適應(yīng)氣候的民居建筑

適應(yīng)氣候的民居建筑

建筑的氣候得到了建筑界的廣泛認(rèn)可，并在當(dāng)前的生態(tài)建筑理論中發(fā)揮了充分的作用。當(dāng)代生態(tài)建筑的設(shè)計(jì)大師印度的C·柯里亞和馬來(lái)西亞的楊經(jīng)文正是對(duì)適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)的地方建筑進(jìn)行研究理解的基礎(chǔ)上開(kāi)創(chuàng)了生態(tài)建筑的設(shè)計(jì)理念。他們的設(shè)計(jì)作品MRF大廈和IBM大廈已成為生態(tài)建筑的經(jīng)典。對(duì)適應(yīng)氣候特征下的建筑節(jié)能問(wèn)題,國(guó)內(nèi)有的學(xué)者也做了一些研究,并有應(yīng)用于工程建設(shè)的實(shí)例。無(wú)庸質(zhì)疑,在數(shù)千年與自然環(huán)境相抗?fàn)幍纳鐣?huì)實(shí)踐中,勤勞、智慧的中華兒女在廣袤的大地上創(chuàng)造出了一些與當(dāng)?shù)貧夂虻茸匀画h(huán)境相適應(yīng)的地方傳統(tǒng)建筑。這些地方傳統(tǒng)建筑除具有人文歷史方面的研究?jī)r(jià)值外,還具有其與自然環(huán)境相適應(yīng)的實(shí)際性能方面的研究?jī)r(jià)值。因此,在對(duì)蘇州傳統(tǒng)歷史街區(qū)——平江街區(qū)和山塘街區(qū)的調(diào)研活動(dòng)中,我們對(duì)適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂虻拿窬咏ㄖo予了更多的關(guān)注,當(dāng)從居委會(huì)和歷史街區(qū)改造辦公室了解到有兩處“冬暖夏涼”民居建筑時(shí),我們立即對(duì)其進(jìn)行了長(zhǎng)期的測(cè)量研究,下文是具體研究的情況和結(jié)果。1已開(kāi)抗物宅的正廳好兩處“冬暖夏涼”的民居建筑是蘇州南石子街的潘宅和蘇州山塘街的雕花樓,其民居的大致情況如下。南石子街的潘宅是咸豐二年(1852年)壬子探花潘祖蔭的故居。潘祖蔭(1830～1890年)官至工部侍郎。據(jù)考證,潘祖蔭的故居是道光甲午年(1834年)由潘祖蔭的父親潘曾綬在改造南石子街的老宅時(shí)仿北京圓明園賜第四合院格局而營(yíng)造的坐北朝南、三落五進(jìn)、四座四合院組合成的古宅。該宅占地3150m2,房屋建筑面積3710m2。位于中軸線(xiàn)的正落由門(mén)廳、茶廳、正廳、內(nèi)廳(又稱(chēng)攀古樓)及走馬樓五進(jìn)組成。在我們的研究中,室內(nèi)溫度的測(cè)量位置選在供家人居住的內(nèi)廳西側(cè)(圖1)。雕花樓位于明清年間商賈如云、風(fēng)景如畫(huà)的山塘街上。明代有歌謠唱到“上有天堂么,下有蘇杭,杭州有西湖,蘇州有山塘,兩處好地方……”。座落在山塘街上的雕花樓是清末名醫(yī)許鶴丹的宅第,亦是許大夫行醫(yī)的場(chǎng)所。據(jù)考證,雕花樓是康熙年間始建的古宅,但其建筑的大部分房間完成于清末民初。許宅二落五進(jìn),占地2890m2,房屋建筑面積2590m2,位于正落的五進(jìn)房間分別是門(mén)廳、轎廳、正廳、走馬樓和古戲臺(tái)。雕花樓是蘇州城區(qū)雕飾最精美的建筑,在其第三進(jìn)的正廳及第四進(jìn)的走馬樓的所有扁作梁架、枋子、擱柵、挑沿、欄桿、門(mén)窗、掛落、隔扇等200余件構(gòu)件均施以雕飾,雕有龍、鳳、獅、豹、象、鹿、鶴、蝙蝠、金雞、松鼠等動(dòng)物;有松、竹、梅、蘭、牡丹、桃等植物;有八仙、西廂、天仙配、白蛇傳、韓信拜師等戲文;有福祿壽三星、招財(cái)進(jìn)寶、松鶴延年、金雞報(bào)曉、吉象平安、觀音送子等吉利口采。如此眾多的精美雕刻,使其享有“雕花樓”的美譽(yù)。在山塘街“雕花樓”的研究中,我們選擇正落第三進(jìn)的正廳中部為溫度測(cè)量點(diǎn)(圖2)。2按器設(shè)計(jì)測(cè)量范圍研究工作主要測(cè)量了建筑室內(nèi)外的溫度,測(cè)量?jī)x器選用RHLOG智能型溫度自記儀,該儀器的測(cè)量范圍為:-20℃至+75℃,測(cè)量精度±0.2℃,能滿(mǎn)足建筑室內(nèi)外溫度的測(cè)量和記錄要求。測(cè)量時(shí)間從2004年6月5日的夏初持續(xù)到2005年2月28日的冬末,在時(shí)間段上基本覆蓋了整個(gè)夏季和冬季。數(shù)據(jù)的采樣周期是每隔半小時(shí)測(cè)量記錄一次溫度。3測(cè)量數(shù)據(jù)的分析與研究為了對(duì)比研究民居建筑具有的“冬暖夏涼”的實(shí)際效果,我們還同期測(cè)量了當(dāng)?shù)仄胀ùu混住宅的室內(nèi)外溫度值,測(cè)量的數(shù)據(jù)整理如下:3.1比較夏季室外溫度的差異(1)夏季冷卻的平均溫度由于篇幅所限,我們?nèi)∧芊从诚募臼覂?nèi)外溫度狀況的2004年7月13日至8月12日,這一個(gè)月的室內(nèi)外日平均溫度進(jìn)行分析(圖3)。從圖3可知,在夏季的一個(gè)月里,蘇州的磚混住宅和傳統(tǒng)民居室內(nèi)的日平均溫度均比室外溫度低。但就磚混住宅與傳統(tǒng)民居的溫度對(duì)比來(lái)看,雖然從整個(gè)月的平均值來(lái)看,傳統(tǒng)民居的溫度比磚混住宅略低。磚混住宅的室內(nèi)月平均溫度為32.073℃,潘宅室內(nèi)月平均溫度為31.556℃,雕花樓室內(nèi)月平均溫度為31.012℃。號(hào)稱(chēng)“冬暖夏涼”的潘宅,夏天溫度的月平均值僅比磚混住宅低0.517℃,且在有的日子里還會(huì)出現(xiàn)日平均溫度高于磚混住宅的情況,例如7月18日至22的五天和8月8日至8月9日的兩天里均出現(xiàn)日平均溫度高于磚混住宅的情況。顯然,僅分析室內(nèi)的平均溫度值,無(wú)法反映出當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)民居夏季涼爽的性質(zhì)。因此,必須測(cè)量研究一天當(dāng)中溫度的日變化情況。(2)夏季實(shí)際時(shí)溫度相關(guān)以模塊作品為主傳統(tǒng)居民室內(nèi)溫度比實(shí)行混在整個(gè)夏季的日子里,由于室外溫度、風(fēng)速、降雨等因素的影響,每天室內(nèi)溫度的日變化情況不完全相同。為了便于分析研究,我們選取傳統(tǒng)民居與磚混住宅的日平均溫差與月平均溫差相近的7月28日為夏季的標(biāo)準(zhǔn)日,用這一天所測(cè)量的數(shù)據(jù)來(lái)分析夏季溫度的日變化情況,其數(shù)據(jù)(圖4)。由圖4可知,雖然在白天的某一時(shí)間段(潘宅在11∶00時(shí)至20∶00時(shí);雕花樓在11∶00時(shí)至16∶00時(shí)),傳統(tǒng)民居的室內(nèi)溫度會(huì)比普通磚混住宅高,但在夜間的大部分時(shí)間里傳統(tǒng)民居均比磚混住宅低。對(duì)潘宅而言,在早晨的6∶00左右,其溫度比磚混住宅低2.73℃。雕花樓則在早晨的7∶00左右,溫度比磚混住宅低2.41℃。上述測(cè)量結(jié)果讓我們想到,居民們所說(shuō)的傳統(tǒng)民居所具有的夏季涼爽的特性,可能與夏天夜間的溫度相關(guān)。為此,我們對(duì)夏季7月13日至8月12日這31天的測(cè)量溫度再進(jìn)行了逐時(shí)逐日的對(duì)比研究,得到如下的結(jié)果:對(duì)潘宅有:(1)在31天的日子里,沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)全天24小時(shí)傳統(tǒng)民居室內(nèi)溫度始終高于磚混住宅的情況。(2)有5天(約占分析數(shù)據(jù)的1/6)的時(shí)間里,潘宅的室內(nèi)溫度全天低于磚混住宅。(3)在31天的日子里,有28天在入睡前的23∶00至次日早晨10∶00這段時(shí)間里,潘宅的室內(nèi)溫度低于磚混住宅,其余的3天基本上也在24∶00至次日早晨10∶00之間出項(xiàng)潘宅的室內(nèi)溫度低于磚混住宅的情況。對(duì)雕花樓有:(1)在31天的日子里,沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)全天24小時(shí)傳統(tǒng)民居室內(nèi)溫度始終高于磚混住宅的情況。(2)有6天(約占分析數(shù)據(jù)的1/5)的時(shí)間里,潘宅的室內(nèi)溫度全天低于磚混住宅。(3)在31天的所有日子里,在晚上21∶00至次日早晨10∶00這段時(shí)間段,雕花樓的室內(nèi)溫度均低于磚混住宅。(3)睡眠溫度的測(cè)定考慮到傳統(tǒng)民居夏季涼爽的熱特性,可能與人們夜間睡眠期間的溫度有關(guān)。為了描述建筑物在人們睡眠時(shí)間段的熱工特性,我們認(rèn)為有必要引入睡眠溫度的概念。睡眠溫度是室內(nèi)氣溫在大多數(shù)人睡眠的23∶00至次日7∶00時(shí)間段的平均溫度值。傳統(tǒng)民居與磚混住宅的睡眠溫度測(cè)量值如圖5所示。由圖可知,在夏季最熱月的睡眠時(shí)間里,磚混住宅的室內(nèi)平均溫度為31.89℃,潘宅平均溫度為30.43℃,雕花樓的平均溫度為29.96℃。潘宅和雕花樓夏季的睡眠平均溫度分別比磚混住宅低了1.46℃和1.93℃。與磚混住宅比較,潘宅在7月26日出現(xiàn)溫差達(dá)2.8℃的極值情況,雕花樓在7月31日出現(xiàn)溫差達(dá)3.19℃的極值情況。由此可見(jiàn),就夜間的睡眠舒適性要求而言,傳統(tǒng)民居比普通磚混住宅有更好的熱特性。進(jìn)一步地研究發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)民居夏夜涼爽的性能與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱系數(shù)不高及良好的通風(fēng)直接相關(guān)。3.2冬暖對(duì)居住者的影響冬季傳統(tǒng)民居的熱工特性,如圖6所示的冬季中一個(gè)月(2005年1月4日至2月3日)的溫度測(cè)量值可見(jiàn)蘇州傳統(tǒng)民居的冬暖效果并不顯見(jiàn)。其間,室外的月平均溫度為4.90℃,潘宅的室內(nèi)月平均為5.79℃,僅比室外高0.89℃,磚混住宅的月平均為8.07℃,比室外高3.17℃。顯然,在不進(jìn)行取暖的情況下,這樣的室內(nèi)熱環(huán)境是無(wú)法滿(mǎn)足居住者的生理要求的。傳統(tǒng)民居的保溫性能比普通磚混住宅差,其“冬暖”的美譽(yù)還需進(jìn)一步考證。4接受的警告4.1夜間的溫度對(duì)睡眠質(zhì)量的影響由上述對(duì)傳統(tǒng)民居與普通磚混住宅的全年溫度對(duì)比測(cè)量,可以使我們清楚地看出,跟磚混住宅比較,蘇州地區(qū)傳統(tǒng)民居所謂“夏熱冬暖”的熱特性,在冬季并不比普通磚混住宅的保暖性能好,但其夏季的熱特性卻與普通磚混住宅有較大的不同。主要表現(xiàn)在傳統(tǒng)民居夏季夜晚的溫度比磚混住宅低很多。由于夜間人們休息時(shí)室內(nèi)的溫度比較低,使人們覺(jué)得該建筑夏季是涼爽的。由此可見(jiàn),對(duì)居住建筑而言,夜間的溫度比白天的溫度對(duì)人們的影響更大。實(shí)際上,夏季夜間睡眠時(shí)適當(dāng)?shù)偷臏囟葘?duì)保證人民的睡眠質(zhì)量是非常重要的。對(duì)深圳居民的調(diào)查表明,夏季的白天人們寧愿呆在有點(diǎn)熱但通風(fēng)良好的環(huán)境里,夜間卻需要室內(nèi)有較低的溫度以保證睡眠。對(duì)蘇州地區(qū)居民空調(diào)使用情況的調(diào)查也表明,空調(diào)設(shè)備使用較多的時(shí)間是在夜間人們睡眠的時(shí)侯,在夏季白天的大多時(shí)間里,人們通常采用自然或機(jī)械通風(fēng)的方式來(lái)解決室內(nèi)的熱環(huán)境問(wèn)題。特別是對(duì)現(xiàn)代城市中的多數(shù)雙職工家庭而言,白天的大多數(shù)時(shí)間是在單位中度過(guò)的,住宅夜間的熱環(huán)境狀況對(duì)他們的影響比白天更重要。如果在住宅的節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí),使夏季節(jié)能住宅夜間的室內(nèi)溫度居高不下,則將增加夏季的空調(diào)能耗。4.2建筑熱特性分析在現(xiàn)行的夏熱冬冷地區(qū)住宅節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中,有的條目和指標(biāo)主要是參考了采暖住宅建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)住宅建筑冬季采暖節(jié)能和建筑的保溫設(shè)計(jì),具有明確的指導(dǎo)作用。但對(duì)夏熱冬冷地區(qū)來(lái)說(shuō),根據(jù)我國(guó)建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范,建筑熱工設(shè)計(jì)應(yīng)以夏季的隔熱和散熱為主,兼顧冬季的保溫。