适应气候的民居建筑

适应气候的民居建筑

建筑的气候得到了建筑界的广泛认可，并在当前的生态建筑理论中发挥了充分的作用。当代生态建筑的设计大师印度的C·柯里亚和马来西亚的杨经文正是对适应当地气候特点的地方建筑进行研究理解的基础上开创了生态建筑的设计理念。他们的设计作品MRF大厦和IBM大厦已成为生态建筑的经典。对适应气候特征下的建筑节能问题,国内有的学者也做了一些研究,并有应用于工程建设的实例。无庸质疑,在数千年与自然环境相抗争的社会实践中,勤劳、智慧的中华儿女在广袤的大地上创造出了一些与当地气候等自然环境相适应的地方传统建筑。这些地方传统建筑除具有人文历史方面的研究价值外,还具有其与自然环境相适应的实际性能方面的研究价值。因此,在对苏州传统历史街区——平江街区和山塘街区的调研活动中,我们对适应当地气候的民居建筑给予了更多的关注,当从居委会和历史街区改造办公室了解到有两处“冬暖夏凉”民居建筑时,我们立即对其进行了长期的测量研究,下文是具体研究的情况和结果。1已开抗物宅的正厅好两处“冬暖夏凉”的民居建筑是苏州南石子街的潘宅和苏州山塘街的雕花楼,其民居的大致情况如下。南石子街的潘宅是咸丰二年(1852年)壬子探花潘祖荫的故居。潘祖荫(1830～1890年)官至工部侍郎。据考证,潘祖荫的故居是道光甲午年(1834年)由潘祖荫的父亲潘曾绶在改造南石子街的老宅时仿北京圆明园赐第四合院格局而营造的坐北朝南、三落五进、四座四合院组合成的古宅。该宅占地3150m2,房屋建筑面积3710m2。位于中轴线的正落由门厅、茶厅、正厅、内厅(又称攀古楼)及走马楼五进组成。在我们的研究中,室内温度的测量位置选在供家人居住的内厅西侧(图1)。雕花楼位于明清年间商贾如云、风景如画的山塘街上。明代有歌谣唱到“上有天堂么,下有苏杭,杭州有西湖,苏州有山塘,两处好地方……”。座落在山塘街上的雕花楼是清末名医许鹤丹的宅第,亦是许大夫行医的场所。据考证,雕花楼是康熙年间始建的古宅,但其建筑的大部分房间完成于清末民初。许宅二落五进,占地2890m2,房屋建筑面积2590m2,位于正落的五进房间分别是门厅、轿厅、正厅、走马楼和古戏台。雕花楼是苏州城区雕饰最精美的建筑,在其第三进的正厅及第四进的走马楼的所有扁作梁架、枋子、搁栅、挑沿、栏杆、门窗、挂落、隔扇等200余件构件均施以雕饰,雕有龙、凤、狮、豹、象、鹿、鹤、蝙蝠、金鸡、松鼠等动物;有松、竹、梅、兰、牡丹、桃等植物;有八仙、西厢、天仙配、白蛇传、韩信拜师等戏文;有福禄寿三星、招财进宝、松鹤延年、金鸡报晓、吉象平安、观音送子等吉利口采。如此众多的精美雕刻,使其享有“雕花楼”的美誉。在山塘街“雕花楼”的研究中,我们选择正落第三进的正厅中部为温度测量点(图2)。2按器设计测量范围研究工作主要测量了建筑室内外的温度,测量仪器选用RHLOG智能型温度自记仪,该仪器的测量范围为:-20℃至+75℃,测量精度±0.2℃,能满足建筑室内外温度的测量和记录要求。测量时间从2004年6月5日的夏初持续到2005年2月28日的冬末,在时间段上基本覆盖了整个夏季和冬季。数据的采样周期是每隔半小时测量记录一次温度。3测量数据的分析与研究为了对比研究民居建筑具有的“冬暖夏凉”的实际效果,我们还同期测量了当地普通砖混住宅的室内外温度值,测量的数据整理如下:3.1比较夏季室外温度的差异(1)夏季冷却的平均温度由于篇幅所限,我们取能反映夏季室内外温度状况的2004年7月13日至8月12日,这一个月的室内外日平均温度进行分析(图3)。从图3可知,在夏季的一个月里,苏州的砖混住宅和传统民居室内的日平均温度均比室外温度低。但就砖混住宅与传统民居的温度对比来看,虽然从整个月的平均值来看,传统民居的温度比砖混住宅略低。砖混住宅的室内月平均温度为32.073℃,潘宅室内月平均温度为31.556℃,雕花楼室内月平均温度为31.012℃。号称“冬暖夏凉”的潘宅,夏天温度的月平均值仅比砖混住宅低0.517℃,且在有的日子里还会出现日平均温度高于砖混住宅的情况,例如7月18日至22的五天和8月8日至8月9日的两天里均出现日平均温度高于砖混住宅的情况。显然,仅分析室内的平均温度值,无法反映出当地传统民居夏季凉爽的性质。因此,必须测量研究一天当中温度的日变化情况。(2)夏季实际时温度相关以模块作品为主传统居民室内温度比实行混在整个夏季的日子里,由于室外温度、风速、降雨等因素的影响,每天室内温度的日变化情况不完全相同。为了便于分析研究,我们选取传统民居与砖混住宅的日平均温差与月平均温差相近的7月28日为夏季的标准日,用这一天所测量的数据来分析夏季温度的日变化情况,其数据(图4)。由图4可知,虽然在白天的某一时间段(潘宅在11∶00时至20∶00时;雕花楼在11∶00时至16∶00时),传统民居的室内温度会比普通砖混住宅高,但在夜间的大部分时间里传统民居均比砖混住宅低。对潘宅而言,在早晨的6∶00左右,其温度比砖混住宅低2.73℃。雕花楼则在早晨的7∶00左右,温度比砖混住宅低2.41℃。上述测量结果让我们想到,居民们所说的传统民居所具有的夏季凉爽的特性,可能与夏天夜间的温度相关。为此,我们对夏季7月13日至8月12日这31天的测量温度再进行了逐时逐日的对比研究,得到如下的结果:对潘宅有:(1)在31天的日子里,没有出现过全天24小时传统民居室内温度始终高于砖混住宅的情况。(2)有5天(约占分析数据的1/6)的时间里,潘宅的室内温度全天低于砖混住宅。(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这段时间里,潘宅的室内温度低于砖混住宅,其余的3天基本上也在24∶00至次日早晨10∶00之间出项潘宅的室内温度低于砖混住宅的情况。对雕花楼有:(1)在31天的日子里,没有出现过全天24小时传统民居室内温度始终高于砖混住宅的情况。(2)有6天(约占分析数据的1/5)的时间里,潘宅的室内温度全天低于砖混住宅。(3)在31天的所有日子里,在晚上21∶00至次日早晨10∶00这段时间段,雕花楼的室内温度均低于砖混住宅。(3)睡眠温度的测定考虑到传统民居夏季凉爽的热特性,可能与人们夜间睡眠期间的温度有关。为了描述建筑物在人们睡眠时间段的热工特性,我们认为有必要引入睡眠温度的概念。睡眠温度是室内气温在大多数人睡眠的23∶00至次日7∶00时间段的平均温度值。传统民居与砖混住宅的睡眠温度测量值如图5所示。由图可知,在夏季最热月的睡眠时间里,砖混住宅的室内平均温度为31.89℃,潘宅平均温度为30.43℃,雕花楼的平均温度为29.96℃。潘宅和雕花楼夏季的睡眠平均温度分别比砖混住宅低了1.46℃和1.93℃。与砖混住宅比较,潘宅在7月26日出现温差达2.8℃的极值情况,雕花楼在7月31日出现温差达3.19℃的极值情况。由此可见,就夜间的睡眠舒适性要求而言,传统民居比普通砖混住宅有更好的热特性。进一步地研究发现,传统民居夏夜凉爽的性能与围护结构的蓄热系数不高及良好的通风直接相关。3.2冬暖对居住者的影响冬季传统民居的热工特性,如图6所示的冬季中一个月(2005年1月4日至2月3日)的温度测量值可见苏州传统民居的冬暖效果并不显见。其间,室外的月平均温度为4.90℃,潘宅的室内月平均为5.79℃,仅比室外高0.89℃,砖混住宅的月平均为8.07℃,比室外高3.17℃。显然,在不进行取暖的情况下,这样的室内热环境是无法满足居住者的生理要求的。传统民居的保温性能比普通砖混住宅差,其“冬暖”的美誉还需进一步考证。4接受的警告4.1夜间的温度对睡眠质量的影响由上述对传统民居与普通砖混住宅的全年温度对比测量,可以使我们清楚地看出,跟砖混住宅比较,苏州地区传统民居所谓“夏热冬暖”的热特性,在冬季并不比普通砖混住宅的保暖性能好,但其夏季的热特性却与普通砖混住宅有较大的不同。主要表现在传统民居夏季夜晚的温度比砖混住宅低很多。由于夜间人们休息时室内的温度比较低,使人们觉得该建筑夏季是凉爽的。由此可见,对居住建筑而言,夜间的温度比白天的温度对人们的影响更大。实际上,夏季夜间睡眠时适当低的温度对保证人民的睡眠质量是非常重要的。对深圳居民的调查表明,夏季的白天人们宁愿呆在有点热但通风良好的环境里,夜间却需要室内有较低的温度以保证睡眠。对苏州地区居民空调使用情况的调查也表明,空调设备使用较多的时间是在夜间人们睡眠的时侯,在夏季白天的大多时间里,人们通常采用自然或机械通风的方式来解决室内的热环境问题。特别是对现代城市中的多数双职工家庭而言,白天的大多数时间是在单位中度过的,住宅夜间的热环境状况对他们的影响比白天更重要。如果在住宅的节能设计时,使夏季节能住宅夜间的室内温度居高不下,则将增加夏季的空调能耗。4.2建筑热特性分析在现行的夏热冬冷地区住宅节能设计标准中,有的条目和指标主要是参考了采暖住宅建筑的节能设计标准,对住宅建筑冬季采暖节能和建筑的保温设计,具有明确的指导作用。但对夏热冬冷地区来说,根据我国建筑热工设计规范,建筑热工设计应以夏季的隔热和散热为主,兼顾冬季的保温。