天然采光設(shè)計是以太陽為光源的建筑環(huán)境采光設(shè)計。天然光不僅照亮環(huán)境，使我們看清并認(rèn)知周圍的環(huán)境，獲得80%人類賴以生存的環(huán)境信息，而且日光的晝夜更迭，明暗變化，支配著人體的生物鐘，控制著生活起居周期和生命節(jié)律。陽光還制造維生素和諸多營養(yǎng)物，使人們保持身心健康。而且，人眼在天然光條件下比在人工光下具有更高的視覺功效因此，搞好天然光環(huán)境設(shè)計，具有十分重要的意義。它有利于節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，并可為建筑環(huán)境增“光”添“彩”。
　　一、天然采光基本知識
　　天然光特性（又稱光氣候特征）
　　1.天然光的組成和影響因素
　　天然光源可分為直射日光和天空光兩類：
　�。�1）直射日光：太陽光穿過大氣層，射到地面，稱為直射日光。由于地球與太陽相距很遠(yuǎn)，可認(rèn)為直射日光是平行射到地面的。直射日光照度大，具有方向性，會在被照物體后形成陰影；
　�。�2）天空光：又稱天空擴(kuò)散光，是部分陽光經(jīng)過大氣層上空氣分子、灰塵、水蒸氣微粒等多次反射，在天空形成的具有一定亮度的天然光源。天空光照度較低，無一定方向，不能形成陰影；
　�。�3）地面反射光：直射日光和天空光經(jīng)地面反射及地面和天空之間多次反射，使地面照度和天空亮度有所增加，這部分光源稱地面反射光。一般在采光設(shè)計時，可不考慮地面反射光的影響；
　�。�4）光氣候：指由直射日光、天空光和地面反射光形成的天然光平均狀況。
　�。�5）晴天：云量占天空30%以下的無云或少云天氣。晴天地面照度由直射日光和天空光疊加形成。直射日光占90%，天空光占10%.天空最亮處在太陽附近，太陽亮度達(dá)20萬熙提（sb）（1熙提=104cd/㎡），天空亮度一般為0.2～2.0熙提。離太陽越遠(yuǎn)，亮度越低，最低值在與太陽呈90o角處。因此，建筑物朝向?qū)Σ晒庥绊懞艽�。朝陽房間面對太陽所處的半邊天空亮度較高，室內(nèi)照度也較大；
　�。�6）全云天（陰天）：天空全部為云所遮蓋的天氣。這時，無直射日光，只有天空擴(kuò)散光。
　　全云天天空的亮度分布，可按式（2-25）計算：
　　式中Lz——天頂亮度，cd/㎡，它是接近地平線處天空亮度的3倍；
　　Lo——仰角為θ的天空亮度，cd/㎡；
　　θ——計算天空亮度處的高度角（仰角）。
　　國際采光協(xié)會命名這樣的天空為CIE全陰天空。采光設(shè)計與計算都假定天空為全陰天空。
　　在全陰天空下，地平面的照度Ew用下式計算：
　　式中Ew——地面照度，lx；
　　Lz——天空亮度，cd/㎡.
　　2.影響天然光的因素
　　影響天然光的因素有：太陽高度角、云量、云狀、日照率、地理緯度以及海拔高度等。
　　3.采光標(biāo)準(zhǔn)
　　（1）采光系數(shù)：采光系數(shù)C是指室內(nèi)給定水平面上某一點由全陰天天空光所產(chǎn)生的照度（En）與同一時間同一地點，在室外無遮擋水平面上由全陰天天空光所產(chǎn)生的照度（Ew）的比值，即利用采光系數(shù)，可根據(jù)室內(nèi)照度標(biāo)準(zhǔn)換算出所需的室外照度，或由室外照度求出室內(nèi)照度。
　�。�2）采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值
　　采光標(biāo)準(zhǔn)將視覺工作分為I～V級，并規(guī)定各等級天然光照度最低值分別為250，150，100，50及25lx.定義室內(nèi)完全利用天然光工作時的室外天然光最低照度為“臨界照度”，其值為50001x.根據(jù)臨界照度值，可將室內(nèi)天然光照度換算成采光系數(shù)。由于不同采光口類型在室內(nèi)形成不同的光分布，故采光標(biāo)準(zhǔn)依照不同采光口類型，提出不同的要求。頂部采光時，采用平均值。側(cè)面采光時，室內(nèi)光線變化大，故規(guī)定用采光系數(shù)最低值。
　　注：
　　1.兼有側(cè)窗和天窗的混合采光，側(cè)窗取采光系數(shù)最低值Cmin（%），天窗取采光系數(shù)平均值Cav（%）；
　　2.計算點的確定，單側(cè)窗取窗對面距內(nèi)墻1m的點為計算點；矩形天窗當(dāng)為單跨或邊跨時取距外墻內(nèi)面lm處的點為計算點，其余情況按《民用建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中的附錄B確定；
　　3.亮度對比小的Ⅱ、Ⅲ級視覺作業(yè)，其采光等級可提高一級采用。
　　4.光氣候分區(qū)
　　我國各地光氣候有很大區(qū)別，如采用同一采光標(biāo)準(zhǔn)顯然是不合理的。因此，采光標(biāo)準(zhǔn)將我國劃分為I～V個光氣候區(qū)，用光氣候系數(shù)與相應(yīng)室外臨界照度表示各區(qū)天然光照度的高低，其中，天然光最豐富的地區(qū)是西北和北部地區(qū)，向南逐步降低，四川盆地最低。各區(qū)具體的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為采光標(biāo)準(zhǔn)所列的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值乘上光氣候系數(shù)。

　　二、采光口形式及特性
　�。ㄒ唬┎晒饪谛问�
　　1.采光口
　　室內(nèi)裝有玻璃等透光材料的孔洞統(tǒng)稱為采光口。
　　采光口可分為側(cè)窗和天窗兩種。二者兼有的室內(nèi)采光，稱為混合采光。
　　2.側(cè)窗
　　側(cè)窗是在房間外墻上開的采光口。其中窗底離地面2m以上的側(cè)窗，稱為高側(cè)窗。側(cè)窗采光的優(yōu)點是光線的方向性好，有利于形成陰影，適于觀看立體感強(qiáng)的物體，并可觀看室外景觀。缺點是照度分布不均勻，近窗處照度高，離窗遠(yuǎn)處水平照度下降很快。當(dāng)采光面積相等且窗底標(biāo)高相同時，正方形窗口采光量（指室內(nèi)各點照度總和）最大，豎長方形次之，橫長方形最小。但從照度均勻性看，豎長方形沿進(jìn)深方向均勻性最好，橫長方形沿寬度方向較均勻。
　　影響室內(nèi)橫向采光均勻性的主要因素是窗間墻。窗間墻愈寬，橫向均勻性愈差。
　　側(cè)窗的朝向?qū)κ覂?nèi)光分布也有較大影響。晴天南向側(cè)窗采光量大，但不穩(wěn)定，有直射光；東西兩側(cè)窗采光量不穩(wěn)定，早晚有直射光；北向單側(cè)窗采光量小，但穩(wěn)定。
　　側(cè)窗分單側(cè)窗、雙側(cè)窗和高側(cè)窗三種，高側(cè)窗主要用于倉庫和博覽建筑。
　　3.天窗
　　天窗即頂部采光口。天窗最大優(yōu)點是有利于采人光量并使照度均勻分布。天窗可以有如下幾種形式：
　�。�1）矩形天窗：這種天窗位置較高，不易形成眩光。為避免直射陽光射人室內(nèi)，天窗的玻璃最好朝南北向。
　�。�2）橫向天窗（橫向矩形天窗）：這種天窗的玻璃也宜朝南北向。
　�。�3）鋸齒形天窗：這種天窗有傾斜的頂棚做反射面，增加了反射光，采光效率比矩形天窗高，窗口一般朝北。
　　（4）平天窗：特點是采光效率高，但設(shè)計時應(yīng)注意采取防止光污染、防直射陽光影響和防止結(jié)露的措施。
　�。�5）井式天窗：這種窗主要用于通風(fēng)兼采光。
　　（二）采光口尺寸及窗地面積比
　　采光口的尺寸與面積一般先用《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的窗地面積比（Ac/Ad）估算。如對Ⅲ類光氣候區(qū)的單層普通玻璃窗的面積用《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中的表5.0.1估算。
　　注：
　　1.此表按Ⅲ類光氣候區(qū)計算，其他氣候區(qū)應(yīng)乘以表2—3中的光氣候系數(shù)K；
　　2.對I、Ⅱ類采光等級的建筑，若開窗面積受限，采光系數(shù)可降至Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)值。照度不足部分用人工照明補(bǔ)充，但天然光和人工光的總照度不應(yīng)超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定照度的1.5倍。
　　我國《住宅建筑規(guī)范》（GB50368—2005）規(guī)定，住宅中的臥室、起居室（廳）、廚房應(yīng)設(shè)置外窗，窗地面積比不應(yīng)小于1/7。
　　三、天然采光的控制與調(diào)節(jié)
　　為了調(diào)節(jié)采光量，改善室內(nèi)照度分布，減少或防止眩光，創(chuàng)造舒適宜人的室內(nèi)光環(huán)境，經(jīng)常需要對采光口采取遮光和控光措施：
　　1.透光材料
　　利用乳白玻璃等擴(kuò)散透射材料，或采用能將光線擴(kuò)散到天棚的折射玻璃或反光板等，增加房間進(jìn)深方向的照度，改善室內(nèi)照度均勻度；還可利用玻璃磚之類既可透光、折射，又不透明的材料來控光。
　　2.窗簾百葉
　　窗簾可起透光和擋光作用。百葉多用于朝南、朝東和朝西的窗口，通過調(diào)整其葉片的傾角，可起控光作用。
　　3.遮陽板
　　遮陽板可以阻擋直射日光，防止眩光，使室內(nèi)照度均勻。水平式遮陽板可遮擋從上方投射的光線，適用于南向窗口；垂直式遮陽板能遮擋高度角較小，從窗側(cè)斜射的陽光，適用于東北、北和西北向窗口；綜合式遮陽板能有效地遮擋高度角中等、從窗側(cè)斜射的陽光，適用于東南和西南向窗口；擋板式遮陽板可遮擋高度角較小，正射窗口的陽光，適用于東西向附近的窗口。
　　四、采光質(zhì)量
　　（1）I～Ⅳ級頂部采光的采光均勻度（最低采光系數(shù)與平均采光系數(shù)之比）不宜小于0.7，側(cè)面采光不作規(guī)定；
　�。�2）生產(chǎn)車間側(cè)面采光窗不舒適眩光指數(shù)DGI標(biāo)準(zhǔn)：20時無眩光感覺，23時有輕微眩光感覺，25時眩光可接受，27時感到不舒適，28時眩光嚴(yán)重，但能忍受；
　�。�3）改善采光質(zhì)量時，不應(yīng)降低采光標(biāo)準(zhǔn)。
　　五、美術(shù)展覽館采光設(shè)計要點
　�。�1）適宜的照度：陳列室采光系數(shù)不大于2%；
　�。�2）避免直接眩光：觀看展品時，窗口應(yīng)處在視野范圍以外，參觀者的眼睛到畫框邊緣和窗口邊緣的夾角應(yīng)大于14o；
　�。�3）避免一、二次反射眩光：對面高側(cè)窗的中心和畫面中心連線與水平線的夾角應(yīng)大于50o；
　�。�4）墻面應(yīng)采用中性色調(diào)，其反射比應(yīng)取0.3左右。