浅析旧工业建筑改造中的天然采光设计

顾方荣 吴 蔚

(南京大学建筑与城市规划学院，江苏 南京 210000)

1 概述

随着可持续发展理念和建筑节能减排的逐渐推进，近年来旧工业建筑改造项目日益增多。在实际改造中，建筑师往往只关注其内部功能的重新设计，却很少关注天然采光的再设计，导致旧工业建筑改造后，室内天然光环境不能很好地适应建筑新的功能，造成照度不足、采光均匀度差等问题，尽管可以通过人工照明来弥补，但会增加电力能耗，违背了可持续发展理念。

本文以我国改造数量最多，涵盖范围最广的普通旧工业建筑[1]为研究对象，通过文献回顾和实地调研，对既有旧工业建筑改造中的天然采光再利用设计进行回顾和总结，希望可以为后续的旧工业建筑改造项目提供借鉴和参考。

2 旧工业建筑采光方式

根据我国既有的普通旧工业建筑的层数和进深的不同，其采光方式主要分侧窗采光、天窗采光、侧窗采光和天窗采光结合这三种模式，详见表1。

表1 我国旧工业建筑类型及其主要采光方式

3 既有旧工业建筑改造中的天然采光再利用设计

目前旧工业建筑天然采光改造再利用的方式主要有三类：一是对既有采光方式进行改造；二是对天然采光进行重新再设计；三是利用先进的技术手段改善天然采光。

3.1 既有采光设计的改造

骨架承重结构的厂房其外围护结构多为自承重且脱离于建筑主体结构的砌体墙，因此根据实际需要扩大外窗是较为简单高效的改善室内采光的方法，甚至可将整面侧墙打通，创造更为通透的室内环境。或者保留既有外窗，对窗过梁以上部分进行改造，将实墙替换成透明材料，如：玻璃、玻璃砖等。

既有旧工业建筑中很多都采用天窗采光，其中矩形天窗和锯齿形天窗占多数，平天窗较少，这三种天窗的优缺点详见表2。尽管平天窗的采光效率最高，但由于眩光、夏季过热、积灰、防水等一系列问题，在我国的既有旧工业建筑中很少采用。对于矩形天窗，可尝试将其改造成跌落式矩形天窗，以增大天窗在水平方向覆盖面积从而改善采光均匀度问题。锯齿形天窗的照度水平、采光均匀度改善可以通过在倾斜的屋面和内部顶面设置反射材质的方法，将更多的光线反射进室内进深较大处，也可通过将屋顶倾斜面改造成曲面以改善室外光线的反射[2]。由于我国大部分锯齿形天窗的采光口一般朝北，眩光的问题并不突出，而南向天窗所面临的由直射阳光引起的眩光问题则可以通过在室内设置遮阳板等方式来改善。

表2 我国既有工业厂房的主要天窗采光类型及其特点

3.2 天然采光的重新再设计

当旧工业建筑的表皮不适宜保留或其空间形式需要较大变动时，建筑师通常仅会保留原有厂房结构，并重新设计其天然采光。

工业厂房建筑的特点是进深大，因此建筑师在改造时，经常会配合空间设计打开一些内部空间，如设置内庭以减少进深，增加采光口面积，还能一定程度上提升空间品质。

平天窗因施工方便，一些原本无天窗采光的单跨厂房在改造时，会在屋脊处设置通长的平天窗，也可以根据需要设置多条采光平天窗以改善采光均匀度。

对于多层旧工业建筑，如明尼苏达州明尼阿波利斯莱歇广场仓库的改造，则打开二层至顶层部分楼板，形成中庭空间，并在顶层增设大型天窗，有效引入天然光[3]，此外有些设计甚至采用高强度的玻璃楼板，为内部空间创造出天然光环境。

除了改变空间来增加采光面积的做法，一些设计则将外立面材料全部改成采光建材，如远洋艺术中心的改造，就利用U型玻璃也就是槽型玻璃，较好地解决了大跨度多层厂房的建筑采光问题。此外，深圳蛇口的三洋厂房改造，则将多栋厂房的外立面全部替换成玻璃幕墙，改善采光的同时解决了立面造型[4]。

3.3 利用折射光系统、光导管等技术措施

导光管技术目前较为广泛地运用于现代大型厂房中，其主要是通过采光罩高效采集室外自然光线，经导光管传输后由底部的漫射装置把自然光均匀照射到任何需要光线的地方[5]。

天窗在改善天然采光的同时也会产生室内过热和眩光等一系列问题。目前一般的做法是在天窗处设置遮光百叶。随着新技术的发展，可调的电动遮阳百叶出现，其可以随太阳高度的不同自动调整百叶角度，更加高效。另外折射光系统也被运用在中庭采光，该装置由采光透镜、反射镜、光扩散镜等设备组成，在太阳高度较低的时候也能将阳光引入室内，增加自然采光[6]。另外也有采用新型透光材料，如透明的四氯乙烯EFTE,该材料可以配合采光和热工环境进行收缩变化，在一般情况下,可让55%的天然光进入室内,在炎热的季节则只让5%的天然光进入[7]。而罗马儿童博物馆则直接将车站厂房的大面积屋面改造成可透光的太阳能光伏板，在产生电能的同时为儿童创造了在阳光下活动的空间。

4 分析和讨论

尽管上述三类天然采光改造再利用措施可以较好地改善旧工业建筑的天然光环境，但也存在一些问题。以下是笔者针对目前现状提出的一些方法和建议。

侧采光口的改造中，目前采用最多的还是扩大采光口面积，然而建筑师往往更注重建筑表皮的艺术性，容易忽视了采光的科学性，比如简单地扩大侧采光口，并不能解决旧工业厂房内部的采光问题，过大的侧采光口反而会造成眩光、室内照度不均匀等一系列问题。另外设置内庭院是非常理想的采光优化方式，但由于在空间使用、结构上限制较多，该方法一般适用于进深较大的多跨旧工业建筑，小体量的旧工业建筑则可以尝试小型采光井。

许多既有厂房建筑本身就有天窗，改造时应在配合空间功能的基础上，遵循保留再利用原则，对原本的天窗形式不宜做过多改变，需要增加天窗时，首选平天窗。在改造和新增天窗时，应同时考虑遮阳处理，以防止眩光和直射阳光。设置采光中庭的旧工业建筑改造项目，一般会涉及大型的采光天窗，因此不仅要安装遮阳设备，更要做必要的通风处理。

最后是采用导光管等技术措施改善室内采光，该方法在旧工业建筑改造项目中很少使用，一方面是由于其成本高，另一方面是由于导光管系统的安装对旧工业建筑屋面本身的形式变动较大，施工也较为困难。但是随着技术的逐步成熟和成本相应下降，相信一定会有更多的导光技术应用在旧工业建筑改造中。

5 结语

旧工业建筑的循环再利用已经成为建筑可持续发展的必然趋势，由于工业建筑本身的结构特点，导致其天然采光上存在许多问题，加之工业厂房改造后的使用功能更是繁多复杂，不同的功能对采光有不同的要求，因此需要建筑师从多方面综合考虑，尽量通过合理改善建筑形式来解决和优化其天然采光，并辅之以必要的技术手段。

目前我国已经有一部分旧工业建筑改造项目对天然采光进行了再设计，并且获得了不错的效果。但是考虑到我国旧工业建筑基数庞大，改造类型多样，未来很长一段时间内仍将有许多旧工业建筑被改造，笔者希望本文总结的旧工业建筑改造中的天然采光再利用设计能够为后续的旧工业建筑改造提供一定的参考和借鉴作用。