专业相关。之前知乎热榜上有一个有意思的问题:给你一个亿你愿意永远不吹空调吗?现在这个三伏天,能问出这个问题足以证明空调在夏季已经俨然变成了一个必需品,但回望千百年的古代,在没有机械电力的情况下,古人在建筑中创造出来的大智慧,在现今也有很多值得学习的地方。
首先咱们先明白一个概念,涉及到这种能耗方面的(通风、采光、制冷采暖)建筑设计一般会按
所谓被动式:说白了就是天生天养,利用建筑自身的平面、构造设计对取之不尽用之不竭的自然资源进行利用,比如说穿堂风、天井采光等。这种做法的好处是借助一切资源为我所用,不会带来过多的能耗负担,但缺点就是能力也有限,你想让屋外40度的高温室内瞬间降到26度是不可能的。
所谓主动式:就是现代建筑常用的手法了,电路、暖通空调全部接到位,有人的地方、有重要设备的地方必须有空调设备让室内的温度满足人的舒适感。
古代也热啊,史料记载最热的夏天出现于乾隆八年,也就是公元1743年。《续天津县志》中记载
古建筑在没有电力和机械动力不发达的条件下,民间采用的一般都是被动式的节能设计,而且形成了从整体规划-单体布局-材料选择-细部构造上的整体体系,将建筑节能效应发挥到了极致。主要有以下几种方式:
坐北朝南是相对建筑整体而言,由于我国属于亚热带季风气候显著地区,所以在建筑南面宜通透为主,以接受在夏季由东南和西南方向吹来的季风。同时在建筑北向通常会设置小窗,让风从南面进北面出,带走室内的热气,既所谓的穿堂风。
背山面水主要是利用水的比热容大,吸热能力强,能吸收走一定区域的热量。根据这个原理唐太宗建起了避暑专用的行宫——永安宫,也就是后来大名鼎鼎的大明宫。而含凉殿是大明宫的太液池南岸的一组宫殿建筑,宫殿依水而建,夏天凉爽宜人。唐代诗人张仲索作诗《宫中乐》:
此外,岭南地区常建造冷巷来起到通风纳凉的作用。在岭南长期湿热的气候下,通风致凉比直接遮阳、隔热更为重要,而冷巷,正是加强自然通风的核心构件,是两墙之间狭窄的露天通道。
冷巷高而窄,极大减小了日晒时间与面积,经过这里的空气流速会变大,风压会降低,与冷巷接通的各房间较热的空气就会被带出,较冷空气就会进入补充,从而达到通风致凉的效果。两侧较封闭的高大实墙有优秀的遮阳、蓄冷效果,因此巷内温度波动较小。
古建筑的结构主要分为抬梁式和穿斗式两种。上下梁架空间有利于建筑本身的隔热。所谓梁架即古建筑室内天花到屋顶木基层之间的木构架。架空层使屋顶变成两次传热:太阳光的热量经过屋顶泥背层进入屋顶内,再通过天花板之上的架空层继续往下,传向地面,此时热量已大大减少。
古建筑都自带屋檐,檐下设有廊,俗称滴水廊,既能在下雨的时候遮挡雨水避免打湿墙壁,又能对阳光直射起到遮挡的作用。那时人们已经善于运用冬夏季日影的角度(就是今天所说的太阳高度角,北京地区冬至正午太阳高度角为27°,夏至正午太阳高度角为76°),来设计出檐的角度。有了这个角度的屋檐,就能够在夏至前后,屋檐遮阳;到了冬至前后,阳光满室,使得房间内有冬暖夏凉之感。屋檐的设计可以从侧面体现古人对天文的研究,同时将理论与实际使用相结合。
南方的天井不得不说是古建筑的一项伟大发明,以至于很多现代建筑依然在室内置入天井,在解决采光的同时,形成上下气流的贯通,让室外风进入室内从天井排出形成自然的“空调系统”。
中国古建筑和西方古建筑在材料上有很大的差异。在西方古希腊用石砌神庙、古罗马用混凝土做拱券的时候,中国依然用的是以木构为主要结构体系的建筑,并一直沿用到清朝。这跟东西方的建筑文化差异有很大关系。东方强调“风土建筑”,讲究的是建筑与自然的融合共生,材料也是取之于自然,认为这样的建筑才是能跟着自然一起生长传承的,是“有机”的,最好的景观也要求“虽由人作宛自天开”。西方的建筑强调的是“纪念性”,强调的是区别于周围环境的卓尔不群,所以要高要大。
即使当时没有现代的保温隔热材料,但古建筑的主材自带保温隔热属性。从导热系数来看,作为结构的木材、作为墙体维护材料的夯土、作为屋顶的瓦片、茅草,其导热系数都是很低的,有利于阻隔热量的传递。
屋顶瓦片间的缝隙可用于通风,自然风从瓦缝中进入屋里,屋内的热气也会从缝隙中窜走。而且建筑材料的选择也是暗藏玄机。利用青灰、麻刀泥等材料制成30厘米厚的泥背,铺设在木板基层上,这些材料具有良好的隔热、保温性能。
说了主动式,我们来说说古建筑的被动式。这在皇亲贵胄、达官显贵家中才能见得到,即采用冰作为降温的方式。周朝开始就形成了采冰-藏冰-冰库的产业。通常会在厅堂放置几块大的冰条,屋子里有冷气加持,也能很快降温。同时还会利用冰块制作冰水、冷藏葡萄西瓜,直接给人体降温。
除此之外,还有其他的一些降温方式,比如说植被降温、屋顶浇水降温等。很多古建筑积累的防暑降温做法也被现代建筑采用,即所谓的“生态建筑”。马来西亚知名建筑师杨经文,就以被动式节能作为设计出发点,设计了很多被动式降温通风的建筑。
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