楊慧娟
(華僑大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院 福建泉州 362000)
建筑的發(fā)展一方面要求建筑本身具有更完備的性能,以抵御惡劣的自然環(huán)境,為人類提供更加穩(wěn)定恒常的建筑空間,促進(jìn)人類的社會(huì)交往和繁衍發(fā)展;另一方面,人類自然屬性的本性需求,又要求建筑能夠向自然開放,增強(qiáng)人類與自然的聯(lián)系,促進(jìn)人類與自然的溝通,使我們的身心得到放松,從而激發(fā)出更多的求知欲和好奇心。利用自然現(xiàn)象的風(fēng)、光、水設(shè)計(jì)的建筑空間符合人類在建筑中也能無(wú)時(shí)無(wú)刻地保持與自然溝通的需求,能夠營(yíng)造出更和諧、更自然、耗材更少、可持續(xù)的建筑空間,具有重要的探索意義。本文擬通過研究自然規(guī)律、人和自然的關(guān)系,就自然風(fēng)利用這一方面作出初步的探索和總結(jié)。
自然風(fēng)在氣候舒適的季節(jié)可以給室內(nèi)帶來(lái)吹風(fēng)感,可以帶走室內(nèi)污濁的空氣,有利于人體的健康和身心放松。在氣候濕熱的季節(jié),利用自然通風(fēng)可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的除濕和散熱,提高室內(nèi)氣候環(huán)境的舒適度。在氣候溫和地區(qū),通過自然通風(fēng)設(shè)計(jì),完全可以替代人類對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的依賴;在氣候惡劣地區(qū),通過自然通風(fēng)設(shè)計(jì),可以減少空調(diào)系統(tǒng)的使用時(shí)間,減少能耗,同時(shí)可以避免空調(diào)系統(tǒng)排出物對(duì)大氣的污染。
自然通風(fēng)的原理是利用室外風(fēng)力造成的風(fēng)壓和室內(nèi)外溫度差造成的熱壓來(lái)驅(qū)動(dòng)空氣流動(dòng),達(dá)到自然通風(fēng)的目的。
當(dāng)風(fēng)吹向建筑時(shí),在建筑的迎風(fēng)面和背風(fēng)面之間形成壓力差,利用兩者的壓力差,可以實(shí)現(xiàn)空氣的對(duì)流,即風(fēng)壓通風(fēng)。因此,如果在建筑表面設(shè)置合理的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口,可以形成氣流通暢的風(fēng)道。同時(shí),在同一流線,流體的速度增大時(shí),其壓力越小。前述風(fēng)道中因?yàn)轱L(fēng)的快速流動(dòng),風(fēng)道較兩側(cè)的房間產(chǎn)生負(fù)壓力,對(duì)兩側(cè)的房間產(chǎn)生拔風(fēng)作用,實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)部的空氣對(duì)流,可以用來(lái)解決大尺度建筑的室內(nèi)通風(fēng)問題。
空氣溫度的差異導(dǎo)致空氣密度產(chǎn)生差異,引起高溫空氣向上流動(dòng),低溫空氣向下流動(dòng),利用空氣的熱壓差來(lái)進(jìn)行自然通風(fēng)即熱壓通風(fēng)。因此,通常在建筑上部設(shè)排風(fēng)口,將室內(nèi)污濁的熱空氣從上部排出,而在建筑底部設(shè)進(jìn)風(fēng)口,吸入室外新鮮的冷空氣。熱壓作用的效果與進(jìn)、出風(fēng)口的高差和室內(nèi)外的溫差有關(guān),室內(nèi)外溫差和進(jìn)、出風(fēng)口的高差越大,則熱壓作用越好。實(shí)際設(shè)計(jì)中,往往采用一些利用太陽(yáng)能熱作用的措施來(lái)增強(qiáng)熱壓的作用。
1.2.1 管式住宅
管式住宅(圖1)是印度著名建筑師柯里亞在滿足高密度開發(fā)建設(shè)條件下,結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn),創(chuàng)造的多層貫通流動(dòng)空間,解決了大進(jìn)深建筑的自然通風(fēng)。管式住宅是一種狹長(zhǎng)型平面的住宅模式,寬3.6m進(jìn)深18.2m,側(cè)墻封閉,前后有開口,內(nèi)部空間是前后貫通的腔體,如同整個(gè)建筑是一個(gè)大通風(fēng)弄。當(dāng)前方來(lái)風(fēng)時(shí),室內(nèi)貫通度極高的空間產(chǎn)生的阻抗很小,能有效加強(qiáng)自然通風(fēng)。并且其內(nèi)部多有躍層出現(xiàn),因高差產(chǎn)生熱壓通風(fēng)的拔風(fēng)效應(yīng)加速室內(nèi)空氣流動(dòng),可以起到一定的降低室溫的作用。
在后來(lái)的發(fā)展過程中,柯里亞將其引入了點(diǎn)式高層住宅中,既印度孟買的干城章嘉公寓(圖2)。建筑內(nèi)部空間同樣是前后貫通的腔體,通過錯(cuò)層的方式產(chǎn)生拔風(fēng)效應(yīng),以此加強(qiáng)自然通風(fēng)帶走室內(nèi)潮濕高溫的空氣,在節(jié)約能源的前提下提高了居住的的舒適性。
圖1 管式住宅
圖2 干城章嘉公寓
1.2.2 單層高大空間
體育館和大禮堂等單層高大空間建筑往往在屋脊處開設(shè)天窗,使下層濕熱的氣體在熱壓作用下從屋脊天窗處排出;低處設(shè)進(jìn)風(fēng)口補(bǔ)充新鮮干燥的空氣。如中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)體育館,其結(jié)構(gòu)形式是門式鋼架結(jié)構(gòu),形成高度錯(cuò)落的條形屋頂,之間以豎向可開啟高側(cè)窗相連。在通風(fēng)季,高側(cè)窗打開后館內(nèi)的空氣和館外的空氣形成自然的對(duì)流,使在熱壓作用下聚集在屋頂下方的熱空氣被驅(qū)散一空。通過自然通風(fēng)使得體育館內(nèi)的溫度和館外的溫度基本一致。斯特拉特福德車站(圖3)屋頂是一個(gè)弧形的南高北低的雙層大屋頂。新鮮空氣從建筑南面下部和北面的地下通道被引入。污濁的熱空氣則從南面的高側(cè)窗排出,或者通過北面被太陽(yáng)加熱的雙層屋面的空腔而后從南部最高處的縫隙中排出。
圖3 斯特拉特福德車站
1.2.3 中庭空間
中庭空間通常是指建筑內(nèi)部的庭院空間,其最大的特點(diǎn)是形成具有位于建筑內(nèi)部的“室外空間”,具有人流聚散、休憩交流、通風(fēng)和采光等多種功能,是現(xiàn)代建筑常用的組織空間的手法之一。中庭按其在建筑平面中的位置,可分為核心式中庭和邊庭,其通風(fēng)原理也不盡相同。
核心式中庭一般用于體量較大的建筑,中庭被其他用房四面圍合,利用其空間高度以形成溫 度分層,產(chǎn)生自下至上的氣流,帶走室內(nèi)產(chǎn)生的熱量;進(jìn)風(fēng)口通常為每層的窗戶,也有利用空氣凈化裝置從地下室引入清潔而涼爽的空氣。
圖4 日本MATSUSHITA電子公司大廈
日本MATSUSHITA電子公司大廈(圖4)希望強(qiáng)化自然通風(fēng)以達(dá)到能源控制。采用熱壓通風(fēng)的策略,通過太陽(yáng)能加熱屋頂天窗處的空氣,驅(qū)動(dòng)中庭內(nèi)部空氣自下而上流動(dòng),加上人字形中庭具有的煙囪效應(yīng),從中庭下部的窗戶進(jìn)入的新鮮空氣經(jīng)過濾器過濾后散發(fā)到室內(nèi),在熱壓作用下沿著中庭上升,使建筑內(nèi)部獲得良好的自然通風(fēng)。
高層建筑室外風(fēng)速隨高度的增加而增加,這一特性使得高層建筑比較容易實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng),但是高層中過強(qiáng)的風(fēng)速在中庭內(nèi)部和建筑外圍形成紊亂的氣流。法蘭克福商業(yè)銀行(圖5)是世界上第一座高層生態(tài)建筑,也是全球最高的生態(tài)建筑。整座大廈除非在極少數(shù)的嚴(yán)寒或酷暑天氣中,全部采用自然通風(fēng)。為了避免過強(qiáng)的風(fēng)壓和熱壓形成紊亂的氣流,將12層作為一個(gè)單元,在每個(gè)單元內(nèi)部房間利用熱壓來(lái)進(jìn)行自然通風(fēng),各個(gè)單元之間通過透明玻璃來(lái)分隔。而針對(duì)高層建筑無(wú)法直接開窗進(jìn)行自然通風(fēng)的問題,法蘭克福商業(yè)銀行通過雙層玻璃幕墻的空氣腔作為風(fēng)速緩沖,將外界的風(fēng)速調(diào)整合適后再引入室內(nèi)。雙層玻璃幕墻已經(jīng)在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中得以廣泛應(yīng)用。
邊庭的通風(fēng)原理與核心式中庭類似。但考慮到我國(guó)冬季陽(yáng)光幾乎全集中于南面,南面采光的邊庭是冬暖夏涼的最佳選擇。南面的邊庭夏季可以起到熱緩沖的作用,邊庭底層的綠化和水體可以冷卻從室外進(jìn)入的熱空氣,再?gòu)捻敳康耐L(fēng)口出,其間流經(jīng)工作室,給人們帶來(lái)習(xí)習(xí)涼風(fēng)。冬季南面的邊庭可以起到暖房的作用,夜晚作為一個(gè)蓄熱體為北面的工作室提供熱量來(lái)源。
1.2.4 內(nèi)部冷巷和天井
在中國(guó)南方的許多傳統(tǒng)建筑中都有這種內(nèi)部冷巷,在泉州叫做“手巾寮”(圖6),在福建一些地方叫護(hù)厝弄,其主要功能是交通和通風(fēng)。內(nèi)部冷巷由于遮陽(yáng)充分,又有樓板或屋面作為熱緩沖層,溫度及其波幅明顯低于室外。只要在自然風(fēng)能夠到達(dá)的深度內(nèi)使得內(nèi)部冷巷擁有足夠的進(jìn)出風(fēng)口面積,并保持冷巷內(nèi)部界面的通暢,將冷巷的低溫空氣引入室內(nèi),能夠更有效地解決室內(nèi)過熱問題,能夠?qū)崿F(xiàn)大進(jìn)深建筑的自然通風(fēng)。
圖5 法蘭克福商業(yè)銀行
圖6 泉州手巾寮
當(dāng)進(jìn)一步將這種冷巷模式與天井結(jié)合,冷巷作為通風(fēng)道,天井作為冷巷的進(jìn)出風(fēng)口,可以解決巷廊更長(zhǎng),進(jìn)深更大的建筑通風(fēng)問題 ,同時(shí)使建筑在進(jìn)深方向的各個(gè)部分都獲得通風(fēng)的均好性。天井式冷巷,在室外自然風(fēng)風(fēng)速較小的情況下也能有效地組織通風(fēng)。
圖7 深圳大運(yùn)村公寓
深圳大運(yùn)村公寓(圖7)的設(shè)計(jì)就運(yùn)用了冷巷原理組織建筑的自然通風(fēng),達(dá)到了理想的效果。在南方炎熱地區(qū),以往學(xué)校宿舍多是南向外廊式,有利于自然通風(fēng),但外廊因?yàn)槭艿教?yáng)的直接輻射,空氣溫度較高。而在北方寒冷地區(qū)以往學(xué)校宿舍多是內(nèi)廊式,廊道較為陰涼卻不利于自然通風(fēng)。大運(yùn)村公寓創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)了相對(duì)的南向和北向外廊,在外廊之間形成較窄的室外空間,類似“冷巷”。在太陽(yáng)輻射下建筑外圍氣溫升高,因?yàn)闊釅鹤饔美湎镏械牡蜏乜諝饩妥匀涣魅雰蓚?cè)宿舍,實(shí)踐證明取得了很好的通風(fēng)效果。
1.2.5 架空式院落
有別于底層架空,架空式院落可以是建筑的任意一層或幾層。因?yàn)樯喜拷ㄖ恼趽跣纬杉芸帐皆郝漭^低的空氣溫度,從而產(chǎn)生自下而上的氣流,帶走建筑內(nèi)部人群活動(dòng)產(chǎn)生的熱量。結(jié)合水體和綠化等自然元素的營(yíng)造,往往使架空式院落形成舒適的半室外活動(dòng)空間,是現(xiàn)代建筑常用的設(shè)計(jì)手法之一。由理查德·羅杰斯設(shè)計(jì)的戴姆勒·奔馳公司大樓就利用這一手法創(chuàng)造了一種舒適且低能耗的辦公環(huán)境。大樓底層商業(yè)和上層辦公之間形成架空式院落作為進(jìn)風(fēng)口引入新鮮空氣,利用中庭的拔風(fēng)作用,加速空氣流動(dòng),取得比較好的自然通風(fēng)效果。中庭配植了多種植物,在室內(nèi)營(yíng)造了一種輕風(fēng)徐徐,綠意盎然的類室外環(huán)境。
1.2.6 縫隙空間
縫隙空間往往位于建筑的公共空間中,有利于空氣在縫隙間的流動(dòng)。其作用是通過拔風(fēng)在水平方向?qū)⒖諝庖???p隙空間可以是兩個(gè)主體部分的連接體,也可以是某個(gè)局部與室外相通的縫隙。在住宅中,縫隙空間被作為交通體使用,廚房和衛(wèi)生間朝向它,以獲得良好的自然通風(fēng)條件。
圖8 MBF大廈
在MBF大廈(圖8)設(shè)計(jì)中,楊經(jīng)文將整個(gè)大廈分裂為兩棟獨(dú)立的塔樓,之間以一個(gè)開敞的中心交通核連接,它不僅有利于通風(fēng)和散熱,而且從這個(gè)縫隙中滲透的景色,將長(zhǎng)時(shí)間地停留在人們的記憶中。此外,塔樓每隔三層設(shè)一個(gè)兩層高的空間院落貫穿其中,使得冷空氣可以在這許多的空隙中流動(dòng),帶走熱空氣,降低溫度。
1.2.7 合理設(shè)置房間的進(jìn)出風(fēng)口
在房間適當(dāng)位置開口,合理設(shè)置進(jìn)出風(fēng)口大小之比,可以引導(dǎo)自然風(fēng)流經(jīng)房間的路徑、風(fēng)速、流經(jīng)的面積等(圖9)。
1.2.8 合理設(shè)置室內(nèi)導(dǎo)風(fēng)構(gòu)件
在室內(nèi)公共區(qū)域設(shè)置的導(dǎo)風(fēng)構(gòu)件可以改變風(fēng)的路徑和氣流壓力,從而引導(dǎo)自然風(fēng)流經(jīng)需要進(jìn)行自然通風(fēng)的房間(圖10)。
圖9
圖10
“風(fēng)”在中國(guó)古典文化中有著特殊的意蘊(yùn)。古代文人借對(duì)風(fēng)的描繪寄托對(duì)社會(huì)、人生和自然的理想。如司馬光的《獨(dú)樂園記》有“明月時(shí)至,清風(fēng)自來(lái),行無(wú)所牽,止無(wú)所柅,耳目肺腸,悉為己有,踽踽焉、洋洋焉,不知天壤之間復(fù)有何樂可以代此也?!北磉_(dá)了其對(duì)天人合一,對(duì)心靈與自然界合一的無(wú)限向往和追求。在宗教里,風(fēng)呼嘯而過,可以蕩滌一切污穢,給我們一個(gè)干干凈凈的世界。在政治上,儒教經(jīng)義提倡“仁風(fēng)”。因此,在中國(guó)古典園林中,常借“風(fēng)”來(lái)豐富園林的空間意境,如杭州西湖的曲院風(fēng)荷、揚(yáng)州個(gè)園的透風(fēng)漏月廳、蘇州留園的清風(fēng)池館等等。古典園林中這方面的景觀、建筑極多,極常有。現(xiàn)代建筑空間借“風(fēng)”來(lái)豐富空間內(nèi)涵的實(shí)踐中,“風(fēng)的教堂”是其中最為人稱道的一個(gè)。安藤忠雄讓風(fēng)在教堂入口長(zhǎng)廊中蕩滌,以此來(lái)凈化人的靈魂,作為進(jìn)入圣潔的宗教殿堂的必要前奏。這一設(shè)計(jì)手法可以說是神來(lái)之筆,令人嘆為觀止。
從以上對(duì)過往實(shí)踐的總結(jié),我們不難發(fā)現(xiàn)對(duì)自然通風(fēng)的利用其基本原理無(wú)非是熱壓通風(fēng)和風(fēng)壓通風(fēng),而用來(lái)實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的策略則是多種多樣的。各種策略的關(guān)系之間往往是相輔相成,融為一體。在此基礎(chǔ)上,如果能進(jìn)一步將風(fēng)的文化意蘊(yùn)賦予建筑空間,讓風(fēng)的靈性在建筑中蕩滌,將使建筑散發(fā)出更加迷人的光芒。
圖注:
圖1、2圖片來(lái)源 :摩自www.baidu.com
圖3圖片來(lái)源 :摩自世界建筑,World Architecture,2006年06
期,《斯特拉特福德地方車站,倫敦,英國(guó)》,《STRATFORD REGIONAL STATION,LONDON,UK,1999》【Author】Wilkinson Eyre Architects Ltd【機(jī)構(gòu)】威爾金森·艾爾建筑有限公司;
圖4、5圖片來(lái)源 :摩自 高技術(shù)生態(tài)建筑,李東華主編,魯英男陳慧 魯英燦 編著,天津大學(xué)出版社,2002
圖6圖片來(lái)源 :摩自 泉州手巾寮適應(yīng)地域氣候的方法與理念研究,薛佳薇,華僑大學(xué)碩士學(xué)位論文,2003
圖7圖片來(lái)源:自繪
圖8圖片來(lái)源:摩自 楊經(jīng)文,吳向陽(yáng)編著,中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007
圖9圖片來(lái)源:摩自 光、水、風(fēng)的建筑 ,蔣珂,重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文,2001
圖10圖片來(lái)源:摩自 景觀生態(tài)學(xué),余新曉等編,高等教育出版社,2006
[1]薛佳薇.泉州手巾寮適應(yīng)地域氣候的方法與理念研究[J].華僑大學(xué)碩士學(xué)位論文,2003.
[2]王珣.基于自然風(fēng)利用的建筑設(shè)計(jì)研究[J].天津大學(xué)碩士學(xué)位論文,2012.
[3]蔣珂.光、水、風(fēng)的建筑[J].重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文,2001.