增加空间层次、强调趣味中心、明确空间向导、营造空间的情感和意境。我们必须用光与建筑空间的文化情感和艺术情感相整合的观念，全面地，系统地研究光影，积极有效地运用光的情感价值。3.2人造光在建筑中的作用灯泡的出现打破了人类几千年来日出而作日落而息的定律，人造光填满了入夜之后的世界。建筑师开始意识到建筑夜晚的视觉效果也同样不容忽视。每当夜幕降临，城市的主角被灯光替代。此时的建筑不再借助于体量、材质、色彩等元素来传达，而是靠人造照明设备了。正如日本建筑大师安藤忠雄所说：“建筑设计就是要截取无所不在的光，并在特定场合去表现光的存在。建筑将光凝缩成最简约的存在，建筑空间的创造即是对光之力量的纯化和浓缩。”在现代建筑设计中，人造光不再仅仅是照明作用，它所具有的装饰效果已经越来越多地被设计师们所运用。光的冷暖颜色，光与其他材质的配合，可以使建筑与环境效果达到和谐。用照度适宜的中性白光照射白色的墙面，会出现清洁、宽敞、明亮的效果。而照度不足的彩光则会造成不同程度的负面效果。另外照明效果直接受到建筑立面的材料材质的影响，不同颜色的墙面配合灯光给人以不同的感觉。某些投射光也可以对建筑细节起到画龙点睛的作用。3.3自然光在建筑中的作用现代建筑与自然光的联系非常紧密，对于建筑空间来说，已经不再是单纯为了满足采光的实用性需求。随着建筑设计手法和建筑技术的发展对它有新的诠释。可以通过对窗体的设计将自然光的运动与建筑空间有效结合，自然、纯粹、朴素、时间与空间共同营造出一种淳朴、回归之美。在建筑空间中，引入光主要通过采光口，通过光线反射或折射到墙面和地面上。如柯布西耶的廊香教堂就是将自然光作为最直接、最便利的光源引入建筑的典范。所以，光的艺术效果是由采光口的大小、位置、形式以及构造做法来决定的。运用自然采光的时候，应仔细考虑窗的面积及方位，并可设置反射阳光板；建筑内装修可采用浅色调，增加二次反射光线，通过这些手段保证获得足够的室内光线和空间氛围需求，并达到一定的均匀度。一般建筑采光设计都是假设是阴天，不考虑直射阳光。这样的采光设计就防止采光不稳定，过热、眩光等问题。第4章自然采光与人工照明的比较与分析空间环境设计应科学地运用天然光和人工照明，在空间布局上要有良好的朝向和充足的天然光线。自然采光，从建筑采光的角度来说，虽然有其巨大的不可比拟的优点，但是，未经过滤、遮挡、折射等处理的自然光，无论是从视觉光源的方面来讲，还是从热源方面来讲，也有着一定的缺点。

自然采光的特点有：光照的强度，随着天气、季节、时辰、地理位置等等因素的不同，有着巨大的变化。烈日炎炎的夏日的正午的太阳的照度，和阴云密布的黄昏的自然光的照度，有着千万倍的差别。自然光光源（太阳）的角度，一天之中，四季之中，也是有着巨大的变化的。另外，自然光的光源，是热光源，往往，随着自然光蜂拥涌入我们居住空间的，除了我们需要的光明，往往还有大量的热，而这些热，并不是总是我们所欢迎的。

目前，在建筑界，无论是在中国还是世界上，尽量使用自然采光，是倍受权威部门提倡、鼓励和推崇的。值得指出的是，现代的自然采光，讲究的是经过光学计算了的是可控制的自然采光。现代的自然采光，行家们以及建筑师们关注的，不再仅仅是光的数量，还有光的质量。比方说，用采光口（窗）的朝向来取舍直射光、漫射光；用各种功能玻璃，比方说单向透光采光玻璃、单向传热玻璃、虑光玻璃、用电来控制进入室内光量的玻璃等等来控制、选择需要的光；用LOW-E玻璃来“放光阻热”允许光线进入而阻挡随着光而进入室内的热量等等。在某些高级建筑里，这样的控制可以为编程的计算机所代。也就是说，对于直接采用自然光，还是存在诸多缺点，只是通过科技的进步，采取不同的方式，来进行修正，以获得我们所需要的光源。虽然自然光它也有一些缺点，但总的来说，其优势还是无可比拟的：作为自然光光源的太阳光，光量极其巨大，这是迄今为止任何光源根本没有的。作为自然光光源的太阳光，在以亿年计的时间范围内，可以说是取之不尽、用之不竭的。也不用花任何代价去“开采”。这是任何的靠电能、化学能、生物能为动力的人工光源所不能比拟的。

3、太阳光光谱中的短波光如紫外线，可以杀菌，还可以预防软骨病。

4、自然采光实施起来极其简便，不需要敷设线路、不需要设备，也不需要什么复杂的技术。可以这么说，见得到太阳的地方，就可以进行自然采光。

5、一般地，人们可以在获取自然光的同时，同时取得心旷神怡的“视景”。

6、太阳光中蕴涵有大量的热能，虽然现在我们人类转化、储存这些热能的技术还十分初级，但是可以预见，这种技术肯定会很快发展起来。人造光对环境的负面影响主要体现在各类光污染和能源消耗上。光污染是现代社会产生的过量的或不适当的光辐射对人类生活和生产环境所造成的不良影响的现象。一般包括白亮污染、人工白昼污染和彩光污染。有时人们按光的波长分为红外光污染、紫外光污染、激光污染及可见光污染等。现在应用最广泛的电光源一直存在一个能源的问题，在人类的不短开采和利用中，地球资源急剧紧缩的状态让可持续、清洁的能源成为决定一种照明方式是否能长远发展的重要因素。现在各国都在研究新的能源，新能源必将带来新的光源、新的照明方式。人造光的优点是花色品种繁多，造型丰富，光、色、形、质可谓变化无穷，灯具不仅为人们的生活提供照明的条件，而且是室内环境设计中重要的画龙点睛之笔。第5章自然采光与人工照明的合理运用气候变暖已经成为不可忽视的问题。种种的气候现象时刻发生在我们周围。联合国气候变化政府间小组发表报告承认导致气候变暖的主要原因是人类活动。节能成为我们行为的准则,然而一味地要求节能却忽视环保与人性化,则会让节能夭折。绿色照明概念的提出就是对这一原则的体现。所谓绿色照明就是节约能源从而达到保护环境的作用。因此,在建筑照明设计中,,必须遵循国家相应的法律法规,实施绿色照明。5.1建筑照明设计标准照明节能设计是针对产生视觉条件的光源及其设备进行节能的设计,从而到达保护环境和符合人性化的目的。我们可根据场地的照度要求,以照明功率密度值为标准分配光源。因此做到合理利用能源,就必须充分了解场地。按实际情况调节照明强度。比如,住宅中餐厅的照明设计。一般餐厅的功能是满足家庭成员用餐和交流。因此照明设计需考虑这两项功能设计照明方案,然后以LPD值为参考,合理布置照明设备间的距离和强度。5.2.充分利用自然采光以达到节能的效果利用太阳光达到照明的作用无疑是最节省能源的做法,而且太阳光中所包含的色温阈值远远多于任何一种人工光。这一特性可以使被照明物体呈现出更为丰富的表面颜色和肌理。再者,太阳光中自带紫外线等多种射线,可以有效的杀灭病菌,因此太阳光的利用价值可谓无价。在室内照明设计中如何利用阳光以达到节能和环保?1.首先房间的采光系数或采光窗的面积比应符合《建筑采光设计标准》,同时充分利用室内受光面的反射性,能有效地提高光的利用率,如白色的墙面的反射系数可达70～80%,能起到节能的作用。2.在电气控制上也宜充分利用自然光,光线强时可以关掉靠窗的一部分灯具。5.3.要求使用节能灯具及镇流器使用具有高效光源的高效灯具能有效的节省能源。高效光源指的是光视效能K,它代表光源每消耗单位电能所发出的光通量。也就是说在单位电能恒定的基础上,光视效能越大越省电。对比下列表格:对比上述表格,我们发现白炽灯灯的光视效在15.5LM/W,而荧光灯的光视效是69LM/W,可见,荧光灯在某种程度上要比白炽灯更为节约能源。除了灯具的选择上能帮助我们节约能源,正确的镇流器选择也能能做到这一点。气体放电灯的镇流器分为主要分两大类:电子式镇流器和电感镇流器。电子镇流器能使灯管在高频的条件下提高灯管的光视效和降低镇流器自身损耗,有利于节能,并且发光稳定,消除了频闪和噪声,有利于提高灯管寿命。在操作中,可使荧光灯总功率下降20%。以T5细管径荧光灯配电子镇流器代替原来的T12粗管径荧光灯配普通电感式镇流器,按每天使用8小时,一年可节电23度(不包含双休日),节能效果非常可观。同时电感式的镇流器也应该选用节能型的,这样灯具的总输入功率又能再次降低20%。5.4.合理的照明控制方式室内的光线来源主要有两种情况,一是自然采光,二则是供电系统提供的人工光。合理地布设和控制这两项光源课可以有效地降低能耗。以下有几个原则可以用来把控：1.在有较好自然采光的情况下,如无特殊需要尽量利用自然采光。2.在住宅建筑的过道、楼梯间等夜间间歇需要照明的地方,安设声光控等自熄开关。3.有两个以上光源控制的开关,不宜大于2个。4.在开关上安装可调控灯光强度可控开关,以便光源强度调节减少电能使用量。5.5建筑的物理环境，降低建筑能耗能源和环境是当前全球共同关注的焦点。照明用电随着社会的发展已占总发电量的10～20%。目前，我国照明耗电大体占全国总发电量的10～12%。2001年我国总发电量为14332.5亿千瓦小时，年照明耗电达1433.25～1719.9亿度，为在建设中的三峡水利发电工程投产后年发电能力（840亿）的两倍左右。照明用电的迅速增加，不但要增加大量的电力投资，牵制国民经济的发展，而且还要产生大量污染。天然光是大自然赐予人类的宝贵财富，可以说是取之不尽、用之不竭，相比其他能源具有清洁、安全的特点，充分利用天然光可节省大量照明用电，节约照明用电又可间接减少自然资源的消耗及有害气体的排放。目前我国的电能主要由燃烧化石燃料生产，在获得电能的同时向大气排放了大量二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等有害气体，这些气体是造成全球各种环境问题的重要原因。1991年1月美国环保局（EPA）首先提出实施“绿色照明（GreenLights）”和推进“绿色照明工程（GreenLightsProgram）”的概念。1993年11月我国国家经贸委开始启动中国绿色照明工程，1995年11月16日召集八家单位研讨“中国绿色照明实施规划”，其中的一条就是倡导自然采光。因此，天然采光是绿色照明的重要方面。长期以来，人们一直对天然光存在一种误解，认为天然光进入室内的同时带来的热量要多于人工光源的发热量。事实上，如果提供相同的照度，天然光带来的热量比绝大多数人工光源的发热量都少。也就是说，如果用天然光代替人工光源照明，可以大大减少空调负荷，有利于降低建筑物能耗。充分利用天然采光，节约照明用电。创造良好的视觉工作环境。国外的一些国家已开发出一系列利用太阳光自然照明技术，并在学校、博物馆、办公楼、体育馆、公共厕所、垃圾处理厂等公共设施及工业与民用建筑中广泛应用，实现了白天完全或部分利用自然光，从而大大节省了电能、目前自然采光系统的技术及产品正在快速发展中，主要技术的使用方式包括：带反射挡板的采光窗，是大面积侧面采光最常用的一种。优点是能有效的反射阳光通过顶棚反射到室内深处，提高靠内墙部位的照度，同时起到降低窗口部位的亮度，使整个室内光线分布更加均匀。阳光凹井采光窗。是一种接受由顶部或高侧窗入射的太阳光比较有效的采光窗。通过一个内部带有光反射的上部或顶部采光口，将阳光经过反射变为间接光。窗的挑出部分和井筒特性可按日照参数进行设计，尽量提高表面的反光系数，提高窗的阳光利用效能。现今光环境受到社会的关注——夜景照明、绿色照明、保护青少年视力。城市建设和建筑规模宏大，技术复杂，照明技术不断更新