《民居氣候觀,氣候觀民居》——論民居與氣候

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《新時代?新史學?新觀點——當代建筑史學人系列講座》第8期由北京建筑大學建筑與城市規劃學院的郝石盟老師為我們分享她對民居與氣候之間關系的研究過程。

從民居的發展歷程當中不難看出,影響民居建成因素其實是很復雜的。

Amos Rapport 在他的書中曾提到過“氣候是“物質限定因素”之一”,大體意思是說,氣候因素無法決定你可以做什么,但能決定你不能做什么。

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建筑的氣候適應性其實是建筑與生俱來的,而建筑的氣候適應性真正的被主流建筑師所關注是從大約1920年代到1930年代左右,據說勒·柯布西耶的“新建筑原則”其實是在他游歷了地中海地區,看到了白色的當地民居從而得到了一定的啟發。

之后,六七十年代爆發的能源危機和環境危機進一步推進了主流建筑界對于氣候的關注與反思——建筑與環境到底應該建立怎樣的關系?

大量的所謂“綠色建筑思潮”涌起,六十年代誕生了大量的基礎性的著作,如Victor Olgyay 的《Design with Climate》以及劉敦楨的《中國住宅解說》等等。

90年代被稱為“可持續建筑思潮”,真正的把氣候對于建筑的影響作為一種設計靈感的來源。

同時,90年代開始,暖通空調師逐漸深入到建筑領域當中,新的研究及測試技術相應而來,對建筑氣候性的定性理解轉變為可以借助工具定量研究。

因此,90年代之后出現了大量關于氣候性的研究,對這些研究的地域進行歸類可以發現,主要集中在北緯30°地區,原因是北緯30°地區簇生了大量的人類古文明,民居的資源十分豐富,并且人類在此有著十分悠久的聚居歷史,民居是一個自建造試錯的過程,經過時間的累計才能顯示出對于環境、氣候的適應,因此北緯30°地區成為了學者們的目光聚集地。

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同時在將研究統計結果疊合到氣候分區圖當中可以看出,研究主要集中在干熱地區、濕熱地區,寒冷地區研究數量較少,一方面是由于考慮到民居資源豐富度,另一方面是由于干熱、濕熱地區的氣候條件相對復雜,也因此民居在適應氣候的過程中主要更多的建造智慧。

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通過以上的調查考量之后,郝石盟老師決定將自己的研究定位在我國境內的重慶武隆縣桐梓鎮,該地區屬于夏熱冬冷地區,應對夏熱冬冷這樣的氣候,無論是技術上還是策略上,都有一定的矛盾性。通常的解決方案是將重點放在夏季防熱及通風,適當的考慮冬季的防寒。

另一方面該地所在的川渝地區每年日照輻射量在全球都屬于倒數的,所以很難用被動式太陽得熱的方式來解決冬季的供暖問題。

2011年,郝老師和他的伙伴們經過了當地政府人員的允許后開始了為期四年的調查研究,包括建筑學角度以及建筑環境學、社會學角度的研究。

氣候分析

桐梓鎮屬典型的山地地形,海拔在400米至1760米之間,對前后三年的氣溫進行統計分析顯示,夏季平均氣溫在31度左右,冬季溫度較重慶其他市區要低4-5℃,連天陰雨或小雪等極端環境下會達到零下4攝氏度左右。

日照輻射量較低,冬季日照輻射量僅占全年的10%。

民居情況

對當地的民居進行調查,最早的民居建成年代約1700年(考慮后期部件更換),最后一棟穿斗式民居建于1980年左右,之后,民居由穿斗式轉變為常見的水泥房屋。

對居民進行調查

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調查小組對當地的居民進行了訪談,通過聊天的方式去了解想要調查的問題。首先,當被問到喜歡老房子還是新房子的時候,有一種回答成為了居民們的普遍共識——“傳統民居冬暖夏涼,但是還是更喜歡新磚房”。這個問題可以拆解成為兩個問題,一是傳統民居是否冬暖夏涼,二是如果傳統民居真的冬暖夏涼,為什么居民們依舊傾向于新磚房。對此,調查人員進行了進一步的調查。

1、 熱感覺投票

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2、 熱舒適與熱期望投票

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拆開調查的結果顯示確是較多的居民認為比起新磚房傳統民居夏季更熱,冬季更冷;為了更加準確地分析,調查小組對當地35棟典型的、有代表性的民居進行了詳細的測繪,從建筑類型學上,把它們從建筑年代、材料以及平面布局上進行分類,在此基礎上挑選出四種具有代表性的進行觀測,連續觀測這幾個建筑里面的熱環境表現到底是什么樣的。

部分測試數據如下:

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測試結果顯示,傳統民居的確是白天最高溫度高于現代民居,夜晚最低溫度低于現代民居,也就印證了居民們的感受。另一方面灰色區域顯示,傳統民居室內外溫度差距及波動是大于現代民居的。

既然如此,是什么因素導致了傳統民居冬暖夏涼的普遍認知?

這說明是冬暖夏涼,不只是由這個溫度這么簡單的一個指標所能涵蓋的,他可能還有其他能影響他的因素,或者它的含義還會更寬泛一點,那么都有什么呢?

傳統民居:差異化、多樣化的建筑微氣候營造

傳統民居提供了大量的半室外空間,檐廊的廊下、天井等等都是造成室內外空間溫度波動大的原因之一。

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上圖中T1、T2指的是傳統民居的房子,S是1950年代特殊的那棟,B指的是新建的現代民居,圖中可以看出,傳統民居的各個測點之間平均溫度可能會差異稍微大一點,而且每一個測點的溫度上限下限波動的范圍也會大,后兩者則相對較小,這就說明了在傳統民族的室內,它所提供的熱環境是非常具有差異性的。

差異性是怎么造成的呢?

首先是由于建筑空間的布局不同,從熱成像照片當中可以看出,自身結構所造成的遮陽的空間部分溫度低一些。

第二個因素:在對風壓和熱壓的定量研究中發現,而這的作用路徑是不同的,而這個因素的影響效果需要更多的深入研究。

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半室外空間的多樣使用印證了建筑環境領域的“熱適應理論”——人并不是熱環境的被動接受者,而是主動參與者?!靶袨檎{節”在熱適應過程中起著很重要的作用:

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當地冬季的一些典型熱適應行為:

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主要采暖設備:

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個人調節:

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建筑形式對采暖降溫方式的影響:

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經濟條件對采暖降溫方式選擇的影響:

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社會生活形態的影響:

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此外,建筑材料的不同也會對室內的熱效應有一定的影響。

經過以上的一系列數據的分析,得出結論——“冬暖夏涼”這一感受并不能完全從室內溫度和維護結構熱工性的角度來分析,而主要是由于傳統民居的物質環境為使用者提供了更大的行為調節機會。

了解了為什么會有“冬暖夏涼”的結論,那么為什么村民會更傾向于選擇現代民居?

調查小組首先調查了當地居民關于新建房屋主要考慮的因素:

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可以看出,居民們最先考慮的是造價問題,而“冬暖夏涼”并沒有成為當地居民的關注點。

另一方面,氣候對傳統民居的影響也是不可小覷的。

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并且,傳統的取暖、炊事設備會造成室內的嚴重污染,居民對目前的采暖方式并不滿意。

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此外,傳統民居穿墻比較小,室內照度達不到基本的要求;

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既然傳統民居和現代民居都有一定的優缺點,那么是否有適用的改進策略?

郝老師和她的組員總結出以下的幾個原則:

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首先在平面上尋求突破,將平面劃分為冬季核心空間以及夏季擴展空間,冬季時縮小采暖區域,提高該區域的氣密性;夏季時擴展開來,借用室外的氣候資源達到室內的目標。

其次,增加自然通風;

最后,改善炊事設備,炊事余熱有被利用的潛力,借鑒北方的火墻系統:

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采用大量的系統驗證、實驗等等證實,煙氣的余熱是能夠得到有效的收集的;

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室內的溫度也有所提高,能夠達到較為舒適的溫度:

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歷時四年的研究,讓郝老師對民居的認知也更加的深入:“民居的氣候適應性并不是對熱舒適需求的精確滿足,或達到完美的平衡,而是努力創造可接受的室內環境。民居對自然環境的態度是適應而不是支配;是調適而不是控制;是與之協作而不是與之對抗;應被看作是不同室外條件下的過濾器而不是屏障?!?/span>

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