学位论文建筑中的天然采光 以体育馆为例Word文档下载推荐.docx

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体育馆光需求、采光材料、顶部采光、侧面采光

Abstract:

Traditionally,asthestadiumisthemainpurposeofthegame,butwiththeimprovementofsocialdevelopmentandpeople'

slivingstandards,theuseofthestadiumfunctiontendsdiversity,thegrowinguseofdaytimeStadiuminarchitecturaldesigninthepastwhennaturallightinglackofknowledge,leadingtoalotofnaturallightingeffectcurrentstadiumdoesnotmeettheneedsofthemassesduringthedaydailytrainingandinformalcompetitions,butalsoduringthedayasnormallightsilluminatedatnight,resultinginexcessiveenergyconsumption,donottrytomakethestadiumlightsindaytimeunderthecircumstances,bythelightofnaturallightcanmeettheenvironmentalrequirementsofordinarytrainingandinformalcompetition,saveenergyandpromotesustainabilityStadium

Inresponsetoenergyconservation,low-carbonlife.Reducethewasteofenergy,fulluseofnaturallightisagoodway.

Thispaperdescribesthedesignoflightenvironmentneededforthestadiumandlightingformspartofthematerial.

Keywords：

Stadiumlightdemand,lightingmaterials,toplighting,sidelighting.

1.前言　

随着能源的减少，自然光成了不可缺少的能源之一。

自然光也是人类眼睛最舒适的光。

在建筑中，自然采光也占着主导地位。

自然采光设计，就是要根据自然光线照度变化大、光谱丰富以及与室外景致有机联系在一起的特点，向室内居住者提供天气气候变化、时间变化、光线方向和强弱变化以及各种动态信息所形成白天室内自然时空环境之感。

利用自然采光可在室内创造富有情感和优美意境的环境，这是极富生命力的室内装饰。

自然光线是房间照明最为经济、极为宜人的光源，合理利用各种窗户，可以达到良好的装饰效果。

比如，水平窗可使人感到舒展开阔，垂直窗使人犹如从室内观看条屏挂幅式构图景物。

落地窗不但能增加房间明亮程度，并与室内外浑然一体之感觉。

2.体育馆与自然光

体育馆是一类较为特殊的建筑，在比赛厅引入天然光可以满足人们对自然、阳光的渴望，给空间带来生机与活力。

自然采光往往来自两个部位：

侧向自然采光与顶向自然采光。

这是一种生态性设计，有利于节约能源，是今后设计发展的主要方向这一。

在体育馆中，其作比赛用途的时间跨度并不大，处于多功能使用是我目的，还会用作平时训练或向社会开放。

此时，如能引入自然光，将会有效的节约能源。

3.体育馆自然采光要求

由于自然光本身具有良好的显色性等特性，对于体育馆自然采光来说，要着重处理好的是采光系数标准、均匀度标准、并避免眩光的产生。

1.采光系数标准

在人工照明中，以篮球、排球、羽毛球、网球、手球、体操等各项活动为主的无彩电转播的体育训练照度标准值最低值为300lx，比赛时要求为750lx，而乒乓球要求为1000lx，而作为演出、排练、展览等辅助功能的照度要求相对于体育活动要求要小很多，一般300lx即可满足要求。

2.采光均匀度

对体育活动来说，场地要防止出现较大的明暗对比。

同事，如果运动场地内照度不均匀，活动人员的瞳孔会不断改变大小，容易导致疲劳，视功能随之下降，会影响教学、训练和比赛效果。

所以，室内活动场地的采光系数均匀度有两种表示方法：

U1=Cmin/Cmax

U2=Cmin/Cmid

图1光源位置对眩光的影响

3.眩光控制

眩光是一种视觉条件，这种视觉条件作用于人产生眩光效应。

眩光对人类在绝大多数情况下是一种不利的干扰（但也不排除适合人们需要的舒适眩光的存在）。

眩光分直射眩光和反射眩光，直射眩光是指直接被眼睛看到引起视觉功能损失的眩光，反射眩光是指一些光滑表面上也可能看到眩光源的反射形象，引起视觉功能损失。

怛1在体育馆中要对眩光采取措施避免和消除。

侧窗采光易产生直射眩光和反射眩光。

尤其在人的视线及其仰角成o～14度的范围内处于强眩光区。

如在此范围内开侧窗眩光相当严重，对于体育馆来说，场地端部严禁开大面积侧窗。

而顶部采光基本能避免直射眩光，对于反射眩光，由于光线从顶部人射，入射光线与法线夹角较小，反射到人眼的机会相对较小。

建筑师在进行采光设计时，就要从建筑设计的角度，限制窗的眩光产生。

眩光效应同光源的亮度和面积成正比，同周围环境亮度成反比，随光源对视线的偏角而变化。

体育馆自然采光中，可通过限制光线入射角度来控制眩光。

光源位置对眩光的影响如图1所示。

将入射光线方向控制在一定角度内可大大减少眩光出现的可能。

4.阴影控制

阴与影构成了一切物体的立体感，但要求较高的比赛场地上，应尽量减少阴影，由于光线是一个有方向的量，既矢与地脚窗配合设置，对于多层练习馆的采光设计是非常重要的。

因为多层练习馆，除顶层可考虑用顶界面天窗采光外，其它下面各层均只具备侧界面采光的可能性。

利用侧界面高窗的设置可提供房间耀处的照明；

利用地脚窗的设置，可提供近窗处的照明；

二种窗配合设置，使室内光线分布均匀。

由于墙面中间段无窗，可避免运动员枧域范围内直射眩光的产生．限制眩光。

为此，这种采光方式值得练习馆，尤其是多

层练习馆效仿。

4.天然采光中常用的新型建筑材料与构造

（1）阳光板

常见的PC阳光板在可见光和近红外线光谱内有最高透光率。

视颜色不同，透光率可达12%~18%，而透明PC板透光率可达88%。

体育场屋面构造示意图

游泳馆屋面构造示意图

（2）膜材

膜结构在建筑中常用的是聚四氟乙烯膜材料即PTFE和聚偏氟乙烯膜材料即PVDF。

PTFE是指在极细的玻璃纤维编织成的基布上涂抹PTFE而形成的复合材料。

PTFE的最大特点是强度高、耐久性好、防火难燃、自洁性好，不受紫外线影响，使用寿命在25年以上。

具有高透光率，透光率为13%，对热能反射率为73%，热吸收量很少。

而PVDF的特点是可滤除大部分紫外线，防止内部物品褪色。

其对自然光的透射率可达25%，透射光在结构内部产生均匀的漫射光，无阴影，无眩光，具有良好的显色性，夜晚在周围环境光和内部照明的共同作用下，膜结构表面发出自然柔和的光辉，令人陶醉。

PTFE膜效果图PVDF体育馆景观棚

（3）变色玻璃

变色控光玻璃是能够针对太阳直射光的不稳定性，随着直射光的改变而改变的建筑材料。

目前在建筑中常用的控光、遮光玻璃现代调光玻璃的技术飞速发展，各种利用新原理、新技术和新工艺制作生产的调光玻璃不断出现。

按其基本工作原理分类，可分为：

光致变色、电致变色、温致变色、压致变色等。

这些常用的控光、遮光功能的实现是通过对玻璃的变色来产生的。

这样的结果就是透过这样的玻璃进入室内的自然光的光谱会发生比较大的改变，不可避免的对人的视觉效果产生影响。

（4）棱镜类阳光产品及优势

棱镜类阳光产品顾名思义是指利用棱镜的折光性、导光或者遮光产品。

对于阳光直射光棱镜折光板比起普通玻璃、镀膜玻璃有很好的遮阳作用；

而比起阳光板、膜材料有较大的透光率，而且能够根据入射光线的不同方向来选择性地透光；

比起变色控光玻璃造价低而且有更好的透光光谱。

棱镜折光板与其它采光方式的效果比较

5.体育馆建筑天然采光的一般方式、方法

比赛厅自然采光分布图

体育馆的视觉功能要求极高，因此在体育馆光环境中首先要满足功能要求。

一般的体育馆建筑中的重点采光部位主要是比赛馆大厅，还有一些体育馆建筑中包含专门的训练大厅，也是需要重点进行天然采光设计的部位。

无论比赛馆还是训练馆，作为体育馆建筑的主体空间，他们都有空间大、跨度大、体积大的特点。

这类大厅是相对独立的空间，基本上在顶部和侧墙都可以开窗。

因此，他们的采光方式有两种途径：

侧面自然采光和顶向自然采光。

这是一种生态性设计，有利于节约能源、是今后设计发展的主要方向之一。

在体育馆中，其作比赛用途的时间跨度并不大，出于多功能使用的目的．还会用俸平时讷练或向社会开放。

此时．如能引人自然光，将会有效地节省能源。

①侧面自然采光。

这是较常见的形式，主要是随着体育馆结构不再依赖于墙体而实现的。

从视觉上来看，明亮的侧墙，强化了顶面的轻盈感，并使室内室外联为一体。

但从照明设计角度看，作为比赛背景的侧墙，若过分明亮．会形成逆自然光的座席与顶面过强的反差，使运动员眼睛感到疲劳．同时．由于剖面角度的问题，入射的自然光易引起眩光。

眩光实际分两类，一类是直接眩光，指八射光在未经反射的情况下，由于八射角大于保护角引起的眩光，另一类是间接眩光．指由于光线的反射面质地过于光滑，造成大量定向反射，角度也大于保护角引起的。

对于直接眩光，建筑上有两种对策。

一种在侧墙直接对外时，加强屋檐的出挑避免直射阳光。

或在观众席背后设室内环廊，形成过渡区。

如罗马大体育宫．这两种做法目的部是控制直射光的^射角。

另一个对策就是适当提高座席区与屋顶天花的照度，以减少亮度级差，这是从根本上消除眩光的做法。

在经济条件许可时,也可引室内光控百页帘．更好地控制能源销耗。

对于间接眩光．主要是注意室内材料的选择，采用有一定肌理与粗糙度的材料，避免定向反射角，这种做法较前者更具可操作

性。

厦门体育馆的比赛馆，其休息厅外侧覆盖玻璃幕墙，能够满足休息大厅的基本采光要求。

训练馆朝东的部分全部为玻璃幕墙所覆盖，而整个训练馆的采光部分来自这个玻璃幕墙。

厦门体育馆

②顶向自然采光。

除了极少鼓情况外．为了防止眩光，体育馆顶向不采用直接人射太阳光。

在设计中有两种选择：

其一为直射光．但须经建筑天窗多次折射或漫反射。

这时候，涉及的主要问题是防间接眩光。

在建筑设计中往往就已借助北向天窗．避免直射厦阳光，或借助尺度夸张的窗肋，

形成深远距离，光线必须经多次折射与漫反射后才能达到室内，使光线变得柔和。

如巴塞罗那篮球馆（北向天窗）与蒙特利尔赛车馆（尺度夸张的且力）。

尽管如此，在顶向直接开天窗的情况下．在室内顶面上出现了一个亮度急剧变化的临界线，这使得此时的“顶光往往成为室内光环境的“最强音“。

因此，对它的布局，除结合结构考虑外，应作平面布局的考虑，使其位于空间主要轴线及中心点上。

否则，会严重破坏体育馆设计的整体性。

其=为全透射顶棚。

这是在顶棚结构

大大革新压一批新型台成材料出现以后，一种全新的顶向自然采光方式。

主要方式是胰结丰匈，采用透光性好的尼龙薄胰，或直接苷屋盖板材料选用聚碳酸酯（如广州体育馆）。

注意，此时为了避免太阳运动对室内采光的干扰太大，往往采用有内部肌理的半透明材料．以造成漫透射。

若为扩散材料则效果相对逊色。

广州体育新馆（在建中）其顶面结构是由若干组特殊的桁架围绕一个卯形平面的

巨形屋脊构成，其顶面材料采用了双层聚碳酸脂（玻璃卡普龙）．并非真正“全透

明。

这种做法克服了困扰建筑师很久的～个问题：

结构清楚又不会产生人工光所引发的眩光问题。

这样的做法相对直射采光天窗的做法好处是：

大面积漫透射自然光，恰好满足了体育馆室内普遍均匀照明的要求，而对于

某些集中重点照明，正可利用人工照明来达到。

全透射顶棚在建筑空间艺术上的另一特点是：

既满足了亮度需求，又不会产生如

是窗那样造成的强烈亮度反差，没有眩光，旷以清晰地表达内部结构，而不孵另设灯集等设备。

可以说，这是体育馆顶部自然采光的理想方式。

左图为澳大利亚为2000年奥运会建设的悉尼国际水上运动中心。

屋顶天窗采用了双面镀膜玻璃，尽量减少冬季的热损失。

悉尼国际水上运动中心

北京大学体育馆天窗

厦门体育馆

厦门体育馆的比赛场馆是切开的球馆较大的部分。

在其比赛大厅部分，主要靠球冠形顶棚上八条横贯东西的采光窗来满足室内光环境要求。

同时，这八个采光窗在造型上起到了重要的协调整个建筑体量许是的作用。

体育馆内这几个采光窗的位置均在体育馆屋顶管桁架结构的主桁架下面。

中国农业大学体育馆

中国农业大学体育馆平面是一个约82.4米×

96米的矩形，屋顶则是反对称的折面，由12榀钢架组成，跨度82.4米，中心距8米，形成高低错落的造型。

体育馆充分利用了屋顶的造型特征的高度差，“敞开天窗向太阳”，形成了效果极佳的自然采光和通风效果。

6.结语：

体育馆建筑具有重要的经济意义和社会意义。

由于这样的原因，体育馆建筑往往成为当地的中心建筑。

同时由于功能的要求，体育馆建筑对光环境有着近乎苛刻的严格标准。

如果完全使用人工照明满足这些要求，要耗费大量的电能，大幅增加体育馆建筑的运营成本。

而体育馆建筑正在走向大众化、社会化，全面降低运行成本将取得巨大的社会效益和经济效益。

在体育馆建筑中尽可能采用天然光环境设计，势必会使得体育馆建筑的运行成本有所下降。

参考文献

1.曾涛，体育建筑设计手册，北京：

中国建筑工业出版社，2001

2.高履泰，建筑光环境设计，北京：

水利电力出版社，1991

3.朱颖心，建筑环境学（第二版），北京：

中国建筑工业出版社，2005

4.詹庆旋，建筑光环境，北京：

清华大学出版社，1988

5.郭奇超，自然光与建筑空问[D]，北京：

清华大学出版社，1998

6.柳孝图，建筑物理（第三版），北京：

中国建筑工业出版社，2010