摘要：隨著對人體非視覺通道研究的深入，天然光與人體生理節(jié)律的密切關(guān)系被更多地證實，高校圖書館閱覽空間中天然光環(huán)境設計亟需重新審視和思考。文章對高校圖書館閱覽空間的天然采光設計進行展望：在考慮外部環(huán)境的天然光條件下，高校圖書館閱覽空間應優(yōu)先考慮設計東朝向的采光口，其次為南朝向;應充分利用采光中庭，多選用正方形的空間形狀;分區(qū)式和夾層式空間布局更利于提高側(cè)窗天然光線的射入量;多立面采光幕墻、天窗采光和室外閱覽區(qū)域能讓閱讀環(huán)境天然光線豐富立體;考慮到讀者的個人感光史可利用遮陽系統(tǒng)和采光輔助系統(tǒng)進行微調(diào)節(jié)。

關(guān)鍵詞：高校圖書館;閱覽空間;非視覺效應;天然采光

中圖分類號：G258.9 ? 文獻標識碼：A

DOI：10.13897/j.cnki.hbkjty.2020.0052

1 研究背景

自2002年Berson[1]發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜感光神經(jīng)節(jié)細胞（ipRGC），人們開始關(guān)注人體對光的非視覺生物性反應，即非視覺效應（Non-visual Effect）。這種反應對人體褪黑激素的分泌和與之關(guān)聯(lián)的生理節(jié)律系統(tǒng)有著直接影響，即生命體征波動、警覺度、緊張感、睡眠質(zhì)量、情緒等。高校圖書館閱覽空間作為讀者在圖書館內(nèi)利用書刊資料學習研究的主要場所，其服務效果自然與空間的天然光環(huán)境密不可分。

當前，國內(nèi)學者對高校圖書館閱覽空間天然采光設計的研究絕大部分從天然采光的視覺效應出發(fā)，以實地調(diào)研、計算機模擬、讀者主觀評價的方法對高校圖書館閱覽空間的天然采光環(huán)境進行定量評價。劉孟哲[2]對山西師范大學、西安電子科技大學、西安建筑科技大學等高校圖書館天然采光利用情況進行實地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)存在窗墻比例小、天然光照利用率低、靠窗閱讀眩光嚴重等問題，提出對于開間進深較大的內(nèi)部空間可采用中庭或天窗采光方式，為避免眩光使用窗簾及以天然光影配合合理的人工光源等采光優(yōu)化辦法;倪蔚超[3]依據(jù)采光系數(shù)（DF）、全天然采光百分比（DA）等衡量視覺功效的采光環(huán)境評價指標，以Desktop Radiance和Daysim為光環(huán)境模擬軟件對圖書館典型閱覽空間的天然光環(huán)境進行實地的典型時刻靜態(tài)模擬和全年采光時段（8：00-18：00）動態(tài)模擬，分析得出高校閱覽空間合適的朝向、不同側(cè)窗采光方式下的空間尺度、窗地面積比及玻璃透射比;尚葛婧[4]以深圳市八所高校圖書館為樣本，對讀者和管理員針對閱覽空間光環(huán)境的舒適性、使用偏好、照明燈具使用情況進行深度訪談，提出圖書館閱覽空間的天然采光設計應充分考慮用戶使用情況，注重滿足讀者差異化需求的建議。國外學者對于圖書館閱覽空間的天然采光設計的相關(guān)研究較為零散，Edwards從節(jié)約能源的角度探討了天然采光在圖書館建筑設計中的重要性，提出館內(nèi)讀者活動區(qū)域應該有優(yōu)良的自然采光環(huán)境，應避免無法自然采光的區(qū)域[5]。Didem闡述了天然光在圖書館中的影響，并通過實地調(diào)研分析了高校圖書館的天然光環(huán)境與讀者座位偏好的關(guān)系[6];此外，Jackie對在圖書館中被廣泛應用的被動式采光技術(shù)進行了具體分析[7]。由此可見，國內(nèi)外對高校圖書館閱覽空間天然光環(huán)境的研究還停留在天然光環(huán)境傳統(tǒng)的視覺功能、采光舒適性及節(jié)能效率方面，非視覺效應和圖書館閱覽空間天然采光設計相結(jié)合的研究缺乏。隨著人體非視覺效應的發(fā)現(xiàn)，高校圖書館閱覽空間中的天然光功能關(guān)系從視覺領(lǐng)域拓展至非視覺領(lǐng)域，閱覽空間的天然采光設計如何既能滿足讀者的視覺需要，還能有利于他們的身體健康，值得圖書館人加以關(guān)注和反思。

1.1 天然光的非視覺效應研究動態(tài)

人體的非視覺系統(tǒng)對光刺激的反應不同于視覺系統(tǒng)，不僅關(guān)系到人們的眼部健康，還會對其生理變化和心理感受產(chǎn)生重要的影響。越來越多的研究表明，非視覺功效可以幫助人們緩解情緒壓力[8]、提升學習成績[9-10]、保持學習積極性[11]、增強警覺性[12-13]、改善睡眠狀況[14]等。

Brainard等通過試驗后發(fā)現(xiàn)人和動物的非視覺效應對短波光線（446-488 nm）最為敏感，其中敏感度最高的是波長為464 nm的藍光光線[15]。人的生理和行為在很多方面都是以24小時為一周期在運轉(zhuǎn)，比如：新陳代謝、作息規(guī)律等，這些日常節(jié)律被稱為晝夜生理節(jié)律。穩(wěn)定的晝夜生理節(jié)律對人體的健康非常重要，人類在長年的進化中已經(jīng)適應了天然光照的晝夜更替，對天然光的反應非常敏感，每天天然光的明暗周期循環(huán)對調(diào)節(jié)晝夜生理節(jié)律非常重要。Webb對非視覺效應相關(guān)研究成果進行梳理總結(jié)后發(fā)現(xiàn)：天然光富含短波藍光，增加建筑中的天然光線利用既有利于調(diào)節(jié)視覺，也可以解決晝夜生理節(jié)律失衡的問題，從而促進人體健康，保證工作效率[16]。類似的研究還有，健康工作者午飯后在近窗位置的半小時天然光照射（約1 000-4 000 lux）與短時午睡具有相近似的休息效果[17];北半球冬季天然光能夠改善辦公者的情緒并提高健康活力[18];明亮的天然光對人體的生理節(jié)律產(chǎn)生生物性效應，維持人體正常的生物鐘[19]等。近十多年來的研究證實光照至少在光照強度、光譜分布、光照時刻、持續(xù)時間、個人感光史、色溫[20-22]等方面對人體的非視覺效應產(chǎn)生影響。在天然光環(huán)境下，光照強度、光照時間和光譜分布是與刺激非視覺效應產(chǎn)生的關(guān)系較大的因素[23]。

目前，對于有效促成天然光激發(fā)非視覺效應的臨界照值尚無定論。有學者[24]認為，當D55天然光（模擬日光“早”）照度大于960lux，非視覺效應可能達到100%，若D55天然光照度小于2 10lux，非視覺效應無法產(chǎn)生，D65天然光（模擬日光“午”）和D75天然光（模擬日光“晚”）的非視覺效應照度臨界值分別為870 lux和830 lux。延雪平大學建筑工程與照明科學院的Aries[25]通過實際天然光環(huán)境調(diào)研后發(fā)現(xiàn)似乎大于2 000 lux的人眼位置垂直照度才能最大限度抑制褪黑激素，刺激人體非視覺效應產(chǎn)生。

1.2 高校圖書館閱覽空間天然采光設計的非視覺需求

高校圖書館是生長的有機體，是以師生為中心構(gòu)成的人工生態(tài)系統(tǒng)。隨著圖書館界對綠色圖書館可持續(xù)發(fā)展理念的逐漸重視，高校圖書館的健康文化品味日益提升，閱覽空間設計應注重讀者的生理和心理共同健康發(fā)展。

就日本學者針對東方人所做的研究發(fā)現(xiàn)，在低于500 lux的光環(huán)境下人們從事閱讀活動會產(chǎn)生疲勞感，最舒適的閱讀照度應為1 000-2 000 lux[26]。相對高照度的天然光引起的視覺不舒適性，由于人體對眩光評價具有心理感知的復雜性，人們對光的不舒適感可隨窗外視看內(nèi)容興趣值的提高而降低[27]。以哈爾濱某高校圖書館為例，讀者偏好選擇明亮舒適的靠窗座位進行閱讀活動[28];又如接近40%的被調(diào)查學生會選擇在有陽光直射的窗戶邊閱讀，甚至有女性讀者表示即使在夏季直射光非常強烈的情況下仍會選擇高強度光照環(huán)境下閱讀[29]。我國高校圖書館讀者人群主要為在校大學生，他們閱讀時均傾向于開放、寧靜、明亮的天然光氛圍，且大部分時間都待在室內(nèi)學習，接收不到足夠的天然光照量容易影響其學習積極性，生理節(jié)律紊亂。因此，本文從天然光的非視覺效應視角，對高校圖書館閱覽空間天然采光環(huán)境進行優(yōu)化設計，嘗試規(guī)劃與展望有利于大學生身心健康的閱覽空間天然采光環(huán)境，為高校圖書館閱覽空間天然采光環(huán)境設計帶來新的思路。

2 高校圖書館閱覽空間非視覺效應的天然采光設計

圖書館閱覽空間非視覺效應的天然采光設計是指天然光通過閱覽空間外圍立面上的開口，經(jīng)過直射、反射或者漫射的方式主動進入或被動引入室內(nèi)，為讀者提供健康、警覺、舒適的天然光環(huán)境。與穩(wěn)定的人工照明相比，天然光具有地域性、季節(jié)氣候性、時間性、難以控制的特點。考慮不同地域的氣候特征，避免因建筑設計不當而影響天然光的非視覺功效是規(guī)劃高校圖書館閱覽空間天然光環(huán)境亟需解決的問題。文章參考Marilyne Andersen等有關(guān)非視覺效應同地理氣候因素[30]及建筑天然采光設計要素[24，31，32]等方面的預測評估模型，從以下方面嘗試分析有利于激發(fā)非視覺效應的高校圖書館閱覽空間天然采光設計策略。

2.1 宏觀層面

高校圖書館閱覽空間外部環(huán)境對天然光照強度、光譜分布、光照時間等非視覺效應評價指標密切相關(guān)，一般由光氣候分布、天空亮度分布情況、太陽高度角和周邊地形規(guī)劃組成。在國外，外部環(huán)境與天然光的非視覺效應的相關(guān)研究尚局限于對地理位置確定、不同天空亮度區(qū)域的多個時間點的日光年分布狀況的靜態(tài)模擬，如Mardal jevic等考慮不同氣候條件下日光的光譜特點，結(jié)合基于建筑環(huán)境的光生物學預測模型[24]及光環(huán)境模擬軟件Radiance，以歐洲八個地區(qū)的日光光照強度數(shù)據(jù)為基礎，預估了日光激發(fā)的人體年平均非視覺效果值（N-VE）[30]。我國高校圖書館所處環(huán)境大多獨立，周邊地形地貌不會過多地變化，周圍建筑、綠化和遮擋物對其天然光的進入影響較小，光氣候分布與變化規(guī)律[33-34]、天空亮度分布的計算方法與實時天光分布模型[35-37]、太陽高度角與天然光有效利用的變化關(guān)系式[38]等相關(guān)研究為我國高校圖書館閱覽空間天然光的非視覺效應模擬提供科學的基礎理論數(shù)據(jù)，通過對閱覽空間外部環(huán)境的研究能夠?qū)Ω咝D書館所在地區(qū)的天然光條件有基本的了解，也是作為閱覽空間前期非視覺效應的天然光環(huán)境設計和規(guī)劃的基本前提。

2.2 中觀層面

高校圖書館閱覽空間的具體設計因素不易變化且在建筑設計中后期可加以控制，是探尋優(yōu)化非視覺采光設計策略的靜態(tài)變量和關(guān)鍵核心，直接制約著整體設計策略。作為影響高校圖書館閱覽空間天然光非視覺功效的中觀因素，閱覽空間的具體設計因素由采光口朝向、空間體量及形狀、室內(nèi)布局、采光形式四個方面組成。

2.2.1采光口朝向

閱覽空間的采光口朝向是高校圖書館室內(nèi)天然光適應外部環(huán)境的重要因素，正確的朝向可以給讀者帶來充足的陽光，提高非視覺效果值。對于任何一個氣候區(qū)域，東朝向均為刺激人體晝夜生理節(jié)律的最優(yōu)方向，人們在南朝向的窗戶旁，其警覺性可以得到最大限度的提高[30]。結(jié)合刺激人體產(chǎn)生非視覺效應的天然光臨界照度值和讀者偏好的天然光照度區(qū)間，下文在探究非視覺效應的高校圖書館閱覽空間天然光環(huán)境時將選用較高照度值（2 000 lux）作為激發(fā)非視覺效應的天然光照度閾值。

如南京屬于我國Ⅳ類光氣候區(qū)，天然光年總照度處于30 klux-35 klux，年可利用時間約3 055小時，室外光環(huán)境以漫射光為主。有研究[3]對南京地區(qū)圖書館閱覽空間窗戶的不同朝向、不同季節(jié)的天然光照度采用Radiance軟件進行模擬發(fā)現(xiàn)：采光口為南朝向的天然光線中直射光較多，四季平均照度值區(qū)間在340-2 215 lux間內(nèi)變化，天然光平均照度值在春秋分時刻12：00-14：00超過2 000 lux;在夏至日的8：00-10：00之間，東朝向采光口的天然光平均照度值最高接近11 100 lux。在天然光資源匱乏的Ⅴ類光氣候區(qū)城市重慶，參考利用側(cè)窗形式采光的教室天然光照度模型模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)[39]：在夏季，東朝向采光口在9：00-13：00平均照度值為2 516-15 415 lux，光照持續(xù)時間較長;南北朝向采光口在下午13：00超過平均照度值2 639 lux，在下午15：00之后平均照度值下降到2 000 lux以下;在冬季，重慶教室的天然光平均照度值較低，需要開啟人工照明來滿足視覺功能。盡管東朝向、南朝向采光口的高照度天然光刺激多為間歇性，高照度刺激僅占23%時長的動態(tài)采光能夠產(chǎn)生70%的等效非視覺效應[40]。Mcintyre等[41]也發(fā)現(xiàn)人眼在短時間內(nèi)接受的高照度對褪黑素抑制的作用效果優(yōu)于長時間暴露在的低照度環(huán)境下的。非視覺效應度量的理論出發(fā)點是，以峰值在460-480 nm的范圍附近的藍光波段為主的光能夠最大程度地激發(fā)人體節(jié)律活躍度的機能[42]。清晨的天然光照可以使人體快速擺脫睡眠狀態(tài)，產(chǎn)生清醒的感覺，提高學生的警覺性[43]。以重慶地區(qū)為例，晴天天氣時，近窗戶區(qū)域的空間受室外天然光色溫的影響較大，呈現(xiàn)出早上和傍晚色溫偏高的規(guī)律，在天然照度較高的南朝向，上午10：00左右的色溫值為早高峰，室內(nèi)臨窗區(qū)域照度約為4 000 lux，光譜能量分布于短波（光譜分布主要約446-488 nm）的成分較多，光線顏色偏藍，此時人體瞳孔收縮，視力上升，褪黑激素被抑制，大腦興奮度提高，較高的色溫和照度能夠保證讀者良好的生理節(jié)律。

目前，為避免眩光問題，高校圖書館閱覽室的采光口朝向多為天然光平均照度均勻的北朝向。為了保證富含短光波的天然光充分進入，高校圖書館閱覽空間在建筑具體設計時，可適當布置一些采光口朝向為優(yōu)先東向、其次南向的閱覽空間，窗戶材料盡量使用白玻璃和超白玻璃，保持室內(nèi)偏冷光照狀態(tài)，來幫助讀者接受足夠的光照強度和清晨的日光。

2.2.2 空間體量及形狀

閱覽空間的體量及形狀不僅體現(xiàn)圖書館的建筑美感，同樣影響著天然采光效果。在體量上，不少現(xiàn)代高校圖書館新館閱覽空間的面積頗大，呈現(xiàn)出復合化、動態(tài)化、開放化趨勢。傳統(tǒng)的單側(cè)采光閱覽空間進深普遍小于9m，雙側(cè)采光的進深一般為16-18m，而開放式閱覽空間的進深根據(jù)其復合性功能進一步拓展，可達24-27m[44]。以南京地區(qū)的單側(cè)窗閱覽室為例，就進深為12-24m的閱覽空間在夏至日和冬至日的天然光照度平均值模擬統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著進深的增加，照度平均值各自從2 333lux-1 174lux、1 663lux-824lux依次遞減。在夏至日時，進深為12-15m的閱覽空間的天然光照度平均值可保持在2 000lux以上;在冬至日時，太陽高度角較夏至日低[3]，天然光衰減快，光照持續(xù)時間短，如若閱覽空間進深過大將更加不利于非視覺效應的產(chǎn)生。因此，為了避免隨著開放式閱覽空間進深的增加導致遠窗處照度水平過低，建議開放式閱覽空間充分圍繞采光中庭統(tǒng)籌，以此來補償“大進深、大面寬”對于天然光非視覺效應的削弱。

在空間平面形狀上，有研究[44]認為針對開放式閱覽空間形狀最常使用的方形和矩形，當采光中庭形狀和面積不變時，閱覽空間在長寬比為1.5：1時天然采光質(zhì)量最高，隨著比例的加大呈現(xiàn)出逐步下降的趨勢;閱覽空間的天然光照度隨著采光中庭的長寬比的加大而不斷地上升;對于其他較為復雜的平面形式來說，閱覽空間外邊界形狀為方的天然采光效果比圓形外邊界更好。綜上可見，就高校圖書館開放式閱覽空間而言，可優(yōu)先選擇方正的形狀，充分利用采光中庭渲染整個圖書館空間的天然光氛圍。如：汕頭大學圖書館閱覽空間沿三層通高的中庭臨窗呈方形布置，南京郵電大學仙林校區(qū)圖書館圍繞中庭設計有兩個長條形閱覽室，為讀者提高學習效率，改善心境提供了充足的天然光照度水平、較長的光照持續(xù)時間。

2.2.3 室內(nèi)布局

現(xiàn)代教育要求高效、自由、開放的學習方式。讀者可以在一個大空間內(nèi)，檢索所需書籍資料來閱讀學習，如：依靠中庭垂直布局的大連理工大學圖書館主體閱覽空間、圍繞四個小天井周邊布局的廣州大學圖書館閱覽空間、藏書模塊和閱覽模塊相互滲透布局的四川美術(shù)學院圖書館等。開放式閱覽空間主要依靠家具、書架、層高差異來劃分功能板塊，目前較為常見的室內(nèi)布局模式有：周邊式布置、成組式布置、分區(qū)式布置、夾層式布置、靈活式布置等[45]。將書架集中布置在閱覽空間的一側(cè)或中間，靠窗布置多數(shù)閱覽位置的分區(qū)式布置更利于側(cè)窗天然光線的射入，如南京大學杜廈圖書館、南京財經(jīng)大學圖書館均采用了閱覽位置圍繞外墻立面的布局方式;柏林自由大學文獻學圖書館將閱覽布局采取夾層式布置，書架被樓板層圍繞，閱覽區(qū)布置在靠窗區(qū)域，既保證了充足的日照水平，還能避免高照度日光損壞藏書的風險。隨著天然光投射角的增大，窗戶相應增高，距離透光面的距離就越近，天然采光效果也就越好[46]。足夠?qū)痈叩膴A層式閱覽空間布置更加能夠促進讀者生理機制的正常運行。當室內(nèi)照度較低，墻體和地板可以多利用淺色調(diào)且反射率較高材質(zhì)的材料裝飾，減弱天然光的漫射效應，增強天然光的反射效應，如：?？巳貙W院圖書館和汕頭大學圖書館閱覽空間均采用了大量的原木色調(diào)的木材來裝飾墻面，解決照度不足的問題。

2.2.4 采光形式

高校圖書館閱覽空間的采光形式多為天窗采光和側(cè)窗采光。天窗采光的采光量和照射范圍均遠超側(cè)窗采光，室內(nèi)光線更為豐富立體，引發(fā)的非視覺效應效果值高于無天窗采光的建筑環(huán)境[30，47]。國內(nèi)高校圖書館的天窗一般用于閱覽空間的頂層和中庭空間，造型傳統(tǒng)，多為方形、弧形，如：四川美術(shù)學院圖書館在頂層采用了帶狀小面積條窗設計;上海大學圖書館的讀者休閑閱覽區(qū)的天花板采用了弧形玻璃窗設計;廈門集美大學圖書館四層開放式閱覽空間的頂部均采用三角形天窗;國家圖書館的中心閱覽室頂部為大面積玻璃棚等。在國外，曲面和不規(guī)則形狀的天窗被應用得較多。澳大利亞陽光海岸大學圖書館閱覽空間屋頂采取鋸齒形天窗，使得館內(nèi)開放式空間的天然光線充足柔和;芬蘭維堡市圖書館閱覽空間利用天花板上57個圓錐形天窗結(jié)合墻體的漫反射為室內(nèi)引入了充足的天然光線。側(cè)窗采光因構(gòu)造簡單、布置方便，被高校圖書館廣泛采用。在無天窗的環(huán)境下，靠側(cè)窗區(qū)域光照充足，非視覺效應效果值最高[30]。但也存在諸多問題，強烈的直射光容易形成直接眩光，隨著空間進深的增加，還容易出現(xiàn)光照死角;若采用雙側(cè)窗采光，也可能出現(xiàn)閱覽空間中間位置照度不足的問題。因此，根據(jù)不同朝向的天然光變化規(guī)律，閱覽空間的各個立面應盡可能加大開窗面積，同時為減輕大型玻璃幕墻帶來的直接眩光，也可考慮設計多立面采光幕墻，保證明亮、持續(xù)、舒適的天然光引入。荷蘭代爾夫特理工大學圖書館的三個側(cè)立面均為玻璃幕墻，正立面有一座高達40米的圓錐體玻璃屋頂，兩種采光形式的融合讓圖書館成為了日光的海洋;荷蘭建筑師Paul de Ruiter為SIGMAX公司總部辦公樓的天然光環(huán)境進行設計，利用層疊式的連續(xù)玻璃幕墻使得室內(nèi)天然采光隨著太陽的東升西落，幾乎使所有區(qū)域都能輪流成為天然光照射的最佳位置。

除了開窗引入陽光的方式，國內(nèi)許多高校圖書館的新館建設中將閱覽空間拓展至室外露臺。Aries[25]認為以健康為導向的設計應盡可能允許使用者接觸室外。臺灣高雄市立圖書館總館在西面及南面均設計了戶外平臺，讀者可以沐浴在日光下閱讀學習;山東交通學院圖書館、湖南師范大學圖書館、浙江大學圖書館紫金港分館在屋頂營造綠化環(huán)境，既提供了室外閱讀學習場所，在夏日也起到給頂層房間降溫的作用。荷蘭代爾夫特理工大學圖書館頂部立面與館外地面草坪銜接，讀者可在綠色的屋頂閱讀、學習、交流，與大自然充分親近。

2.3 微觀層面

有研究表明人體褪黑激素的抑制水平與以前的光照條件有關(guān)[48]，現(xiàn)在非視覺效應的發(fā)生往往由過去幾個小時甚至幾天的光照影響所致[49]。鑒于高校圖書館讀者感光歷史的個體差異及圖書館所處外部環(huán)境的不同，可利用采光輔助系統(tǒng)和遮陽系統(tǒng)等閱覽空間的建筑細部設計對天然光環(huán)境進行微調(diào)節(jié)，以此來適應差異化的非視覺效應需求。

2.3.1 采光輔助系統(tǒng)

相較于《建筑采光設計標準GB50033-2013》中有關(guān)閱覽室的標準照度，激發(fā)讀者生理節(jié)律系統(tǒng)產(chǎn)生變化需要至少兩倍甚至更多的光線量[50]。我國幅員遼闊，各地光氣候差異較大，《建筑采光設計標準GB50033-2013》根據(jù)室外天然光年總平均總照度值的范圍將全國劃分為Ⅰ-Ⅴ類光氣候分區(qū)，從《中國光氣候資源分布圖》可以發(fā)現(xiàn)天然光照度隨著海拔高度和日照時數(shù)的增加而增加，如位于Ⅰ類光氣候區(qū)的格爾木地區(qū)和拉薩地區(qū)，隨著濕度的增加而減少，如位于Ⅴ類光氣候分區(qū)的重慶地區(qū)和宜賓地區(qū)[51]。尤其在全年全部利用天然光小時數(shù)偏低的地區(qū)，如位于Ⅴ類光氣候分區(qū)的高校圖書館閱覽區(qū)域，天然光依賴采光口無法完全照射整個室內(nèi)的時候，利用采光輔助系統(tǒng)或者導光材料將天然光主動引入室內(nèi)就顯示出了必要性。近年來，國內(nèi)外建筑工作者研究出多種主動式天然光引入方法[52-53]，比如：利用具有基于傳感器讀數(shù)的自動調(diào)節(jié)集成百葉，隨著太陽的運行軌跡做相應的轉(zhuǎn)動，保證室內(nèi)天然光照度值較高、持續(xù)時間更長;利用導光管技術(shù)和光導纖維將聚光器采集的日光導向室內(nèi);在窗戶頂部利用棱鏡組反射技術(shù)改變天然光入射方向，令日光照到需要采光的位置等。國內(nèi)外學校建筑利用主動采光技術(shù)相關(guān)實踐研究較為深入，美國天使山圣本篤修道院校園中的新型光環(huán)K-12教室，北京科技大學體育館的可調(diào)光式導光管照明系統(tǒng)等對高校圖書館閱覽空間應用采光輔助系統(tǒng)具有借鑒意義。

2.3.2 遮陽系統(tǒng)

結(jié)合高校圖書館閱覽空間天然采光設計的非視覺需求，遮陽系統(tǒng)的設計應避免空間建筑表皮設計時僅考慮隔熱和眩光問題而過度地阻擋天然光的獲取。保證充足的天然光獲得量是衡量高校圖書館遮陽系統(tǒng)健康性的重要標準。在不同的光氣候分區(qū)下，結(jié)合《民用建筑熱工設計規(guī)范》（GB50176-93），高校圖書館閱覽空間的遮陽系統(tǒng)應著重兼顧足夠的室內(nèi)天然光獲得量、讀者的個人感光史和視覺心理需求。為應對讀者不同的室內(nèi)天然光照需求，遮陽系統(tǒng)應同時自動和手動控制的功能，如烏德勒支大學圖書館在建筑表皮設計有可自由旋轉(zhuǎn)開啟關(guān)閉的印刷玻璃表面，斯圖加特市圖書館選用由玻璃幕墻和鑲有玻璃磚的模數(shù)化構(gòu)件構(gòu)成的雙層表皮設計，并在中庭的天窗上設置了可移動的及太陽能光伏板于一體的遮陽構(gòu)件。

3 結(jié)語

近年，天然光與人體生理節(jié)律的健康關(guān)系等研究成果使建筑環(huán)境中的天然光非視覺功能逐漸成為采光領(lǐng)域的熱點課題之一。隨著我國高校圖書館對“人文、人性、生態(tài)”的發(fā)展理念的愈加認同，非視覺效應的閱覽空間天然光環(huán)境將愈加受到重視，其采光設計策略亦要隨之變革。由于天然光的非視覺功效研究尚處于起步階段，一方面天然光環(huán)境受天空環(huán)境模式、地域、氣候等因素的影響復雜多變，天然光分類及轉(zhuǎn)化較為簡單，天空照度實時測量成本高且數(shù)據(jù)不夠精準;另一方面，對天然光環(huán)境下非視覺效應量化標準尚未確定，模擬結(jié)果較為粗略，相關(guān)理論和方法還不成熟，文章對高校圖書館閱覽空間非視覺效應的天然光環(huán)境設計的探討。天然光與人體非視覺效應關(guān)系的精確量化、個人感光史評估模型的不斷改善[54]、動態(tài)天然光可用性度量指標的補充及計算機天然光模擬算法的不斷發(fā)展，將會對高校圖書館閱覽空間的健康采光設計帶來新的啟發(fā)。

參考文獻

[1] D.M.， Dunn F.A.， Takao M. Phototransduction by Retinal Ganglion Cells That Set the Circadian Clock[J].Science，2002，295（5557）：1070-1073.

[2] 劉孟哲.高校圖書館空間組織及環(huán)境改造設計研究[D].西安：長安大學，2014.

[3] 倪蔚超.大學圖書館閱覽空間天然光環(huán)境評價與設計研究[D].廣州：華南理工大學，2016.

[4] 尚葛婧.基于節(jié)能視角的深圳市高校圖書館閱覽空間天然采光現(xiàn)狀調(diào)研[J].建筑節(jié)能， 2018（8）：76-81.

[5] Edwards B.W. Sustainability as a Driving Force in Contemporary Library Design[J]. Library Trends，2011，60（1）：190-214.

[6] Didem， Kan， Kilic， et al. Daylighting Concepts for University Libraries and Their Influences on Users' Satisfaction[J].The Journal of Academic Librarianship， 2011， 37：471-479.

[7] Shane J. Positioning Your Library for Solar （and Financial） Gain. Improving Energy Efficiency， Lighting， and Ventilation with Primarily Passive Techniques[J]. Journal of Academic Librarianship，2012，38（2）：115-122.

[8] Bommel W.J.M.V. Non-visual biological effect of lighting and the practical meaning for lighting for work[J]. Applied Ergonomics，2006，37（4）：461-466.

[9] Heschong L.， Wright L.R.， Okura S. Daylighting impacts on human performance in school[J].Journal of the Illuminating Engineering Society，2002，31（2）：101-114.

[10] 云朋.建筑光環(huán)境模擬[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.2010：24.

[11] Sansal E.，Raynham P.，Thorbj？rn Laike，et al.The influence of ambient lighting on pupils in classrooms-considering visual， biological and emotional aspects as well as use of energy[J]. Jama the Journal of the American Medical Association，2009，289（289）：176-177.

[12] Phipps-Nelson J.，Redman J.R.，Dijk D.J.，et al.Daytime exposure to bright light， as compared to dim light， decreases sleepiness and improves psychomotor vigilance performance[J].Sleep，2003（26）：695-700.

[13] Vandewalle G.，Balteau E.，Phillips C.，et al.Daytime light exposure dynamically enhances brain responses[J].Current Biology，2006（16）：1616-1621.

[14] Figueiro M.G.， Rea M.S. Evening Daylight May Cause Adolescents to Sleep Less in Spring than in Winter[J].Chronobiology International，2010，27（6）：1242-1258.

[15] Brainard G.C.， Hanifin J.P.， Greeson J.M.， et al. Action Spectrum for Melatonin Regulation in Humans：Evidence for a Novel Circadian Photoreceptor[J].The Journal of Neuroscience，2001，21（16）：6405-6412.

[16] Webb A.R.Considerations for lighting in the built environment：Non-visual effects of light[J].Energy&Buildings，2006，38（7）：721-727.

[17] Kaida K.，Takahashi M.，Haratani T.，et al.Indoor exposure to natural bright light prevents afternoon sleepiness[J].Sleep，2006，29（4）：462-469.

[18] Timo Partonen， Jouko L？nnqvist. Bright light improves vitality and alleviates distress in healthy people[J].J.Affect Disord，2000，57（1-3）：55-61.

[19] 翁季， 陳仲林， 胡英奎，等.光生物效應研究綜述[J].燈與照明，2007，31（1）：1-3.

[20] Anne-Marie Chang， Frank A.J.L.Scheer， et al. The human circadian system adapts to prior photic history[J].The Journal of Physiology，2011，589（5）：1095-1102.

[21] Amundadottir M.L.， Rockcastle S.， Khanie M.S.， et al.A human-centric approach to assess daylight in buildings for non-visual health potential，visual interest and gaze behavior[J].Building & Environment，2017（113）：5-21.

[22] Yasukouchi A.， Maeda T.， Hara K.， et al. Non-visual effects of diurnal exposure to an artificial skylight， including nocturnal melatonin suppression[J].Journal of Physiological Anthropology，2019，38（1）：10.

[23] Mcdougal D.H.， Gamlin P.D. The influence of intrinsically-photosensitive retinal ganglion cells on the spectral sensitivity and response dynamics of the human pupillary light reflex[J].Vision Research，2010，50（1）：72-87.

[24] Andersen M.， Mardaljevic J.， Lockley S.W. A frame work for predicting the non-visual effects of daylight- Part I： photobiology based model[J].Lighting Res. Technol.，2012（4）：37-57.

[25] Aries M.B.C.， Aarts M.P.J.， Hoof J.V. Daylight and health：A review of the evidence and consequences for the built environment[J].Lighting Research & Technology， 2015， 47（1）：6-27.

[26] 蔣新，劉堯琪.現(xiàn)代圖書館建筑光環(huán)境的要求與實現(xiàn)[J].圖書館雜志，2003（8）：27-29.

[27] Tuaycharoen N.，Tregenza P.View and discomfort glare from windows[J].Lighting Research and Technology，2007，39（2）：185-200.

[28] 孫佳琦.北方高校圖書館室內(nèi)光環(huán)境模擬分析研究[C]//全國高等院校建筑學學科專業(yè)指導委員會，建筑數(shù)字技術(shù)教學工作委員會，全國高校建筑學學科專業(yè)指導委員會建筑數(shù)字技術(shù)教學工作委員會.數(shù)字技術(shù)與建筑——2014年全國建筑院系建筑數(shù)字技術(shù)教學研討會論文集.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014：247-252.

[29] 何宇鵬.適應天然采光需求的廣州地區(qū)高校圖書館閱覽空間設計策略研究[D].廣州：華南理工大學，2015.

[30] Mardaljevic J.，Andersen M.，Roy N.，et al.A framework for predicting the non-visual effects of daylight-Part II： The simulation model[J].Lighting Res. Technol.， 2014， 46：38-406.

[31] Amundadottir M.L.，Rockcastle S.，Khanie M.S.， et al.A humancentric approach to assess daylight in buildings for non-visual health potential， visual interest and gaze behavior[J].Building &Environment，2017（113）：5-21.

[32] Andersen M.，Gochenour S.J.，Lockley S.W. Modelling ‘non-visualeffects of daylighting in a residential environment[J]. Building and Environment，2013，70（Complete）：138-149.

[33] 楊春宇，汪統(tǒng)岳，陳霆，等.基于光氣候區(qū)的日照時數(shù)特征及變化規(guī)律[J].同濟大學學報（自然科學版），2017，45（8）：1123-1130.

[34] 梁樹英，楊春宇.中國不同光氣候分區(qū)地面日光光譜的觀測與分析[J].光譜學與光譜分析，2015，35（12）：3475-3479.

[36] 吳玉香，劉春燕，文尚勝.基于CIE天空模型計算任意時間天空亮度分布[J].光學學報，2014，34（11）：35-41.

[37] Li D.H.W.， Chau T.C.， Wan K.K.W. A review of the CIE general sky classification approaches[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2014，31（Complete）：563-574.

[38] Alshaibani K. Finding frequency distributions of CIE Standard General Skies from sky illuminance or irradiance[J]. Lighting Research & Technology，2011，43（4）：487-495.

[39] 劉偉峰，謝永杰，陳若望，等.天頂亮度與太陽高度角關(guān)系的觀測[J].光電工程，2012，39（7）：49-54.

[40] 陳彥君.基于側(cè)窗形式的重慶地區(qū)高校普通教室天然采光研究[D].重慶：重慶大學，2014：38-53.

[41] Gronfier C. Efficacy of a single sequence of intermittent bright light pulses for delaying circadian phase in human[J].A jp Endocrinology & Metabolism， 2004， 287（1）：174-181.

[42] Mcintyre I.M.，Norman T.R.， Burrows G.D.， et al. Quantal melatonin suppression by exposure to low intensity light in man [J].Life Sciences，1989，45（4）：327-332.

[43] Enezi J.A.， Revell V.， Brown T.， et al. A "Melanopic" Spectral Efficiency Function Predicts the Sensitivity of Melanopsin Photoreceptors to Polychromatic Lights[J]. Journal of Biological Rhythms， 2011， 26（4）：314-323.

[44] Sletten T.L.， Revell V.L.， Middleton B.， Lederle K.A.， Skene D.J. Age-related changes in acute and phase-advancing response to monochromatic light[J].Journal of Biological Rhythms，2009（24）：73-84.

[45] 邊哲.基于模擬分析的圖書館閱覽空間天然采光設計策略研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2012：57-62.

[46] 劉瑛， 李軍環(huán).信息時代高校圖書館閱覽空間設計方法[J].城市建筑，2011（7）： 14-16.

[47] 劉春榮，劉峰高.現(xiàn)代化圖書館最佳閱覽室設計之探討[C]//2003年海峽兩岸圖書館建筑研討會論文集.長沙：湖南師范大學，2003：152-157.

[48] Yasukouchi，A.，Maeda，T.，Hara，K.，F(xiàn)uruune，H.Non-visual effects of diurnal exposure to an artificial skylight， including nocturnal melatonin suppression[J]. Journal of Physiological Anthropology，2019（38）：10.

[49] Smith K.A.， Schoen M.W.， Czeisler C.A. Adaptation of Human Pineal Melatonin Suppression by Recent Photic History[J].J Clin Endocrinol Metab，2004， 89（7）：3610-3614.

[50] 關(guān)楊.重慶地區(qū)教室晝間健康照明研究[D].重慶：重慶大學，2017：11.

[51] Rea M.S.， Figueiro M.G.， Bullough J.D. Circadian Photobiology： An Emerging Framework for Lighting Practice and Research[J].Light Res.Tech.，2002， 34（3）：177-190.

[52] GB5033-2013 建筑采光設計標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013：71-75.

[53] 趙建平，肖輝乾，羅濤，等.建筑采光照明技術(shù)研究進展[J].建筑科學，2013，29（10）：48-54，78.

[54] 王愛英，時剛.天然采光技術(shù)新進展[J].建筑學報，2003（3）：64-66.

[55] Kyle Konis.A novel circadian daylight metric for building design and evaluation[J].Building and Environment， 2017（113）：22-38.

作者簡介：馬毓（1983-），女，碩士，四川美術(shù)學院圖書館館員。研究方向：閱讀推廣理論及實踐構(gòu)建。

（收稿日期：2020-01-06 責任編輯：張靜茹）

Abstract：With the in-depth study of human non-visual effect， the close relationship between natural light and physiological rhythm has been confirmed. Natural light environment design in the reading space of university libraries urgently needs to be re-examined and considered. This paper analyzes the research on the natural lighting environment design of reading space in University Library：In consideration of the natural light conditions of the external environment， the reading space of university library should give priority to the east direction as daylight opening direction， followed by the south direction; The light atrium should be fully used， and the square space shape should be selected; The partition and mezzanine spatial layout is more conducive to improving the natural light input of the side window; Multi-facade lighting curtain wall， skylight and outdoor reading area can enrich the daylight of reading environment; In consideration of the readers personal photosensitive history， the sun shading system and lighting auxiliary system can be used for micro adjustment.

Keywords：University Library; Reading Space; Non-visual Effect; Natural Lighting