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【摘要】相同水平投影面积的平天窗比同样大小的其他天窗采光效率高，但易引起眩光的问题。本文探讨了建筑设计中避免平天窗可能引起的眩光问题而采取的措施，提出改善平天窗眩光效果的建议。
【关键词】平天窗；眩光；建筑节能
1.平天窗的概述
建筑中心采光是通过天窗实现的，平天窗是指直接安装在建筑屋顶平面， 以透光材料为顶盖的天窗。平天窗具有采光效率高、布置灵活、构造简单、施工方便和造价便宜等优点。
平天窗的水平投影面积比同样大小的其他天窗的投影面积要大，因此采光效率高。一般平天窗只适合以全云天为主的光气候区，如重庆，夏季阳光强烈的地区应避免使用。平天窗最佳的窗地比在5%～10%之间。根据玻璃的透光率、天窗的设计、所需的照度、顶棚高度等因素，及建筑内是否有空调，窗地比可以更高。
2.平天窗的眩光问题
为了避免平天窗可能引起的眩光问题，可采取以下措施（图1）：选择低可见光透射比的玻璃；利用墙壁、水池、雕塑、地板、反光百叶等漫射表面扩散光线；将采光口设计成喇叭口状；对天窗进行季节性遮阳。
2.1反光板
平天窗冬季接受的太阳辐射很少，而夏季温度高峰时却接受大量的太阳辐射带来的严重能耗问题。季节性调解的室外反光板、遮阳板可以解决这一问题。它在夏季可以遮挡直射阳光，并将屋面反射的漫射光线折射进室内，而在冬季可以增加进入室内的太阳光线，利于采暖。
利用室内反光板将入射光线折射到顶棚表面，使顶棚成为面积较大的间接光源，或在天窗下设里格栅，这些措施都降低了光源与背景之间的对比，可以改善平天窗的采光效果，避免眩光。伦佐·皮亚诺事务所设计的Menil美术馆采用了室内反光板，不但柔化了上方平天窗投射下的光线，并且形成了轻巧起伏的顶棚表面，成为建筑室内外最具特色的构成元素。路易斯·康设计的金贝尔美术馆带形天窗下运用了室内反光板，这是个很好的采光策略。但遗憾的是，由于反光板离采光口太近，并且室内没有进行白色粉刷，而是保留了清水混凝土的表面，所以采光效果并不尽如人意。
2.2百叶
理麦德·迈耶事务所设计的盖蒂美术馆采用了大面积天窗获得自然光线。为了避免眩光，天窗采用了可见光透射比低至35%的无色玻璃，其上还设计了一个太阳控制系统，通过外部百叶调节光线。百叶由一个定时器控制，根据季节和时间调整位置。室外的光传感器将天空和统计数据进行比较，然后将百叶转动到预设的位置，并保持1～2小时，空间内的光线会有些许变化，但百叶的角度绝不会让直射阳光进人展室。设计阶段利用模型进行模拟，最终到达了满意的效果，在一年中大多数时间里都可以利用自然光线作为主要的光源。
2.3采光井
采光井是建筑中穿透一层或多层的垂直开口，目的是为相邻区域提供自然采光。平天窗和采光井结合，有利于消除眩光，其优点还在于可将光線从屋顶引入到建筑低层不易采光的区域。然而，采光井壁的多次反射会吸收光线，降低进入室内空间的光线亮度。光线折减的系数和井壁的反射比及采光井的形状有关。狭高的采光井光线衰减较严重。
图2表示了不同的采光井指数（WI）和采光井效率的关系。WI表示了采光井的深度和形态，由以下公式得来：
由横轴上读出的光井指数向上移动，在与采光系数斜线的交点处水平移动，在竖轴上读出采光井的井壁档光折减系数。根据天窗大小确定的采光系教和所得到的分数相乘，得出的才是实际的采光系数。如果采光系教是4%，而井壁挡光折减系数是0.60，那么修正后的采光系数就应该是2.4%。因此，采光井的效率越低，要提供相同的照度，需要的天窗面积越大。
采光井做成倾斜的，可以增加采光量，并且眩光也更少，光线更均匀。随着屋顶结构厚度（即屋面板到顶棚距离）的增加，采光井壁的角度对提高采光效率的作用越明显。
Moshe Safdie设计的加拿大国家美术馆中，采光井从拱顶一直延伸下来，将天光引入到建筑底层。由于该采光井非常狭高。光井指数高达约3.0，因此井壁采用了高反射比的镜面材料——镀银的聚酯薄膜，使该美术馆在全阴天不启用人工照明的情况下，仍能获得满意的采光效果。
2.4斜天窗
为了改善冬季和夏季的光线平衡，还可将天窗设计成斜天窗，朝向北面或南面（图3）。这时，光线的分布更接近侧窗采光，理论上其采光效率会随着屋顶坡度降低。但是由于有些地区平天窗积尘污染严重，所以实际应用中斜天窗反而更利于采光。
当南向斜天窗坡度大于当地纬度加23°，北向斜天窗坡度等于纬度加23°时，天窗接受光线最多，而通过天窗进人建筑的直射阳光最少，不需要考虑控制太阳辐射。应避免朝向东西的斜天窗，否则必须考虑遮阳。
天窗设计是一个技术上比较复杂的课题，不但涉及到各种光学知识和节能技术，而且与建筑的结构、构造和材料技术也是密切相关的。随着建筑结构技术的发展，天窗形式不断变化，成为实现不同艺术目标的有效工具。
3.小结
随着新技术、新材料的不断应用， 结构形式越来越先进， 合理改善平天窗的眩光问题，优化平天窗的气密性、水密性、通风、除尘等性能。平天窗的种类形式也必然会越来越多， 更加美观多样、绚丽多彩。
参考文献
[1]刘加平.建筑物理[M].北京：中国建筑工业出版社，2009
[2]童英姿，王丽方.天窗设计艺术与技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2008： 77～97
[3]董靓，王瑞.建筑节能设计[M].武汉：华中科技大学出版社，2010
【关键词】平天窗；眩光；建筑节能
1.平天窗的概述
建筑中心采光是通过天窗实现的，平天窗是指直接安装在建筑屋顶平面， 以透光材料为顶盖的天窗。平天窗具有采光效率高、布置灵活、构造简单、施工方便和造价便宜等优点。
平天窗的水平投影面积比同样大小的其他天窗的投影面积要大，因此采光效率高。一般平天窗只适合以全云天为主的光气候区，如重庆，夏季阳光强烈的地区应避免使用。平天窗最佳的窗地比在5%～10%之间。根据玻璃的透光率、天窗的设计、所需的照度、顶棚高度等因素，及建筑内是否有空调，窗地比可以更高。
2.平天窗的眩光问题
为了避免平天窗可能引起的眩光问题，可采取以下措施（图1）：选择低可见光透射比的玻璃；利用墙壁、水池、雕塑、地板、反光百叶等漫射表面扩散光线；将采光口设计成喇叭口状；对天窗进行季节性遮阳。
2.1反光板
平天窗冬季接受的太阳辐射很少，而夏季温度高峰时却接受大量的太阳辐射带来的严重能耗问题。季节性调解的室外反光板、遮阳板可以解决这一问题。它在夏季可以遮挡直射阳光，并将屋面反射的漫射光线折射进室内，而在冬季可以增加进入室内的太阳光线，利于采暖。
利用室内反光板将入射光线折射到顶棚表面，使顶棚成为面积较大的间接光源，或在天窗下设里格栅，这些措施都降低了光源与背景之间的对比，可以改善平天窗的采光效果，避免眩光。伦佐·皮亚诺事务所设计的Menil美术馆采用了室内反光板，不但柔化了上方平天窗投射下的光线，并且形成了轻巧起伏的顶棚表面，成为建筑室内外最具特色的构成元素。路易斯·康设计的金贝尔美术馆带形天窗下运用了室内反光板，这是个很好的采光策略。但遗憾的是，由于反光板离采光口太近，并且室内没有进行白色粉刷，而是保留了清水混凝土的表面，所以采光效果并不尽如人意。
2.2百叶
理麦德·迈耶事务所设计的盖蒂美术馆采用了大面积天窗获得自然光线。为了避免眩光，天窗采用了可见光透射比低至35%的无色玻璃，其上还设计了一个太阳控制系统，通过外部百叶调节光线。百叶由一个定时器控制，根据季节和时间调整位置。室外的光传感器将天空和统计数据进行比较，然后将百叶转动到预设的位置，并保持1～2小时，空间内的光线会有些许变化，但百叶的角度绝不会让直射阳光进人展室。设计阶段利用模型进行模拟，最终到达了满意的效果，在一年中大多数时间里都可以利用自然光线作为主要的光源。
2.3采光井
采光井是建筑中穿透一层或多层的垂直开口，目的是为相邻区域提供自然采光。平天窗和采光井结合，有利于消除眩光，其优点还在于可将光線从屋顶引入到建筑低层不易采光的区域。然而，采光井壁的多次反射会吸收光线，降低进入室内空间的光线亮度。光线折减的系数和井壁的反射比及采光井的形状有关。狭高的采光井光线衰减较严重。
图2表示了不同的采光井指数（WI）和采光井效率的关系。WI表示了采光井的深度和形态，由以下公式得来：
由横轴上读出的光井指数向上移动，在与采光系数斜线的交点处水平移动，在竖轴上读出采光井的井壁档光折减系数。根据天窗大小确定的采光系教和所得到的分数相乘，得出的才是实际的采光系数。如果采光系教是4%，而井壁挡光折减系数是0.60，那么修正后的采光系数就应该是2.4%。因此，采光井的效率越低，要提供相同的照度，需要的天窗面积越大。
采光井做成倾斜的，可以增加采光量，并且眩光也更少，光线更均匀。随着屋顶结构厚度（即屋面板到顶棚距离）的增加，采光井壁的角度对提高采光效率的作用越明显。
Moshe Safdie设计的加拿大国家美术馆中，采光井从拱顶一直延伸下来，将天光引入到建筑底层。由于该采光井非常狭高。光井指数高达约3.0，因此井壁采用了高反射比的镜面材料——镀银的聚酯薄膜，使该美术馆在全阴天不启用人工照明的情况下，仍能获得满意的采光效果。
2.4斜天窗
为了改善冬季和夏季的光线平衡，还可将天窗设计成斜天窗，朝向北面或南面（图3）。这时，光线的分布更接近侧窗采光，理论上其采光效率会随着屋顶坡度降低。但是由于有些地区平天窗积尘污染严重，所以实际应用中斜天窗反而更利于采光。
当南向斜天窗坡度大于当地纬度加23°，北向斜天窗坡度等于纬度加23°时，天窗接受光线最多，而通过天窗进人建筑的直射阳光最少，不需要考虑控制太阳辐射。应避免朝向东西的斜天窗，否则必须考虑遮阳。
天窗设计是一个技术上比较复杂的课题，不但涉及到各种光学知识和节能技术，而且与建筑的结构、构造和材料技术也是密切相关的。随着建筑结构技术的发展，天窗形式不断变化，成为实现不同艺术目标的有效工具。
3.小结
随着新技术、新材料的不断应用， 结构形式越来越先进， 合理改善平天窗的眩光问题，优化平天窗的气密性、水密性、通风、除尘等性能。平天窗的种类形式也必然会越来越多， 更加美观多样、绚丽多彩。
参考文献
[1]刘加平.建筑物理[M].北京：中国建筑工业出版社，2009
[2]童英姿，王丽方.天窗设计艺术与技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2008： 77～97
[3]董靓，王瑞.建筑节能设计[M].武汉：华中科技大学出版社，2010