建筑空間設(shè)計(jì)的氣候性探討

建筑空間設(shè)計(jì)的氣候性探討

陳 濤

指導(dǎo)教師：楊   柳

  專業(yè)：建筑技術(shù)科學(xué)

  學(xué)號(hào)： 0502240326  

摘要：本文探討了建筑空\(chéng)x00設(shè)計(jì)與氣候因素的關(guān)系，著重討論了傳統(tǒng)建筑的空間設(shè)計(jì)的“氣候性”以及現(xiàn)代建筑中的幾個(gè)建筑實(shí)例。

 

關(guān)鍵詞：空間設(shè)計(jì)，氣候性，傳統(tǒng)民居

 

現(xiàn)代建筑建筑是人工創(chuàng)造的物質(zhì)空間，供人們生活、工作、學(xué)習(xí)，建筑空\(chéng)x00不僅要滿足這些基本的需要，同時(shí)隨著人們物質(zhì)生活的提高，對(duì)藝術(shù)和審美的需求越來(lái)越占據(jù)重要的位置，這無(wú)疑就更加使人們忽略了自然等客觀條件的約束。而黃土高原的窯洞建筑和老北京的四合院建筑則向人們展示了建筑發(fā)展另一個(gè)方向：建筑的可持續(xù)性。但是，這些建筑如果我們近\x00離去感受的話，它們的空間設(shè)計(jì)、建筑的細(xì)部無(wú)疑都滲透著文化的氣息，滲透著它們的藝術(shù)感染力。

 

空間設(shè)計(jì)的主要目的是創(chuàng)造一個(gè)三度空間，本文引用“氣候性”這樣一個(gè)詞，本意是指空間設(shè)計(jì)與自然氣候的關(guān)系，為了方便，簡(jiǎn)稱為氣候性。其實(shí)在中國(guó)古代的哲學(xué)思想里，就有說(shuō)“夫大人者，與天地合共德，與日月合共明，與四時(shí)合共序，與鬼神合共吉兇”。儒家崇尚“天人合一”；道家推崇“自然無(wú)為”。天也，自然也。不論是儒家的“上下與天地同流”（《孟子·盡心》），還是道家的“天地與我并生，而萬(wàn)物與我蛞弧保ā蹲子·齊物論》），都把人和天地萬(wàn)物緊密地聯(lián)系在一起，視為不可分割的共同體。如果這樣，在古代人們已經(jīng)有意識(shí)的在建筑上體現(xiàn)了氣候性。而就空間設(shè)計(jì)而言，更是如此。

 

圖1陜西北部的窯洞建筑^[2]

 

 

 

一、四合院建筑

四合院建筑是根據(jù)中國(guó)古代風(fēng)水理論設(shè)計(jì)的^[1]，按古典風(fēng)水的定義解釋：生態(tài)之氣被風(fēng)散開(kāi)被水束縛，聚集生態(tài)之氣并用風(fēng)水來(lái)保持，四合院正是這種思想的體現(xiàn)。四合院的建筑空間特點(diǎn)如下：環(huán)繞天井/的建筑阻擋外界污染進(jìn)入室內(nèi)，以保持室內(nèi)空氣的潔凈，而開(kāi)敞的庭院可以接受陽(yáng)光，雨水，新鮮空氣（如圖2）。根據(jù)道爾頓定理，對(duì)于某種氣體i，

dp_i=-ρ_igdh

在體積容量中，服從狀態(tài)方程：p_i=ρ_i RT/μ_i，于是有：

dp_i/p_i=（-μ_ig/RT）dh

積分，取T=常數(shù)，得p_i= p_0ie^-μigh/RT

考慮氣體的壓力p_i與濃度n_i成正比例，有n_i=n_0ie^-μigh/RT；n_i、n_0i是分子量為μ_i的空氣氣體分別在地面和高度h處的濃度；當(dāng)μ_i增加時(shí)，濃度會(huì)增大，n_i隨高度增加而迅速減少。對(duì)與灰塵分子也滿足上述公式，因此可以看出室外高處空氣灰塵分子濃度很小，空氣相對(duì)干凈新鮮。庭院里的空氣和高空空氣交換促進(jìn)了四合院落內(nèi)保持空氣新鮮。

 

從建筑空間的組合上看，四合院以庭院為空間的核心，周邊布置建筑，通常是北面的房屋高大，而側(cè)房（東西兩側(cè)）較之稍低，  這主要是突出正房在院中的地位。

 

庭院里的空氣幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)，室外空氣不斷補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，而庭院空氣中的水等將上升，然后離開(kāi)，重的氣體如CO₂等下降到庭院的底部，和其他的污物被收集排入排水溝排走，這樣就可以使庭院里空氣始終保持新鮮。閉合的周邊建筑，使的四合院在冬天，可以有效地阻止冷風(fēng)對(duì)室內(nèi)的影響，而夏季，在高空的空氣溫度變化比地面小，對(duì)四合院而言，由上部空氣的溫差可以估計(jì)為7⁰C（晴天），空氣交換好，保證了院內(nèi)的空氣質(zhì)量，同時(shí)室外空氣將水分帶進(jìn)庭院，由于蒸發(fā)引起降溫，所以四合院的這種空間形式有具有冬暖夏涼的效果。同時(shí)，四合院在采光，噪聲控制以及利用太陽(yáng)輻射等方面都有很好的效果。

 

 

 圖2四合院建筑的功能機(jī)理[1]

二、窯洞建筑

 

在我國(guó)陜甘寧地區(qū)，黃土層非常厚，有的厚達(dá)幾十公里，我國(guó)人民創(chuàng)造性利用高原有利的地形，鑿洞而居，創(chuàng)造了被稱為綠色建筑的窯洞建筑（如圖1）。窯洞一般有靠崖式芏矗下沉式窯洞、獨(dú)立式等形式，其中靠山窯應(yīng)用較多，它是建筑在山坡 ，土原邊緣處，常依山向上呈現(xiàn)數(shù)級(jí)臺(tái)階式分布，下層窯頂為上層前庭，視野開(kāi)闊。下沉式窯洞則是就地挖一個(gè)方形地坑，再在內(nèi)壁挖窯洞，形成一個(gè)地下四合院。

 

窯洞建筑最大的特點(diǎn)就是冬暖夏涼，傳統(tǒng)的窯洞空間從外觀上看是圓拱形，雖然很普通，但是在單調(diào)的黃土為背景的情況下，圓弧形更顯得輕巧而活波，這種源自自然的形式，不僅體現(xiàn)了傳統(tǒng)思想里天圓地方的理念，同時(shí)更重要的是門洞處高高的圓拱加上高窗，在冬天的時(shí)候a以使陽(yáng)光進(jìn)一步深入到窯洞的內(nèi)側(cè)（圖3），從而可以充分的利用太陽(yáng)輻射，而內(nèi)部空間也因?yàn)槭枪靶蔚?，加大了?nèi)部的豎向空間，使人們感覺(jué)開(kāi)敞舒適。我的導(dǎo)師劉加平先生曾經(jīng)這樣評(píng)價(jià)窯洞建筑：窯洞冬暖夏涼，住著舒適，節(jié)能，同時(shí)傳統(tǒng)的空間又滲透著與自然的和諧，樸素的外觀在建筑美學(xué)上也是別具匠心。（如圖4）

 

 

 

 

 

如今，現(xiàn)代窯洞建筑依山而建或靠土原而生，不僅給人們帶來(lái)舒適的居住空間，同時(shí)又豐富了城市的空間面貌，其地域性的特點(diǎn)和結(jié)合氣候的設(shè)計(jì)越來(lái)越受到人們的重視。如西安建筑科技大學(xué)劉艷峰老師對(duì) 山窯附加陽(yáng)光間被動(dòng)式設(shè)計(jì)的研究，則表明采用附加陽(yáng)光間等太陽(yáng)房被動(dòng)式設(shè)計(jì)可以使窯洞建筑在冬天獲得溫暖更舒適的內(nèi)環(huán)境。借助窯頂厚厚的黃土巨大的蓄熱蓄冷能力，夏天則可以保持室內(nèi)溫度在舒適區(qū)范圍^[3]。

 

 

三、彝族傳統(tǒng)民居

 

為保護(hù)金沙江、瀾滄江、怒江流域自然生態(tài)環(huán)境和使該區(qū)村民脫離持續(xù)貧困的原始耕作狀態(tài)，云南楚雄州永仁縣成立易地扶貧搬遷指揮部，從2001年開(kāi)始從大姚將移民分三批搬遷至永仁，西安建筑科技大學(xué)、昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院合作極配合這次大搬遷工作，對(duì)該區(qū)民居的總體規(guī)劃、單體設(shè)計(jì)、構(gòu)造材料、建筑技術(shù)、抗震性能、結(jié)構(gòu)體系等方面通過(guò)實(shí)地考察、測(cè)試進(jìn)行系統(tǒng)分析研究。

 

永仁縣巴拉務(wù)村為此次搬遷的一個(gè)規(guī)劃示范村落，其中長(zhǎng)江上游鄉(xiāng)村生土民居示范戶李家獨(dú)院（以下稱示范戶）規(guī)劃布局和建筑設(shè)計(jì)由課題組提出方案并予以實(shí)施，結(jié)合當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗習(xí)慣，該獨(dú)院共三部分：正房（包括堂屋）、小院和牲口房等，其中正房共四間，包括堂屋、臥室和廚房。

 

示泛民居的院落結(jié)構(gòu)很類似四合院，正房一層平面如圖5。正房一層由兩個(gè)臥室和東側(cè)廚房等空間，一層前面出檐1800mm左右，這主要考慮在夏天寬敞的屋檐下是外部納涼的美好空間，而二樓空間南向墻面為通體窗，這樣空間采光通風(fēng)都比較好。由于夏季多雨，民居二樓也作為涼曬糧食的最佳場(chǎng)所。這一點(diǎn)更體現(xiàn)了南方溫和的氣候在建筑上的反映。此外從建筑空間的構(gòu)成上來(lái)看，傳統(tǒng)民居采用了進(jìn)深不是很大，中間和鞲霰嚦間（如圖5），兩個(gè)邊開(kāi)間均為3533mm（1.06丈），中開(kāi)間則為3933mm（1.18丈），與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)木構(gòu)架之定數(shù)相一致^[4]；前檐進(jìn)深1800mm，房屋進(jìn)深4200mm，總進(jìn)深6000mm。這中空間構(gòu)成符合木結(jié)構(gòu)建筑模數(shù)等的有關(guān)規(guī)定。

 

 

 

 

四，現(xiàn)代建筑空間設(shè)計(jì)的氣候性

 

氣候適宜性，是指建筑設(shè)計(jì)要和當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件相適合，有效的利用當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件為建筑設(shè)計(jì)服務(wù)，為建筑服務(wù)。建筑空間設(shè)計(jì)中合理的考慮氣候特點(diǎn)，在不少著名的建筑大師那里受到了i視，本文試舉三例。

 

 

1、“諾亞方舟”設(shè)計(jì)^[5]?！拔磥?lái)系統(tǒng)”的創(chuàng)始人英國(guó)建筑師簡(jiǎn)·凱普里奇提出了建筑體形和空間截然與傳統(tǒng)不同的設(shè)計(jì)理念?！爸Z亞方舟”是未來(lái)系統(tǒng)成功的代表作。>建筑平面象兩個(gè)向日葵形象（圖6），又象兩個(gè)蝴蝶的翅膀，屋頂采用雙層結(jié)構(gòu)，第一層為鋁合金圓筒，用來(lái)通風(fēng)，第二層為太陽(yáng)能集熱板用來(lái)供暖和電力。供暖和電力單獨(dú)設(shè)置，在夏季，屋頂可以充分打開(kāi)，一取得最好的自然通風(fēng)，在冬季，通過(guò)太陽(yáng)能聚熱板和天然氣鍋爐為室內(nèi)供暖。該建筑向我們展示了簡(jiǎn)潔，嚴(yán)謹(jǐn)，協(xié)調(diào)的美學(xué)風(fēng)格，同時(shí)也是結(jié)合氣候的生態(tài)建筑。

 

2、尼古拉絲·格雷姆肖和英國(guó)館。格雷姆肖是一位執(zhí)著采用技術(shù)手段解決建筑問(wèn)題的建筑家，其主要?jiǎng)?chuàng)作原則之一就是“生態(tài)策略”中要強(qiáng)調(diào)建筑設(shè)計(jì)應(yīng)積極適應(yīng)氣候。由格雷姆肖事務(wù)所設(shè)計(jì)的1992年西班牙塞維利亞世界博覽會(huì)的英國(guó)館，氣候條件是設(shè)計(jì)主要因素，建筑采用綜合的技術(shù)反映氣候?qū)ㄖ挠绊懀渲凶钪饕氖强臻g設(shè)計(jì)上采用瀑布?jí)@建筑，形成了一個(gè)充滿生命力與動(dòng)感的建筑藝術(shù)形象（圖7）。

 

 

3、楊經(jīng)文的創(chuàng)作理念。楊經(jīng)文曾在倫敦學(xué)習(xí)建筑，致力于生態(tài)建筑研究。后來(lái)在馬來(lái)西亞組建了自己的工作室，他以“綠色摩天樓”在世界范圍內(nèi)享有盛譽(yù)。在楊經(jīng)文的創(chuàng)作理念里，建筑首先要考慮的是氣候因素，所構(gòu)造的建筑空間形態(tài)也因?yàn)橐m應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件而別具韻味，馬來(lái)西亞的“綠色摩天樓”將植物罱ㄖ結(jié)合，植物部分的布設(shè)隨著太陽(yáng)一天內(nèi)方位角的變化而有所不同，這些植物有效地將陽(yáng)光遮擋在建筑的外面。同是在楊的創(chuàng)作中，建筑內(nèi)部也設(shè)有大量的過(guò)渡空間，這些空間抑或是寬大的中空花園，抑或是巨大屋頂花園等等，這些空間在熱帶氣候條件下對(duì)建筑的能耗節(jié)約起到了積極的鈑謾

 

 

五、結(jié)語(yǔ)

建筑空間設(shè)計(jì)是個(gè)重要的復(fù)雜的問(wèn)題，不少先輩們對(duì)空間設(shè)計(jì)提出了許多理念和設(shè)計(jì)手法，本文提出的“氣候性”旨在現(xiàn)代建筑的發(fā)展應(yīng)該更多的關(guān)注氣候因素對(duì)空間設(shè)計(jì)的影響，并借助現(xiàn)代的高技術(shù)把罹踴肪誠(chéng)蚪諛?、环保及可持械姆较虬l(fā)展。

 

 

[1].中國(guó)建筑學(xué)會(huì)建筑物理分會(huì)，陳啟高建筑物理學(xué)術(shù)論文選集[M]，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004年9月第一版，267-269

[2]. http://www.china.com.cn/chinese/zhuanti/184680.htm

[3]. 劉艷峰，陽(yáng)光間式靠山窯洞室內(nèi)熱環(huán)境動(dòng)態(tài)模擬，西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文

[4].趙西平，劉加平，尚建麗，趙方周，云南彝族傳統(tǒng)民居構(gòu)造技術(shù)，西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）[J]，2005年3月，40-44

[5].黃丹麾，生態(tài)建筑[M]，山東美術(shù)出版社，2006年1月第一版，104，107，110-113，

[6]. http://wamp.far2000.com/worldarch/2001/4/select.asp