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)計大師印度的C·柯里亞和馬來西亞的楊經(jīng)文正是對適應(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)上開創(chuàng)了生態(tài)建筑的設(shè)計理念。他們的設(shè)計作品MRF大廈和IBM大廈已成為生態(tài)建筑的經(jīng)典。對適應(yīng)氣候特征下的建筑節(jié)能問題,國內(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。無庸質(zhì)疑,在數(shù)千年與自然環(huán)境相抗?fàn)幍纳鐣?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價值外,還具有其與自然環(huán)境相適應(yīng)的實(shí)際性能方面的研究價值。因此,在對蘇州傳統(tǒng)歷史街區(qū)——平江街區(qū)和山塘街區(qū)的調(diào)研活動中,我們對適應(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,我們立即對其進(jìn)行了長期的測量研究,下文是具體研究的情況和結(jié)果。1已開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仿北京圓明園賜第四合院格局而營造的坐北朝南、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。位于中軸線的正落由門廳、茶廳、正廳、內(nèi)廳(又稱攀古樓)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)房間分別是門廳、轎廳、正廳、走馬樓和古戲臺。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、招財進(jìn)寶、松鶴延年、金雞報曉、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量點(diǎn)(圖2)。2按器設(shè)計測量范圍研究工作主要測量了建筑室內(nèi)外的溫度,測量儀器選用RHLOG智能型溫度自記儀,該儀器的測量范圍為:-20℃至+75℃,測量精度±0.2℃,能滿足建筑室內(nèi)外溫度的測量和記錄要求。測量時間從2004年6月5日的夏初持續(xù)到2005年2月28日的冬末,在時間段上基本覆蓋了整個夏季和冬季。數(shù)據(jù)的采樣周期是每隔半小時測量記錄一次溫度。3測量數(shù)據(jù)的分析與研究為了對比研究民居建筑具有的“冬暖夏涼”的實(shí)際效果,我們還同期測量了當(dāng)?shù)仄胀ùu混住宅的室內(nèi)外溫度值,測量的數(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)民居的溫度對比來看,雖然從整個月的平均值來看,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℃。號稱“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,必須測量研究一天當(dāng)中溫度的日變化情況。(2)夏季實(shí)際時溫度相關(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,用這一天所測量的數(shù)據(jù)來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間段(潘宅在11∶00時至20∶00時;雕花樓在11∶00時至16∶00時),傳統(tǒng)民居的室內(nèi)溫度會比普通磚混住宅高,但在夜間的大部分時間里傳統(tǒng)民居均比磚混住宅低。對潘宅而言,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℃。上述測量結(jié)果讓我們想到,居民們所說的傳統(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,我們對夏季7月13日至8月12日這31天的測量溫度再進(jìn)行了逐時逐日的對比研究,得到如下的結(jié)果:對潘宅有:(1)在31天的日子里,沒有出現(xiàn)過全天24小時傳統(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。對雕花樓有:(1)在31天的日子里,沒有出現(xiàn)過全天24小時傳統(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時間段的平均溫度值。傳統(tǒng)民居與磚混住宅的睡眠溫度測量值如圖5所示。由圖可知,在夏季最熱月的睡眠時間里,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,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所示的冬季中一個月(2005年1月4日至2月3日)的溫度測量值可見蘇州傳統(tǒng)民居的冬暖效果并不顯見。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)境是無法滿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夜間的溫度對睡眠質(zhì)量的影響由上述對傳統(tǒng)民居與普通磚混住宅的全年溫度對比測量,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室內(nèi)的溫度比較低,使人們覺得該建筑夏季是涼爽的。由此可見,對居住建筑而言,夜間的溫度比白天的溫度對人們的影響更大。實(shí)際上,夏季夜間睡眠時適當(dāng)?shù)偷臏囟葘ΡＷC人民的睡眠質(zhì)量是非常重要的。對深圳居民的調(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)備使用較多的時間是在夜間人們睡眠的時侯,在夏季白天的大多時間里,人們通常采用自然或機(jī)械通風(fēng)的方式來解決室內(nèi)的熱環(huán)境問題。特別是對現(xiàn)代城市中的多數(shù)雙職工家庭而言,白天的大多數(shù)時間是在單位中度過的,住宅夜間的熱環(huán)境狀況對他們的影響比白天更重要。如果在住宅的節(jié)能設(shè)計時,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)計標(biāo)準(zhǔn),對住宅建筑冬季采暖節(jié)能和建筑的保溫設(shè)計,具有明確的指導(dǎo)作用。但對夏熱冬冷地區(qū)來說,根據(jù)我國建筑熱工設(shè)計規(guī)范,建筑熱工設(shè)計應(yīng)以夏季的隔熱和散熱為主,兼顧冬季的保溫。