水晶宮中的環(huán)境調(diào)控研究

趙婧靚

摘 要：現(xiàn)代意義上的環(huán)境調(diào)控在現(xiàn)代建筑發(fā)生伊始便出現(xiàn)，環(huán)境作為水晶宮設(shè)計的出發(fā)點，與其建造、形式、空間結(jié)合，綜合的考慮，呈現(xiàn)出變革、實用并具有美學(xué)特征的新型公共空間。水晶宮是一項開拓性的嘗試，旨在將園藝玻璃溫室的創(chuàng)新性地應(yīng)用于人類而不是植物。水晶宮中部分實現(xiàn)了建立一個完整的環(huán)境控制系統(tǒng)的愿望。

關(guān)鍵詞：帕克斯頓；水晶宮；環(huán)境調(diào)控

1.水晶宮的環(huán)境調(diào)控概述

水晶宮（Crystal Palace，1851）——倫敦世界博覽會建筑，過去的研究集中在工程師和承建商的角色，鐵框架的發(fā)展和預(yù)制和組裝方法，建造美學(xué)上，著重于探究在工業(yè)化的背景下，機(jī)械美學(xué)、建造周期、大跨度空間結(jié)構(gòu)等方面的巨大成就。然而。在沒有空調(diào)等機(jī)械設(shè)備來調(diào)節(jié)玻璃結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)部環(huán)境的時代，帕斯頓在水晶宮做出一系列的環(huán)境調(diào)控的探索，希望為大型工業(yè)城市的人口創(chuàng)造健康的環(huán)境。

19世紀(jì)的倫敦冬季煙霧問題越加嚴(yán)重。倫敦夏季氣候倫敦一年幾乎有1/4的時間都被惡劣的霧霾天氣籠罩，是名副其實的“霧都”，人居環(huán)境亟需改善。

帕克斯頓作為有一名園藝設(shè)計師卻有著更宏大社會的理想，希望使倫敦的城市居民能在室內(nèi)享受到清新的空氣、日光和舒適的氣候。在成功的利用鋼和玻璃創(chuàng)造出適宜外國熱帶植物溫室后（Regia water-lily house 1850），開始設(shè)想將玻璃結(jié)構(gòu)和技術(shù)用于為人類創(chuàng)造新的公共空間，以改善工業(yè)城市中廣大人民的健康。這些地方將有廣闊的空間，一年中無論任何季節(jié)都充滿日光，空氣清新，氣候舒適，人們都可以在室內(nèi)良好環(huán)境中進(jìn)行活動。

水晶宮則是帕克斯頓愿景的實踐成果，在機(jī)械制冷和空調(diào)技術(shù)出現(xiàn)之前，創(chuàng)造宜人公共環(huán)境，充分利用機(jī)械調(diào)節(jié)溫室園藝環(huán)境，控制玻璃建筑內(nèi)的氣候。從創(chuàng)造適宜的環(huán)境作為設(shè)計的出發(fā)點，解決環(huán)境問題的同時滿足了展覽空間特性。

2.水晶宮的園藝溫室基礎(chǔ)

溫室設(shè)計的經(jīng)驗設(shè)計方法在海德公園得到了明顯的延續(xù)。帕克斯頓作為溫室設(shè)計師的經(jīng)驗使他能夠解決水晶宮內(nèi)環(huán)境設(shè)計問題。水晶宮直接吸取了建造植物溫室的方法，但建造的目的已經(jīng)由為植物提供適于生長環(huán)境的容器，轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兲峁┎┯[活動場所。

盡管溫室設(shè)計目的是為植物提供棲息地，并不是為了滿足人類或工業(yè)制品的熱舒適，但Paxton很有信心，根據(jù)他以往的園林設(shè)計經(jīng)驗，能夠創(chuàng)造出巨大的、明亮的空間，并調(diào)控內(nèi)部氣候。海德公園水晶宮是一項開拓性的嘗試，旨在將園藝玻璃溫室的創(chuàng)新性地應(yīng)用于人類而不是植物。

3.帕克斯頓為水晶宮環(huán)境調(diào)控做出的努力

然而利用全玻璃結(jié)構(gòu)，制造適合人類生存的氣候是困難的。正如大量史料記載的那樣，在1851年夏季的大展期間，水晶宮內(nèi)部定期發(fā)生了極端氣候。為了解決過熱以及眩光問題，避免直射而來的陽光，使環(huán)境適宜居住和展覽，帕克斯頓開發(fā)了眾多解決方案，用于改善玻璃房內(nèi)的濕度，陽光和太陽能。

由于海德公園的水晶宮是一個臨時的結(jié)構(gòu)，將用于從5月初到十月中旬，Paxton在氣候控制方面的主要考慮是在炎熱的夏季期間，對潛在的太陽活動的控制。環(huán)境問題從一開始就是他設(shè)計中不可或缺的一部分。

（1）光線控制

為了實現(xiàn)展覽建筑體系、建筑形式和內(nèi)部空間布局空間開放透明，自由靈活特性。水晶宮中光線幾乎和在戶外的一樣明亮，整體結(jié)構(gòu)和玻璃外殼的透明度，將同等數(shù)量的日光傳送到建筑物的任何部分。最終實現(xiàn)所期許的透明度。為了獲取最大的日光接觸面積，橫截面為梯狀金字塔形，體積被分成三層，寬度逐層縮小。屋頂被鋸齒狀玻璃覆蓋。一個達(dá)到了1848英尺的高度，非常深的平面空間也被充分地照明。

不過，帕克斯頓承認(rèn)，他必須排除眩光，以保護(hù)展品和居住者免受直射陽光的輻射熱量，使照明室內(nèi)的照明適合展覽。為了這個目的，他用半透明的白布屏風(fēng)覆蓋了整個水平的屋頂，使室內(nèi)的光線均勻而分散。光線在建筑物的各個部分幾乎相等，實現(xiàn)了空間的均質(zhì)化。

（2）通風(fēng)控制措施

通風(fēng)的目的為：通過控制空氣運動排出熱空氣，以便在炎熱的夏季提供舒適的溫度。在水晶宮中，除了太陽能以外，還有其他主要的熱源：大批參觀者，工業(yè)生產(chǎn)過程的現(xiàn)場演示時蒸汽驅(qū)動機(jī)械的運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱量。同時，還必要保證為這座可容納8萬人的建筑物源源不斷地提供新鮮空氣。通風(fēng)系統(tǒng)還負(fù)責(zé)解決公共建筑中的氣味和濕度問題，以供大量人群共同使用。

水晶宮的通風(fēng)系統(tǒng)包括連續(xù)水平排列的通風(fēng)裝置，它們安裝在三層的每一個垂直立面的頂部。在一層，大部分開間在低層都引入了附加通風(fēng)設(shè)備，而在東部和西部的玻璃拱頂下面又引入了另外兩排通風(fēng)設(shè)備。通風(fēng)率是通過水平金屬百葉窗調(diào)節(jié)的，手動打開或關(guān)閉的輪子和繩索機(jī)構(gòu)，便于從一個位置操作216英尺通風(fēng)排氣扇。

S形的百葉窗葉片的設(shè)計用于防止通風(fēng)機(jī)打開時雨水進(jìn)入建筑物，從而保持連續(xù)通風(fēng)。同時架空的基礎(chǔ)亦對通風(fēng)有貢獻(xiàn)。空氣從地面以下的空間通過3英寸×9英寸地板之間的三分之三英寸間隙進(jìn)入建筑，底層總面積約40，800平方英尺的，在內(nèi)部空氣浮力的推動下，外部空氣將從深達(dá)5英尺地板下面的空間吸入室內(nèi)。氣流通過巨大的開放空間，對建筑物的空氣流動有相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。

（3）降溫控制措施

Paxton意識到，在炎熱的夏季，室內(nèi)溫度不能通過自然通風(fēng)降溫，他最初的建議是采用一種被動的技術(shù)來冷卻空氣。他們的建議是在玻璃屋頂下安裝大面積的帆布，以保持室內(nèi)空氣的流動，在極其炎熱的夏季時保持濕潤，通過蒸發(fā)來冷卻內(nèi)部的空氣。他相信，供應(yīng)氣流在進(jìn)入建筑物內(nèi)部之前，會通過垂直玻璃窗內(nèi)的通風(fēng)裝置冷卻下來。

在無法解決降溫的情況下，同年8月帕克斯頓在“設(shè)計與制造雜志”（Journal of Design and Manufactures）上發(fā)表的演講中提出了一個替代系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個懸掛在天花板上大型的布屏風(fēng)扇組成。

帕克斯頓建議將自然通風(fēng)與蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)結(jié)合在一起，這是他對于降低全玻璃結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度的探索。這個偉大的展覽建筑代表了一個有意識的努力，將園藝溫室適應(yīng)于人類和人工制品。

（4）屋頂結(jié)構(gòu)與冷凝構(gòu)造細(xì)部

椽子高低交替錯落，玻璃按脊和溝的形式呈鋸齒狀安裝。與普通安裝方式相比，鋸齒狀安裝的玻璃，能在一天中獲得兩次太陽直射的機(jī)會。為了防止玻璃屋頂下的冷凝物的積聚（由建筑中大量的人群所產(chǎn)生的），使用了與排水管道系統(tǒng)連接的木制排水溝兩側(cè)的內(nèi)部冷凝排水溝，所謂的帕克斯頓（Paxton）的排水溝。內(nèi)部冷凝排水系統(tǒng)目的是收集由大量人群的呼吸和汗水所產(chǎn)生的蒸汽以及地面下的潮濕土壤所引起的冷凝。

收集在這些排水溝內(nèi)的冷凝水被排放到一個十字槽的系統(tǒng)中，這些排水溝被連接到鑄鐵柱內(nèi)的排水管上。施工圖紙顯示，內(nèi)部冷凝水收集在木拱架兩側(cè)的排水溝內(nèi)，并通過拱頂?shù)撞客L(fēng)裝置之間的開口排放到平屋頂上。在垂直玻璃窗上，接收冷凝管和漏水的通道被切割到每個窗框的底部框架構(gòu)件上。保持室內(nèi)的干燥。

4.總結(jié)

盡管水晶宮在運行中存在問題，但它仍然代表著，朝著機(jī)械控制室內(nèi)氣候的玻璃建筑邁出的第一步，帕克斯頓認(rèn)為創(chuàng)新設(shè)計和現(xiàn)代技術(shù)是解決十九世紀(jì)新興工業(yè)城市的社會和環(huán)境問題的手段，并提出將這種結(jié)構(gòu)作為一種新型的公共空間，以適應(yīng)當(dāng)前人口的社會和環(huán)境的需要。結(jié)合機(jī)械環(huán)境系統(tǒng)，在大型建筑物內(nèi)制造適合人類健康和舒適的特定要求的受控大氣條件，以及可以有效封閉和日光照射的極大空間的全玻璃結(jié)構(gòu)，使公共城市生活有機(jī)會獨立于城市地區(qū)氣候變化和周圍有害的大氣條件。

參考文獻(xiàn)

[1]童喬慧，衛(wèi)薇.帕克斯頓與水晶宮[J].新建筑，2011（5）：98-101.

[2]王磊.植物與現(xiàn)當(dāng)代建筑的關(guān)系初探[D].北京大學(xué)，2010.

[3]https：//en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Paxton

（作者單位：南京大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院）