使用日光的傳統(tǒng)方法是在建筑物的四周或屋頂開孔。近年來流行使用中廳，也就是在內(nèi)部庭院使用玻璃，這種形式特別是在辦公或商業(yè)建筑中使用較多。如果沒有其他相關(guān)因素，那么在這種常規(guī)條件下的照明效果是可以知道的并且相對較容易預(yù)測。圖1示出了一個典型的中庭截面以及在相鄰層的照明分布。

　　不同樓層的平均日照水平和帶中庭的建筑截面

　　采用合適的中庭，能有效地解決多層大體積建筑的天然采光，從而節(jié)省照明能耗，給人創(chuàng)造一個舒適的室內(nèi)空間環(huán)境。屋頂采光運(yùn)用最多的就是中庭的創(chuàng)造。中庭最大的貢獻(xiàn)在于提供優(yōu)良的光線和射人到平面進(jìn)深最遠(yuǎn)處的可能性，允許進(jìn)深較大的建筑能夠天然采光。中庭利用太陽光有兩種形式，一種是陽光要能通過頂部的玻璃直射照射到中庭的底層，如果要達(dá)到這樣的效果，則中庭本身的比例要適合，也就是說中庭應(yīng)該寬一些，當(dāng)然，具體的長寬比例得根據(jù)太陽高度角、方位角、建筑中庭功能、玻璃頂部形式等來確定。另外，中庭上部的玻璃構(gòu)造裝置要能充分吸收太陽光，比如可以做成突出屋面的三角形、圓形等，著名的例子有福斯特的柏林大廈穹頂(圖2)。柏林國會大廈改建后的議會大廳，主要依靠自然采光，通過透明的穹頂和特殊設(shè)計的倒錐體的反射將水平光線漫射到下面的議會大廳，議會大廳兩側(cè)的天井也可補(bǔ)充部分自然光線，基本上可以保證大廳內(nèi)部的照明。為了避免眩光和防止輻射，玻璃穹頂內(nèi)還有一個可以隨日照方向自由調(diào)節(jié)的遮陽板，并且在錐體的上面有太陽追蹤裝置，它可以在提供充分的、柔和的自然光照明的同時防止太陽輻射熱增加室內(nèi)的熱負(fù)荷。在冬季和夏季的早晨和傍晚，太陽的高度角比較低，遮陽系統(tǒng)可以移動到適當(dāng)位置，使得太陽光線射入室內(nèi)。在夜間，室內(nèi)的照明使得穹頂和主體充分反射到室外，營造出光明燦爛的夜景。

　　中庭的采光除了考慮直射光外，再就是利用光線在中庭內(nèi)部界面反射形成的第二或第三次漫反射來達(dá)到照明效果。不過，需要注意的是不同反射性能的墻，其效果有很大的差異，對于靠中庭采光的各層空間，對面的反射墻就是它的“天空”，若該墻從頂?shù)降椎牟Ｊ峭耆�敞開的，則只有很少一部分光線會在它面上反射而傳人下面各層，從理論上說，如果該墻沒有完全敞開，卻有一強(qiáng)反射面對著墻，那么光線通過它們反射的損失會少，光線可以按所需量進(jìn)人每一層樓，而其余的向下傳遞，直到底層都會有比較充足的天然光。由此我們可以得出一個結(jié)論：每一層的排列位置應(yīng)該不同，頂層布置少量的窗，增加反射界面，往下逐漸增加玻璃窗，減少反射界面，直到最后全部開玻璃窗。另外，遮陽裝置對于中庭的采光也是有很大影響的，不同的遮陽裝置可以達(dá)到不同的空間效果，遮陽裝置有固定的，也有活動的。

　　需要指出的是，屋頂遮陽裝置應(yīng)該結(jié)合采光及導(dǎo)光系統(tǒng)來一起設(shè)計，使其既能遮陽，又不影響采光。

　　1.中庭分類

　�、俳M合的中庭：在這種組合中，玻璃房不隔開，而是至少與建筑屋的實(shí)體部分有一個公共面。因此，與純玻璃房相比，它通常有更多的蓄熱能力。

　�、诤诵闹型ィ涸谶@個典型的布置中，玻璃屋頂僅為外輪廓的一部分。在很大程度上，室內(nèi)溫度由包圍中庭的墻體確定，而這些墻體將周圍空間與核心中庭隔開。

　�、劬�性中庭：這種形式(圖4)聯(lián)系兩排平行的房屋。端部由玻璃山墻組成。正常情況下，它產(chǎn)生溫和的氣候。對純循環(huán)區(qū)，不需要額外加熱。

　�、芮度胧街型ィ涸谶@種情況下，對核心中庭，其一片墻同時也是整個結(jié)構(gòu)的外墻。

　　2.中庭功能

　�、倌芰孔饔茫航�(jīng)過適當(dāng)?shù)囊?guī)劃，溫室不僅不需要HVAV工廠來維持所需要的狀況，相反，他們還能實(shí)現(xiàn)HVAC的功能�！�

　�、诩訜幔杭俣úＡХ康臏囟葲]有加熱到室溫(20～220C)，它起熱緩沖器的作用，以便獲取被動日光艇，并通過通風(fēng)將其傳到相鄰的房間。因此，玻璃窗應(yīng)盡可能設(shè)計成豎直、朝南的立面。玻璃窗越好，其緩沖功能就越強(qiáng)。通過以下辦法可以節(jié)約加熱能量：

　　a,日光預(yù)熱相鄰房間所需要的新鮮空氣。

　　b,限制相鄰房間的傳遞熱損失。

　�、壑评�:中庭能加速由于溫差引起的對流。在夏季，利用這種方式可以疏散不需要的g光能。特別是在夜晚當(dāng)中庭空氣溫度比外部空氣溫度高時，利用空氣溫度分層及適當(dāng)安排開孔會產(chǎn)生較高的空氣交換率(50～80/h)。

　　通過中庭開孔來冷卻建筑物，使得在夜晚不用關(guān)宙也不用擔(dān)心遭遇討厭的入侵者進(jìn)入。

　�、芡�風(fēng):可以利用中庭來分布新鮮空氣或收集廢氣(圖6)。敞開的、流動的水域可作自然空氣的濕潤器。在極限情況下，可用水蒸氣降溫.

　�、萃ü猓褐型タ蔀橄噜彿块g提供光線(圖7)。中庭的熱緩沖器作用使得采用更大的窗戶也不致引起熱能耗的顯著增加。通過這種方式，與立面相比，中庭能將更多光線引入到敞開的庭院中心。相鄰房間光線的規(guī)定主要取決于以下參數(shù)：中庭的形狀;幾何高/寬比;表面顏色;分隔墻的窗戶比例;中庭及分隔墻內(nèi)玻璃的質(zhì)量，能量考慮。

　�、逕崮芟�耗;每個中庭都可被看作相鄰房間的熱緩沖器，因?yàn)樵诟鞣N情況下相鄰房間的能耗降低了。如果中庭自身沒有被加熱，實(shí)際上它是要獲取能量的。然而，全面使用室沮為20～22℃的中庭實(shí)際上是浪費(fèi)能量的，因?yàn)橥该鞯奈蓓敱?a href='../../zsk/ct.asp?id=7551' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>絕緣的、不透明的屋頂提供的絕熱量少。圖9繪出了建筑物實(shí)體核心的熱損失和玻璃中庭獲取能量的相互關(guān)系。

　　可以看到有三種情況：①中庭和主體結(jié)構(gòu)都不能利用中庭獲取的能量的時間段;②主體結(jié)構(gòu)可以利用中庭提供的熱量的時間段(中庭作為熱源);③為了保持所需要的室內(nèi)氣候，中庭需要加熱的時間段(中庭作為熱消耗器)。

　　中庭供熱時間的長短以及其最終是凈供應(yīng)者還是凈消費(fèi)者取決于許多因素，例如：中庭類型、玻璃類型、隔熱標(biāo)準(zhǔn)、外部氣候條件、通風(fēng)概念、熱能力、室內(nèi)需要的氣候。

　　3.關(guān)鍵影響參數(shù)

　�、僦型ヮ愋停号c主體結(jié)構(gòu)聯(lián)系越強(qiáng)，緩沖效果越好，因此節(jié)能潛力越大。核心式、嵌入式、線性中庭適用于這種情況。斜屋面玻璃防，由于和主體結(jié)構(gòu)的熱聯(lián)系有限，最好使用日光方式來預(yù)熱供應(yīng)的空氣。

　�、诓ＡУ念愋团c絕熱;許多不加熱中庭只有單層玻璃窗。然而，只要保持不受熱，它們就是能量源。限制使用是很重要的因?yàn)樵�有最初不加熱的中庭為了解決空間不足而轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌�用途的情況發(fā)生。這種高功能的變化需要將該區(qū)域加熱到20℃——意味這巨大的能量消耗。因此，當(dāng)中庭溫度大于15℃時，比較明智的辦法是使用絕緣玻璃作為外層。

　�、弁�風(fēng)概念：中庭經(jīng)常是建筑物通風(fēng)中的一個重要構(gòu)件。以下是幾種標(biāo)準(zhǔn)的通風(fēng)類型：中庭和主體結(jié)構(gòu)的公共機(jī)械通風(fēng);僅僅通過窗戶通風(fēng);不和中庭共同通風(fēng);作為收集廢氣的中庭;中庭作為供應(yīng)氣分布器，從廢氣中回收上游的熱量;中庭分布供應(yīng)氣并收集廢氣;日光預(yù)熱供氣等。

　　④中庭內(nèi)部溫度：如果需要10℃以上的溫度，期望達(dá)到的室內(nèi)氣候?qū)δ芰康南�耗量起關(guān)鍵作用。即使對于低輻射玻璃，當(dāng)需要的溫度超過15℃時，能源消耗量顯著上升。

　�、葜评洌簱�(jù)證實(shí)，從整體上看，只有在溫帶地區(qū)朝北的玻璃中庭可以不需要空調(diào)制冷。一旦遇到海洋氣候，玻璃中庭能產(chǎn)生可觀的制冷荷載。在美國對制冷能量的需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了對加熱能量的需要。因此，絕大多數(shù)美國玻璃中庭被稱為“能源吞噬者”。

　　在溫帶氣候區(qū)玻璃中庭能被用來制冷建筑物，乍一聽來有些荒謬。每一個中庭內(nèi)在的制冷問題可以用以下方式來緩解：

　　由于空氣溫度的自然分層，不需要安裝機(jī)械中庭就能很容易地通風(fēng)。保證自然通風(fēng)是限制中庭過熱的最重要的措施。正確布置樓面附近的供氣孔以及屋頂附近的排氣孔，能保證在中庭內(nèi)每小時3～5次換氣。為了有足夠的制冷，玻璃房的開孔至少應(yīng)達(dá)樓層面積的5%。

　　另外一個重要的措施就是提供遮陽窗簾。不論在什么情況下，它應(yīng)可移動以便維持在沒有制冷問題的季節(jié)光和熱的開放通道。在中庭內(nèi)，通常造價決定了內(nèi)部遮陽的使用。

　　如通過對N大學(xué)，瑞典的中庭的測量所證實(shí)(圖10)，內(nèi)部遮陽引起屋面附近的溫度增加，相對較高的溫度通常匯集在頂層。因此，在有內(nèi)部遮陽時，有必要提高屋頂，以便自然排除獲取的日光能。

　　當(dāng)主體結(jié)構(gòu)上屋頂突起、供氣通道設(shè)計正確時，中庭能通過相對冷的外部空氣加強(qiáng)建筑通風(fēng)。

　�、奕展猓涸谥虚g敞開的院子或中庭上加屋頂會降低房屋采光。通常假定照明減少量為20%(假設(shè)使用透明而不是日光控制玻璃)。另一方面，中庭的緩沖作用使得內(nèi)墻上玻璃面積增加，因此使得更多的光線進(jìn)入主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部。內(nèi)墻顏色很重要：當(dāng)窗戶面積占50%時，中庭用白色的墻體比黑色墻體的采光要提高30%。

　　4.與采光相關(guān)的其他問題——照明和需要的建筑能量

　　在大多數(shù)辦公或商業(yè)建筑中，照明所需能量占所消耗總能量的相當(dāng)大的部分。此外，照明能量和用來加熱/制冷的熱能之間有密切的相關(guān)關(guān)系。

　　建筑物所需總能量的定量關(guān)系。原點(diǎn)是全密封情況。起初，隨著窗戶面積的增加，電耗量降低，這是因?yàn)橛脕碚彰鞯碾娏繙p少。在冬季加熱情況下，意味著需要的熱量增加。因?yàn)檎彰鳠魯?shù)量少產(chǎn)生的熱量少(圖12)。一般說來，開窗面積增加，建筑物外層平均U值增大，因此會損失更多的熱量。

　　可以看出，在加熱情況下，當(dāng)確定日光能否節(jié)能時，窗戶面積的熱質(zhì)量起至關(guān)重要的作用。在夏季情況剛好相反(圖13)：照明需要的耗電量降低意味著制冷需要也降低。當(dāng)進(jìn)一步增大窗戶面積對增加照明水平不起任何作用時，所需的總能量大大降低。從該點(diǎn)開始，隨著入射輻射增加，制冷負(fù)荷也需要增加。在夏季，照明效率高的玻璃窗是有利的�？梢悦黠@看出日光對能量平衡有負(fù)面影響。在極端氣候區(qū)，規(guī)劃日光是最為直接的辦法。因?yàn)闊o論是在加熱還是在制冷的情況下，它都起控制作用。另一方面，在有些地區(qū)必須對這兩種情況同時考慮。要做到優(yōu)化比較困難，因?yàn)檎彰鞯耐瑫r還要防止產(chǎn)生眩光以及考慮遮陽的配套等�！就辍�