天然光——在阳光下学习

   编者按：既然可持续能效在当今主流建筑中的运用逐渐占据了越来越多的位置，那么没有任何一种建筑类型能比学校建筑更需要囊括这些原则。有报道指出，在纯天然光照明的教室里学习的学生在考试中能取得更高的分数，对于学校来说，同时也为本已经很紧张的教育预算节省很大一笔开支。且不论运用天然光照明的目的是什么，在美国的西北地区已经陆续有一些学校，包括幼儿园、小学和中学，已经为学生提供了更好的学习环境，相应地，因为高性能的设计这些学校在节省运营费用上已经获得了令人瞩目的成功。
    最近，三位来自美国西北部的著名能效专家正在专注设计一间全比例大小的k-12模型教室：美国俄勒冈州州立大学建筑系的G.Z.Brown教授，同时也是波特兰市和尤金市的建筑能源研究实验室的主任；SOLARC建筑与工程学校的校长Mike Hatten；以及Heinz Rudolf，Boora建筑学校的校长，也是几个美国西北部知名的LEED等级学校的设计者。作为回应，照明设计师对高性能教室是否能完全运用天然光照明、以及室外新鲜空气，而放弃人工光照明和空调装置表示怀疑。于是三个专家决定联合起来创造一间符合所有条件的高性能教室，他们希望向大家证明这样理想的空间不但是可以实现的，而且还能大大降低现有的普通K-12教室的花费。
   重新思考天窗的用途
    三位专家最先从教室的天窗开始，在他们的设计中，教室天花的中间是一扇宽大的天窗，但这并不是一扇普通的天窗。“为了在阴天同样能达到要求的照明水平，就必须需要一扇巨大的天窗”Brown解释道，“但这同时也意味着，在晴朗的日子里它又过大了”。最后，由一系列屋顶天窗构成了一扇大的聚碳酸脂天窗，该天窗能够根据光照情况通过传感识别器自动调节开合度。因此在白天的时间里，室内的最低光照水平也能维持在20～40尺烛光内（该范围是根据现有的国际标准界定的）。
    另外一个要考虑的问题是，如何均匀地分配教室中心与周边角落的光照。一个名叫“光环”的专门设计的直角形装置安装在中心天窗的下面，用于解决这个问题。该装置拥有4个面，每一个面都由半透明的泡沫塑料材料构成，从而能够反射一部分顶部的光线到天花板和四周的墙壁。“教室的四周边缘同样有两处光照来源：一处直接来自天窗，名叫“天空构成”；另一处来自远处的“光环”装置与天花板的反射”Brown说，“光线从教室中心被反射到教室的四周，以及透过‘光环’装置发散出来的光也能照射到教室四周。”
    Brown、Hatten和Rudolf想通过该模型教室说明的一点是，教室在白天能够不依赖人工光而完全靠天然光照明。他们的这种设想是在该教室只用于白天的数个小时的假定基础之上的，但因为K-12教室是需要同样能在晚上使用的，于是Brown和他的团队决定在“光环”装置的功能性上配备一圈电光源。“照明系统的花费主要取决于灯具的数量”Brown说道，“因此，我们使用了一款较大的灯具，将它安置在房间的中央，且让其光照直接照射到天花板。我们仅用了一盏450W的HID上照式灯具就照亮了整个教室空间。”
    将理论付诸实践
    如今Brown、Hatten和Rudolf构想的这间教室终于在俄勒冈州圣本尼迪克特市的Mount Angel Abbey大学建成了，从波特兰驱车前往大约需要一小时。尽管三位专家一直有意将其理念原封不动地从模型上搬到全比例模型教室上，但它的迅速实现还是要归功于其良好环境。在访问波特兰的建筑能源研究实验室期间，建筑师Kent Duffy见过Brown的教室研究模型。Duffy马上对该模型产生了极大的兴趣，他希望能将这种教室的概念应用在SRG正在设计建设的新的学院大楼。Mount Angel Abbey大学的学术中心现在正在建设当中，计划于今年暑期完工。同时，全比例的模型教室仍然在接受测试当中，并将其安置在学校的仓库里。
    Mount Angel的教室模型引起了巨大的反响。“我们像是在看一本相当了不起的《能源应用指南》，”Hatten在学院大楼监控模型的教室里说道“我们每年都要制造出2.84万/m2 BTU的热量，而普通的教室要制造出7.32万/m2 BTU的热量，所以高性能教室能节约62％的能源。”而Brown相信，如果能另外加入绝缘装置的话，能节约更多的能量，那将会是70％。
    从第一层往上
    尽管模型教室已经建成了，但Brown和Hatten认为仍然需要再做更进一步的研究。例如，现在的模型是根据天气情况设计的，尤其是气候湿润的Cascades瀑布西岸。最终，他们希望高性能教室能够是一种更完善的结构从而可适应山脉以西的气温的变化，或者是其他的综合天气因素。“高性能教室同样需要具备能够供暖或制冷的功能”Hatten说。现在设计的模型教室从表面上看同样只能是单层构筑物，但是如果重新设计一下，是能够实现模型教室的双层教学楼的。
    像Brown、Hatten、Rudolf和Duffy这样的设计专家不会停止探索和研究，因为只要学校条件允许，越来越多的研究单位都会将人员的工作效率和能源的效率考虑在其中。Mount Angel大学的实验模型仅仅只是迈出了万里长征的第一步，但它的确是有着深远影响的：这个工程证明了，即使是在美国西北部，仅仅使用全天然的太阳能和风能都能为学校的教室提供其所需要的照明、供暖和制冷功能。
    详细资料
设计师：Bazacle Causeway, Garonne River, Toulouse, France
灯光设计师：Concepto, Bagneux, France
技术设计：Beture Infrastructure, Maisons-Alfort, France communication Agence MC3, Toulouse, France
安装工程师：Amec Spie, Toulouse, France
土木工程师：Spie Batignolles, Cergy-Pontoise, France
摄影师：Roger Narboni, Bagneux, France
设计尺寸：886 linear feet
工程造价：Approximately $600,000 (500,000 Euros)
功率：2W per fixture