古建筑如何采光？以紫禁城為例
紫禁城是明清皇帝統(tǒng)治和皇后生活的地方，其建筑融合了中國(guó)古代優(yōu)秀的文化、藝術(shù)和技術(shù)。從滿(mǎn)足皇后在建筑內(nèi)部的日常活動(dòng)的角度來(lái)看，建筑內(nèi)部的照明是一個(gè)極其重要的保證。
在古代，沒(méi)有當(dāng)今社會(huì)的高科技照明系統(tǒng)。如何最大限度地引入自然界的外部光源已成為紫禁城建筑商需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。中國(guó)古代工匠智慧豐富。他們采用了多種科學(xué)的照明方法，以滿(mǎn)足建筑內(nèi)部的照明需求。以下是對(duì)這些方法的解釋。
坐北朝南的布局有利于建筑采光。當(dāng)建筑的門(mén)窗朝南開(kāi)放時(shí)，建筑的布局被稱(chēng)為坐北朝南。中國(guó)的古建筑大多是朝南的布局，如先秦文獻(xiàn)《詩(shī)經(jīng)》·小雅·《斯干》記載，它是正的，它是冥的。君子游寧，意思是只見(jiàn)正殿(北房)寬敞明亮，偏殿富麗堂皇，有利于君王休息。
紫禁城古建筑中重要的宮殿朝南，門(mén)窗在建筑南側(cè)打開(kāi)，大部分在北側(cè)為墻壁。這種布局有利于建筑照明。如圖1所示，太和殿南立面有11個(gè)開(kāi)間（開(kāi)間為長(zhǎng)度方向的柱距），每個(gè)開(kāi)間均設(shè)有隔扇門(mén)或窗戶(hù)。當(dāng)門(mén)窗打開(kāi)時(shí)，大廳外的光線(xiàn)很容易照射進(jìn)來(lái)。
地理學(xué)的主要原因是中國(guó)位于北半球，位于亞洲東部，太平洋西岸，北回歸線(xiàn)穿過(guò)中國(guó)南部。中國(guó)的大部分領(lǐng)土都在北溫帶。在這個(gè)廣大地區(qū)，太陽(yáng)大多從東向南升起，從西向下落下。太和殿的門(mén)窗朝南，可以使更多的陽(yáng)光斜射到殿內(nèi)，獲得最大的采光量，避免夏季陽(yáng)光直射，有利于避免冬季西北寒風(fēng)的侵襲。
屋檐起翹有利于光源的引入。紫禁城古建筑屋頂檐部向外挑出（一般為柱高的1/3左右），并略帶上翹的弧度，形成優(yōu)美的曲線(xiàn)，稱(chēng)為挑檐做法，見(jiàn)圖2。這種曲線(xiàn)形屋面檐口上翹的做法，遮蔽陽(yáng)光少，有利于建筑內(nèi)部的采光。紫禁城古建筑挑檐做法與現(xiàn)代建筑挑檐有明顯區(qū)別。
現(xiàn)代建筑一般沒(méi)有大屋檐，陽(yáng)光通過(guò)窗玻璃直接進(jìn)入室內(nèi)，使室內(nèi)明亮，但夏季光線(xiàn)過(guò)多會(huì)帶來(lái)大量熱量，導(dǎo)致空調(diào)能耗上升，由于窗戶(hù)亮度高，給室內(nèi)人帶來(lái)直接眩光和反射眩光干擾。相比之下，紫禁城古建筑的大屋檐阻擋了大量直射光通過(guò)門(mén)窗直接進(jìn)入大廳，少數(shù)直射光通過(guò)地面漫反射到大廳的其他地方。經(jīng)過(guò)挑檐的過(guò)濾和遮擋，外部直射光變得柔和。
不僅如此，紫禁城古建筑的屋檐選擇有利于避免夏季中午陽(yáng)光照射到房間，而冬季中午陽(yáng)光只能照射到建筑的最深處，以獲得建筑內(nèi)明效果。這是因?yàn)椋覈?guó)地處北半球，太陽(yáng)光從南向北照射。由于地球的南北兩極不垂直，但與太陽(yáng)有一定的傾斜角，當(dāng)?shù)厍驀@太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，太陽(yáng)在南回歸線(xiàn)和北回歸線(xiàn)之間來(lái)回移動(dòng)，四季陽(yáng)光的高度角不同。
夏季北京的太陽(yáng)高度角約為76度，冬季約為27度。屋檐挑出一定的尺寸，使建筑外的陽(yáng)光達(dá)到一定的效果：夏季和早晨溫度較低，照射到建筑內(nèi)部，隨著室外溫度的升高，陽(yáng)光照射室內(nèi)范圍逐漸減少，中午，陽(yáng)光幾乎在建筑上方，只能照射到屋檐柱外，有利于避免室內(nèi)光線(xiàn)過(guò)強(qiáng)，避免室內(nèi)過(guò)熱；冬季早晨，陽(yáng)光沒(méi)有照射到室內(nèi)，隨著陽(yáng)光角度的上升，建筑逐漸接受光線(xiàn)，中午，陽(yáng)光幾乎正好進(jìn)入室內(nèi)最內(nèi)墻的位置，有利于室內(nèi)獲得最佳亮度，避免室內(nèi)過(guò)冷。
建筑物內(nèi)的材料可反射光源。建筑材料對(duì)光線(xiàn)有明顯的影響，古人利用反射率高的材料更有效地將光線(xiàn)引入建筑內(nèi)部空間。例如，宋代范成大的《桂海于衡志》有:土人用石灰砌墻，不干的時(shí)候用滑石末擦拭，光如玉，意思是在建筑室的墻上涂上滑石后，墻會(huì)閃閃發(fā)光；清代李漁的《李翁偶集》·臥室里有：石灰堊墻，磨極光，上也；其次，用紙糊，紙糊可以使屋柱窗對(duì)一色，意思是用白灰粉刷墻面，然后用紙糊，室內(nèi)光線(xiàn)可以通過(guò)反射增加。
紫禁城宮殿建筑的照明離不開(kāi)建筑內(nèi)光線(xiàn)的反射，主要通過(guò)墻壁和地面材料進(jìn)行。紫禁城建筑內(nèi)有金磚地板、朱紅柱、淺黃色墻壁，表面有光澤，反射率高；建筑內(nèi)綠色天花板表面無(wú)光澤，反射率低。
前者通過(guò)光斜照射，給人一種強(qiáng)烈的紋理感，增加建筑內(nèi)部的亮度，由于光影效果，構(gòu)件表面會(huì)出現(xiàn)明暗變化，顯示輪廓；后者當(dāng)陽(yáng)光照射到表面時(shí)，給人一種質(zhì)地光滑的感覺(jué)，表面會(huì)反射較淺的漫射光。此外，光線(xiàn)進(jìn)入建筑內(nèi)部后，由于天花板的反射率低于地面和墻壁的反射率，建筑內(nèi)部的光線(xiàn)方向由下向上。因此，建筑內(nèi)部下方有清晰的光影，便于皇后的活動(dòng)，建筑內(nèi)部上方給人一種柔和的感覺(jué)。這些來(lái)自地面的自下而上的光和來(lái)自其表面的漫射光使紫禁城建筑的內(nèi)部光亮度合適，實(shí)現(xiàn)了視覺(jué)和感覺(jué)的完美融合。
門(mén)窗是建筑內(nèi)部照明的重要通道。紫禁城建筑早期，門(mén)窗用紙粘貼。宮廷使用的窗紙質(zhì)量上乘，采光防風(fēng)防寒效果好。最好的高麗紙必須用于粘貼門(mén)窗，因?yàn)檫@種紙是由繭或桑皮制成的白色棉紙。這種韌皮紙制成后，會(huì)浸泡在油中。一是增加紙張的透光率，二是進(jìn)一步增加紙張的韌性。自清朝康熙以來(lái)，隨著社會(huì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、海關(guān)開(kāi)放、海上貿(mào)易的發(fā)展，平板玻璃也被輸入中國(guó)，并開(kāi)始用于紫禁城建筑的門(mén)窗。
據(jù)史料記載，雍正元年(1723)10月初一，為方便養(yǎng)心殿采光，雍正下令養(yǎng)心殿后臥室西次后窗下一個(gè)中心開(kāi)活窗……穿堂北側(cè)東西窗安玻璃二塊。養(yǎng)心殿成了紫禁城第一座裝玻璃的宮殿。與高麗紙相比，平板玻璃在耐久性、透光性、透光率和美觀性。此后，紫禁城宮殿建筑開(kāi)始使用玻璃作為窗戶(hù)的透明材料)。玻璃的應(yīng)用大大改善了紫禁城的采光條件，更有利于建筑內(nèi)宮廷人員的活動(dòng)。
綜上所述，紫禁城建筑的古代照明方法簡(jiǎn)單科學(xué)，包括巧妙的建筑布局規(guī)劃、屋檐大屋檐、合理使用建筑內(nèi)部材料、門(mén)窗透光等方法，最大限度地將外部自然光源引入建筑內(nèi)部，合理投射和反射光線(xiàn)，有效滿(mǎn)足建筑內(nèi)帝王和家庭成員的活動(dòng)需求，是古代技術(shù)在建筑中的應(yīng)用，可以反映古代工匠的智慧，也可以為現(xiàn)代建筑的內(nèi)部照明提供有效的參考。
