古建筑如何采光？以紫禁城为例

紫禁城是明清皇帝统治和皇后生活的地方，其建筑融合了中国古代优秀的文化、艺术和技术。从满足皇后在建筑内部的日常活动的角度来看，建筑内部的照明是一个极其重要的保证。

在古代，没有当今社会的高科技照明系统。如何最大限度地引入自然界的外部光源已成为紫禁城建筑商需要解决的一个重要问题。中国古代工匠智慧丰富。他们采用了多种科学的照明方法，以满足建筑内部的照明需求。以下是对这些方法的解释。

坐北朝南的布局有利于建筑采光。当建筑的门窗朝南开放时，建筑的布局被称为坐北朝南。中国的古建筑大多是朝南的布局，如先秦文献《诗经》·小雅·《斯干》记载，它是正的，它是冥的。君子游宁，意思是只见正殿(北房)宽敞明亮，偏殿富丽堂皇，有利于君王休息。

紫禁城古建筑中重要的宫殿朝南，门窗在建筑南侧打开，大部分在北侧为墙壁。这种布局有利于建筑照明。如图1所示，太和殿南立面有11个开间（开间为长度方向的柱距），每个开间均设有隔扇门或窗户。当门窗打开时，大厅外的光线很容易照射进来。

地理学的主要原因是中国位于北半球，位于亚洲东部，太平洋西岸，北回归线穿过中国南部。中国的大部分领土都在北温带。在这个广大地区，太阳大多从东向南升起，从西向下落下。太和殿的门窗朝南，可以使更多的阳光斜射到殿内，获得最大的采光量，避免夏季阳光直射，有利于避免冬季西北寒风的侵袭。

屋檐起翘有利于光源的引入。紫禁城古建筑屋顶檐部向外挑出（一般为柱高的1/3左右），并略带上翘的弧度，形成优美的曲线，称为挑檐做法，见图2。这种曲线形屋面檐口上翘的做法，遮蔽阳光少，有利于建筑内部的采光。紫禁城古建筑挑檐做法与现代建筑挑檐有明显区别。

现代建筑一般没有大屋檐，阳光通过窗玻璃直接进入室内，使室内明亮，但夏季光线过多会带来大量热量，导致空调能耗上升，由于窗户亮度高，给室内人带来直接眩光和反射眩光干扰。相比之下，紫禁城古建筑的大屋檐阻挡了大量直射光通过门窗直接进入大厅，少数直射光通过地面漫反射到大厅的其他地方。经过挑檐的过滤和遮挡，外部直射光变得柔和。

不仅如此，紫禁城古建筑的屋檐选择有利于避免夏季中午阳光照射到房间，而冬季中午阳光只能照射到建筑的最深处，以获得建筑内明效果。这是因为，我国地处北半球，太阳光从南向北照射。由于地球的南北两极不垂直，但与太阳有一定的倾斜角，当地球围绕太阳旋转时，太阳在南回归线和北回归线之间来回移动，四季阳光的高度角不同。

夏季北京的太阳高度角约为76度，冬季约为27度。屋檐挑出一定的尺寸，使建筑外的阳光达到一定的效果：夏季和早晨温度较低，照射到建筑内部，随着室外温度的升高，阳光照射室内范围逐渐减少，中午，阳光几乎在建筑上方，只能照射到屋檐柱外，有利于避免室内光线过强，避免室内过热；冬季早晨，阳光没有照射到室内，随着阳光角度的上升，建筑逐渐接受光线，中午，阳光几乎正好进入室内最内墙的位置，有利于室内获得最佳亮度，避免室内过冷。

建筑物内的材料可反射光源。建筑材料对光线有明显的影响，古人利用反射率高的材料更有效地将光线引入建筑内部空间。例如，宋代范成大的《桂海于衡志》有:土人用石灰砌墙，不干的时候用滑石末擦拭，光如玉，意思是在建筑室的墙上涂上滑石后，墙会闪闪发光；清代李渔的《李翁偶集》·卧室里有：石灰垩墙，磨极光，上也；其次，用纸糊，纸糊可以使屋柱窗对一色，意思是用白灰粉刷墙面，然后用纸糊，室内光线可以通过反射增加。

紫禁城宫殿建筑的照明离不开建筑内光线的反射，主要通过墙壁和地面材料进行。紫禁城建筑内有金砖地板、朱红柱、浅黄色墙壁，表面有光泽，反射率高；建筑内绿色天花板表面无光泽，反射率低。

前者通过光斜照射，给人一种强烈的纹理感，增加建筑内部的亮度，由于光影效果，构件表面会出现明暗变化，显示轮廓；后者当阳光照射到表面时，给人一种质地光滑的感觉，表面会反射较浅的漫射光。此外，光线进入建筑内部后，由于天花板的反射率低于地面和墙壁的反射率，建筑内部的光线方向由下向上。因此，建筑内部下方有清晰的光影，便于皇后的活动，建筑内部上方给人一种柔和的感觉。这些来自地面的自下而上的光和来自其表面的漫射光使紫禁城建筑的内部光亮度合适，实现了视觉和感觉的完美融合。

门窗是建筑内部照明的重要通道。紫禁城建筑早期，门窗用纸粘贴。宫廷使用的窗纸质量上乘，采光防风防寒效果好。最好的高丽纸必须用于粘贴门窗，因为这种纸是由茧或桑皮制成的白色棉纸。这种韧皮纸制成后，会浸泡在油中。一是增加纸张的透光率，二是进一步增加纸张的韧性。自清朝康熙以来，随着社会稳定、经济发展、海关开放、海上贸易的发展，平板玻璃也被输入中国，并开始用于紫禁城建筑的门窗。

据史料记载，雍正元年(1723)10月初一，为方便养心殿采光，雍正下令养心殿后卧室西次后窗下一个中心开活窗……穿堂北侧东西窗安玻璃二块。养心殿成了紫禁城第一座装玻璃的宫殿。与高丽纸相比，平板玻璃在耐久性、透光性、透光率和美观性。此后，紫禁城宫殿建筑开始使用玻璃作为窗户的透明材料)。玻璃的应用大大改善了紫禁城的采光条件，更有利于建筑内宫廷人员的活动。

综上所述，紫禁城建筑的古代照明方法简单科学，包括巧妙的建筑布局规划、屋檐大屋檐、合理使用建筑内部材料、门窗透光等方法，最大限度地将外部自然光源引入建筑内部，合理投射和反射光线，有效满足建筑内帝王和家庭成员的活动需求，是古代技术在建筑中的应用，可以反映古代工匠的智慧，也可以为现代建筑的内部照明提供有效的参考。