课程编号
03
第三课：建筑设计中的朝向（Orientation）
本课围绕建筑朝向展开，讨论其对建筑设计、采光、能耗、舒适度及材料耐久性的影响。合理的朝向设计可以优化自然光照、减少能源损耗，并提升建筑整体适用性。
一、建筑朝向的核心影响
建筑朝向决定了建筑如何与太阳和环境互动，影响多个关键因素：
1. 光照（Daylight）：
• 适当的朝向可最大化利用自然光，减少人工照明需求。
• 影响室内空间的光照质量，如卧室晨光、客厅日照等。
2. 热能（Heat Gain & Loss）：
• 太阳辐射可以被建筑吸收，减少冬季取暖需求。
• 不合理的朝向可能导致夏季过热或冬季热量流失。
3. 可再生能源（Renewable Energy）：
• 太阳能光伏板（PV Panels）、太阳能热水系统的最佳安装角度取决于建筑朝向。
4. 建筑使用舒适度（Building Utility）：
• 影响室内空间布局，如朝东的卧室可利用晨光帮助起床，朝西的客厅可获得傍晚阳光。
5. 建筑材料的耐久性（Material Weathering）：
• 不同朝向的建筑外墙受紫外线（UV）和风雨影响不同，影响材料老化速度。
二、地理位置与太阳路径
1. 太阳与地球的相互关系
• 地球围绕太阳公转，并以 23.5° 轴倾角 运行，导致四季变化。
• 太阳直射点全年在 南北回归线（23.5°N 和 23.5°S） 之间移动，影响不同纬度的太阳高度角。
2. 太阳角度计算
• 最高太阳角度（Maximum Sun Angle）：
• 计算方式：
• 例如：
• 阿伯丁（Aberdeen，纬度 57°N）：
• 最高太阳角度 =
• 赤道地区（0°N）：
• 最高太阳角度 = （几乎垂直）
• 意义：
• 太阳角度决定了建筑屋顶的最佳倾斜角，如 太阳能光伏板安装角度。
• 建筑形态可调整以优化太阳能利用，如南向窗户设计以获得最大热量增益。
三、建筑朝向的设计应用
1. 太阳路径与建筑功能
建筑朝向可用于优化不同功能空间的光照，如：
• 卧室朝东：
• 享受晨光，有助于自然唤醒，提高生活质量。
• 客厅朝西：
• 傍晚采光更好，适合家庭活动和休闲。
• 厨房朝北或东：
• 北向窗户可减少过多阳光照射，避免烹饪时过热。
2. 太阳角度与建筑形态
• 利用太阳能热量：
• 冬季：阳光角度较低，南向窗户可获得较多热量。
• 夏季：高角度阳光可通过屋檐遮挡，减少过热。
• 玻璃窗与朝向：
• 南向：适合大窗户，提高冬季采光和取暖效率。
• 北向：避免过大窗户，减少冬季热量损失。
• 东西向：避免过大窗户，否则清晨和傍晚阳光直射可能导致过热。
四、建筑朝向与外部环境
1. 影响光照的障碍物
• 太阳路径可能受到 高楼、山脉、树木 的影响，需在设计时考虑：
• 低纬度地区（如热带）：
• 高层建筑可能导致阴影影响，需要优化窗户布置。
• 高纬度地区（如欧洲）：
• 避免重要窗户被遮挡，否则可能导致冬季日照不足。
2. 朝向对建筑材料的影响
不同朝向的外墙因受紫外线和湿度影响，老化速度不同：
• 南向外墙：
• 日照时间最长，紫外线强，木材等材料老化较快。
• 北向外墙：
• 长时间阴影，湿度较高，可能导致霉菌和苔藓生长。
3. 太阳能利用与屋顶倾斜角
• 太阳能光伏板：
• 适宜安装角度通常在 当地纬度的 30-40° 之间，以最大化光照利用率。
五、建筑朝向的施工挑战
1. 受限的朝向选择：
• 城市环境：受周围建筑限制，可能无法自由选择最佳朝向。
• 乡村环境：可能有理想的景观视角，但与最佳朝向不符，需要权衡。
2. 天气影响：
• 多云或降雨较多地区，太阳能系统的有效性可能降低。
3. 建筑规划法规：
• 一些国家或地区可能对窗户大小、屋顶倾角等有规定。
六、结论
建筑朝向是影响建筑性能的关键因素，影响 光照、能耗、舒适度、建筑材料老化 等方面。
通过合理的朝向设计，可以：
• 优化采光：减少人工照明，提高室内舒适度。
• 降低能耗：通过被动太阳能设计减少冬季取暖和夏季降温需求。
• 延长材料寿命：避免紫外线过度照射导致材料老化。
• 提升建筑实用性：根据日照方向优化房间布局，提高居住体验。
未来课程将深入探讨 场地分析（Site Analysis）和建筑法规（Building Regulations），进一步帮助建筑师做出合理的设计决策。
