建筑空間設(shè)計的氣候性探討

陳 濤

指導(dǎo)教師：楊   柳

  專業(yè)：建筑技術(shù)科學(xué)

  學(xué)號： 0502240326  

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

 

關(guān)鍵詞：空間設(shè)計，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\x00不僅要滿足這些基本的需要，同時隨著人們物質(zhì)生活的提高，對藝術(shù)和審美的需求越來越占據(jù)重要的位置，這無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、建筑的細(xì)部無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)計的主要目的是創(chuàng)造一個三度空間，本文引用“氣候性”這樣一個詞，本意是指空間設(shè)計與自然氣候的關(guān)系，為了方便，簡稱為氣候性。其實在中國古代的哲學(xué)思想里，就有說“夫大人者，與天地合共德，與日月合共明，與四時合共序，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，而萬物與我蛞弧保ā蹲子·齊物論》），都把人和天地萬物緊密地聯(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)有意識的在建筑上體現(xiàn)了氣候性。而就空間設(shè)計而言，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)中國古代風(fēng)水理論設(shè)計的^[1]，按古典風(fēng)水的定義解釋：生態(tài)之氣被風(fēng)散開被水束縛，聚集生態(tài)之氣并用風(fēng)水來保持，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，而開敞的庭院可以接受陽光，雨水，新鮮空氣（如圖2）。根據(jù)道爾頓定理，對于某種氣體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，濃度會增大，n_i隨高度增加而迅速減少。對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)，室外空氣不斷補充進(jìn)來，而庭院空氣中的水等將上升，然后離開，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)對室內(nèi)的影響，而夏季，在高空的空氣溫度變化比地面小，對四合院而言，由上部空氣的溫差可以估計為7⁰C（晴天），空氣交換好，保證了院內(nèi)的空氣質(zhì)量，同時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，四合院在采光，噪聲控制以及利用太陽輻射等方面都有很好的效果。

 

 

 圖2四合院建筑的功能機理[1]

二、窯洞建筑

 

在我國陜甘寧地區(qū)，黃土層非常厚，有的厚達(dá)幾十公里，我國人民創(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)級臺階式分布，下層窯頂為上層前庭，視野開闊。下沉式窯洞則是就地挖一個方形地坑，再在內(nèi)壁挖窯洞，形成一個地下四合院。

 

窯洞建筑最大的特點就是冬暖夏涼，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，同時更重要的是門洞處高高的圓拱加上高窗，在冬天的時候a以使陽光進(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輻射，而內(nèi)部空間也因為是拱形的，加大了內(nèi)部的豎向空間，使人們感覺開敞舒適。我的導(dǎo)師劉加平先生曾經(jīng)這樣評價窯洞建筑：窯洞冬暖夏涼，住著舒適，節(jié)能，同時傳統(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，不僅給人們帶來舒適的居住空間，同時又豐富了城市的空間面貌，其地域性的特點和結(jié)合氣候的設(shè)計越來越受到人們的重視。如西安建筑科技大學(xué)劉艷峰老師對 山窯附加陽光間被動式設(shè)計的研究，則表明采用附加陽光間等太陽房被動式設(shè)計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)計研究院合作極配合這次大搬遷工作，對該區(qū)民居的總體規(guī)劃、單體設(shè)計、構(gòu)造材料、建筑技術(shù)、抗震性能、結(jié)構(gòu)體系等方面通過實地考察、測試進(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規(guī)劃示范村落，其中長江上游鄉(xiāng)村生土民居示范戶李家獨院（以下稱示范戶）規(guī)劃布局和建筑設(shè)計由課題組提出方案并予以實施，結(jié)合當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗習(xí)慣，該獨院共三部分：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所。這一點更體現(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），兩個邊開間均為3533mm（1.06丈），中開間則為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)計的氣候性

 

氣候適宜性，是指建筑設(shè)計要和當(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)計服務(wù)，為建筑服務(wù)。建筑空間設(shè)計中合理的考慮氣候特點，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^[5]。“未來系統(tǒng)”的創(chuàng)始人英國建筑師簡·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)計理念?！爸Z亞方舟”是未來系統(tǒng)成功的代表作。>建筑平面象兩個向日葵形象（圖6），又象兩個蝴蝶的翅膀，屋頂采用雙層結(jié)構(gòu)，第一層為鋁合金圓筒，用來通風(fēng)，第二層為太陽能集熱板用來供暖和電力。供暖和電力單獨設(shè)置，在夏季，屋頂可以充分打開，一取得最好的自然通風(fēng)，在冬季，通過太陽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潔，嚴(yán)謹(jǐn)，協(xié)調(diào)的美學(xué)風(fēng)格，同時也是結(jié)合氣候的生態(tài)建筑。

 

2、尼古拉絲·格雷姆肖和英國館。格雷姆肖是一位執(zhí)著采用技術(shù)手段解決建筑問題的建筑家，其主要創(chuàng)作原則之一就是“生態(tài)策略”中要強調(diào)建筑設(shè)計應(yīng)積極適應(yīng)氣候。由格雷姆肖事務(wù)所設(shè)計的1992年西班牙塞維利亞世界博覽會的英國館，氣候條件是設(shè)計主要因素，建筑采用綜合的技術(shù)反映氣候?qū)ㄖ挠绊?，其中最主要的是空間設(shè)計上采用瀑布墻圍繞建筑，形成了一個充滿生命力與動感的建筑藝術(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。后來在馬來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。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)也因為要適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件而別具韻味，馬來西亞的“綠色摩天樓”將植物罱ㄖ結(jié)合，植物部分的布設(shè)隨著太陽一天內(nèi)方位角的變化而有所不同，這些植物有效地將陽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建筑的能耗節(jié)約起到了積極的鈑謾

 

 

五、結(jié)語

建筑空間設(shè)計是個重要的復(fù)雜的問題，不少先輩們對空間設(shè)計提出了許多理念和設(shè)計手法，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)注氣候因素對空間設(shè)計的影響，并借助現(xiàn)代的高技術(shù)把罹踴肪誠蚪諛堋⒒繁＜翱沙中的方向發(fā)展。

 

 

[1].中國建筑學(xué)會建筑物理分會，陳啟高建筑物理學(xué)術(shù)論文選集[M]，中國建筑工業(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，陽光間式靠山窯洞室內(nèi)熱環(huán)境動態(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（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