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        因地因時的“應變”設計
        發布時間:2018-03-21

        4.4、因地因時的“應變”設計

          本篇文章目錄導航:

          【題目】河南地區城中村升級中生態技術的應用研究(←點擊返回查看其余6篇)
          【1.1-1.3】城中村改造國內外研究現狀分析
          【1.4-1.7】生態城中村建設研究的目和研究內容
          【2.1】“城中村”的形成與發展
          【2.2】生態適宜技術理論研究
          【2.3-2.4】城中村改建中生態適宜技術運用的特點及意義
          【3.1-3.3】“城中村”改造現狀與思路
          【3.4】生態適宜技術在豫北地區傳統村落中沉淀
          【3.5】生態技術在“城中村”改造中應用的契機
          【4.1-4.2】住區規劃中氣候的“用”與“防”
          【4.3】“開放態度”的建筑單體設計
          【4.4】因地因時的“應變”設計
          【4.5-4.6】傳統材料及清潔能源的利用
          【參考文獻】生態適宜技術在城中村改良中的運用結論與參考文獻

         

          因地因時的“應變”設計是在生態視覺下,結合豫北地區“城中村”改造中,提出的一種在其建筑從構思到完成的過程中,都能動態適應外界環境氣候變化的策略。豫北地區冬寒夏炎的氣候特征對建筑節能很不利,需要將這不利因素轉化為能形成特色構思的有利條件,形成獨特的建筑設計方案,與外部環境氣候達到共生的境界。因此建筑“應變”策略的提出,才能使住宅更好地適應外界環境變化及使用者不同的功能需求。

          “應變”包括兩個方面的含義:一是在空間維度上,提供多層次的技術系統變化可能,針對不同建筑功能需求選擇最佳的技術系統,是針對不同場地建筑設計方面的“應變”;二是在時間維度上,針對豫北地區氣候周期性變化的規律,提出的“城中村”改造中響應不同時間外部氣候條件的“應變”。因地因時的“應變”設計策略包括三個方面:針對戶型布局提出“應變核”的設計;針對室內空間的“應變”提出“生長空間”設計;針對建筑外維護界面提出多樣性建筑構件設計。

          4.4.1、應變核

          針對氣候變化明顯的地區,為了迎合氣候變化的要求,建筑也應該具有變換形態的能力,一個解決方案就是在建筑中央植入一個“應變核”,即一個可以應變的內院空間。[46]這種設計思想在豫北地區“城中村”改造中同樣適用,“城中村”改造中住宅樓已經是完全不同傳統合院民居的居住形式,但是庭院對民居氣候調節的作用依然可以在“城中村”改造中延續。如圖 4-17,就是應對冬冷夏熱的豫北地區提出的“應變核”的設計理念,通過豎向的空中庭院及橫向戶型內院的植入,結合可開合的外界面設計,應對豫北地區的氣候變換。

        圖 4-17 針對豫北地區氣候的通風提出的應變核
        圖 4-17 針對豫北地區氣候的通風提出的應變核

          (1) 豎向空中庭院“應變核”

          依照豫北地區傳統民居中庭院空間的作用,將庭院空間與住宅樓中垂直交通空間結合形成空中庭院式的“應變核”。主要適用于采用敞開式樓梯間的低層和多層住宅。參考江南民居賦予合院動態調節可能的“活天井”構造,結合垂直交通空間形成屋頂動態開合的空中庭院。[47]夏季打開空中庭院的外界面形成良好自然通風,并通過煙囪效益排出住宅樓中聚集的熱空氣;冬季空中庭院外界面保持關閉狀態,并結合內掛稻草窗簾的方式減少室內熱量的流失以及抵御外界冷風的侵襲。

          (2) 橫向戶型內院“應變核”

          將“應變核”的設計思想應用于新建住宅樓的平面設計中,以類似于內院的空間為中心,房間布置于四周。內院空間與外界環境并非完全隔離,它們的接觸界面是靈活可變的。寒冷冬季,關閉內院所有外界面,形成緊湊、封閉的空間形式,減少室內熱量流失;炎熱夏季,打開內院的外界面,內院成為半開放的空間,可以很好組織室內的自然通風。

          這樣,通過“應變核”的設計策略,綜合應用了熱緩沖層、煙囪效應、自然通風等被動式技術策略,在不同季節里都可塑造舒適的室內環境。

          4.4.2、生長空間

          1983 年荷蘭建筑師赫曼·赫茲伯格提出“多價空間”的觀點,指出空間要有能應對多種需求的可能,其方法是創造可解釋的空間。[48]其中“解釋”就是為使用者的選擇提供可能性。以丹下健三和黑川紀章等為代表的新陳代謝派,強調建筑的發展,像生物新陳代謝一樣是個動態的過程。臺灣建筑師謝英俊在其“永續”建筑實踐中提倡開放建筑體系,以期適應更多的功能需求和延長建筑的使用壽命。他們理論的共同點就是在建筑設計中引入時間的概念,指出空間不再是固定不變的,而是一個動態變化的過程。基于這一概念,根據豫北地區當地的經濟條件,在豫北地區“城中村”改造中引入“生長空間”的設計策略。如圖 4-18,根據家庭不同人口構成情況,通過改變室內非稱重墻體的組合,塑造適應不同家庭結構的動態可生長空間。生長空間的設計策略,打破了原本戶型單一和固定不便的特性,引入了時間維度的設計理念,賦予了戶型空間生長的可能,滿足了不同住戶的多樣需求,同時也滿足了住戶因生活階段不同對住宅空間需求的變化,給了住宅建筑空間更多的“解釋”。

        圖 4-18 生長空間示意
        圖 4-18 生長空間示意

          賦予建筑“生長空間”就是在空間的設計過程中引入時間的概念,隨著時間的推移,通過非承重墻的拆裝與重新組合,使建筑空間表現出可變性、多樣性以及動態性的特征,可以帶來空間更大可能的靈活多變,滿足使用者多樣的功能需求以延長建筑的使用壽命。生長空間的設計策略可以從兩個方面著手:

          一方面在“城中村”改造的新社區建造之初,收集新社區居民的需求,根據新社區居民的意愿對戶型進行合理的配比;另一方面則是住戶在使用的過程中根據自身需求,對居住空間進行再布置。

          4.4.3、多樣性建筑構件設計

          4.4.3.1、屋面

          (1) 屋面材料選擇

          屋面作為建筑與外界環境直接接觸的媒介,其對太陽輻射的吸收或反射能力直接決定了進入建筑內部太陽輻射的量。這一過程取決于材料兩方面的能力:一是材料的陽光反射系數;二是材料的紅外輻射能力。圖 4-19 是部分屋面材料太陽反射指數。

        圖 4-19 屋面材料反射指數
        圖 4-19 屋面材料反射指數

          冬季,深色、高吸收率的材質是首選的屋面材料,吸收的太陽輻射可以使室內空間升溫減少取暖能耗;對于夏季需要隔熱的屋面材料而言,淺色、高反射率的建筑材料則是最佳選擇,通過減少吸收的太陽輻射來降低制冷能耗。對于冬冷夏熱的豫北地區,“城中村”改造中對屋面材料的選擇要綜合考慮這兩方面。一般來講,由于太陽高度角在冬季與夏季的區別,綜合比較冬季吸收太陽能與夏季反射太陽能的能力,夏季阻擋太陽輻射的獲益會大于冬季的損失,所以淺色、高反射率的建筑材料是豫北地區“城中村”改造中比較合適的選擇。

          (2) 增加輻射屏障的屋面

          除了通過選擇外界面材質的方法來控制夏季建筑室內獲得太陽輻射能量外,另一個方法就是在屋頂的下面增加一個輻射屏障,阻止熱量從屋頂滲入。如4-19 中,可以看出鋁或者鍍鋅鋼的反射率較高,出于經濟性的考慮,在豫北地區“城中村”改造中可以用廉潔的鋁箔置于屋頂之下,這將阻止一大部分熱量輻射到閣樓或者頂棚上。

        圖 4-20 蓄水屋面
        圖 4-20 蓄水屋面

        圖 4-21 太陽石住宅屋頂平面
        圖 4-21 太陽石住宅屋頂平面

          (3) 蓄水屋面

          蓄水屋面的設計考慮,就是利用水的蓄熱和蒸發吸熱作用,降低外界環境變化對室內空間的影響。重慶大學曾試驗過一種蓄水屋頂如圖 4-20,實驗表明在屋頂蓄水 250mm 時,室內屋頂表面溫度可降低近 8℃。另外,在蓄水屋面上增加可移動的隔熱板,可以更好地發揮蓄水屋面的“應變”能力。如圖 4-21,通過調節隔熱板的開合,來決定蓄水屋面吸收或釋放太陽輻射,從而保持比較舒適的室內環境質量。

          (4) 雙層屋面

          雙層屋面系統設計克服了單層屋面在應對外界環境變化時的局限性,增加了屋面應對外界環境變化的能力。結合豫北地區“城中村”改造的具體情況,“雙層皮”屋頂的設計手法有以下四個方面的思考:第一,空心板通風屋面,如圖 4-22 所示湖南大學與湖南省建筑設計院試制的一種鋼筋混凝土空心板;第二,設計頂層閣樓,受豫北地區傳統民居中悶頂空間設計的啟發,在“城中村”改造中住宅樓坡屋頂設計中,將閣樓空間作為建筑室內外的緩沖層;第三,屋頂露臺遮陽設計,將住宅樓屋頂平臺設計為公共活動空間并進行遮陽設計,將屋頂遮陽系統作為“雙層皮”屋頂的外界面。第四,一種簡易設計的稻草屋面,這種設計手法受到豫北地區菜農塑料大棚的啟發,就是稻草成捆編織置于屋頂之上,如圖 4-23 所示,攤開稻草阻止熱量進入室內或阻止室內熱量的散發,收起稻草則允許室內空間在白天吸收太陽輻射或在在夜間散發熱量。

        圖 4-22 鋼筋混凝土空心板兜風屋面
        圖 4-22 鋼筋混凝土空心板兜風屋面

        圖 4-23 稻草屋面示意
        圖 4-23 稻草屋面示意

          (5) 綠化屋面

          綠化屋面可起到保溫、保護建筑構造、儲存雨水的作用,是一項值得普遍推廣的適宜技術。屋頂綠化可以減少太陽輻射熱對屋頂的影響,覆蓋的種植土也可以減小室內空間溫度的波動,一般厚 30cm 的屋頂種植土就可延遲傳熱達 9小時。屋頂綠化還可以豐富建筑的第五立面,可以帶來四季不同的色彩變化。

          4.4.3.2、墻體

          (1) 水墻

          水墻構造是墻體與水的結合,充分利用水的流動性和蓄熱系數高的特性,構造“水墻”式外維護界面。如圖 4-24,豫北地區高家臺村中水墻面設計,可以將其應用于“城中村”改造中,在炎熱的夏季特別針對住宅的西立面,結合屋頂收集雨水,利用水的蓄熱和蒸發吸熱作用,達到給住宅降溫的效果。同時這一設計也可以作為住區景觀設計的一部分,營造優美的居住環境。

        圖 4-24 水墻面
        圖 4-24 水墻面

          (2) 綠化墻體

          綠化墻體的形式有附壁式、懸掛式、骨架加花盆、模塊化墻面綠化、鋪貼式墻面綠化等,可以結合墻體柱、陽臺、窗臺等地方設置。同樣也可以結合水墻面共同設計,用流動的雨水作為墻體綠化的灌溉系統。對遠離自然的現代居住形式而言,墻體綠化也可為向往自然的居住者提供心靈慰藉。

          (3) 雙層墻

          雙層墻即為“雙層皮”外維護結構,一般有內外兩個界面以及兩個界面間的空腔組成,其阻擋太陽輻射熱的能力,主要取決于外側界面的吸收能力、空腔的反射能力以及空腔的通風能力。空腔設計為可開啟式,封閉空腔用于保溫,敞開空腔用于散熱。若用于隔熱的雙層墻面,外側墻面可處理為鏤空形式,為內側墻面提供遮陽的同時,也不完全阻擋吹向墻面的氣流。

          若雙層墻的外側為玻璃材質,并在內側墻體頂端和底端留有通風口,“雙層皮”外維護結構則會成為一種兼具玻璃效應和煙囪效應的墻體系統—特朗伯墻。

          根據豫北地區的氣候條件,“城中村”改造中的建筑外維護結構也可采用特朗伯墻的做法。如圖 4-25 所示,冬季白天打開內側墻體上下通風口,腔體內被太陽輻射熱加熱的空氣上升形成循環,使室內空氣被不斷加熱;冬季夜晚關閉內側墻體通風口,降下可調節絕熱層阻止室內熱量流失;夏季白天降下可調節隔熱層并打開外側玻璃墻上下通風口,阻止太陽輻射熱進入室內并通過腔體內空氣的流通帶走墻體內聚集熱量;夏季夜晚收起可調節絕熱層,使雙層墻體的通風口都保持開啟狀態,加速室內熱量向外散發的速度。

        圖 4-25 特朗伯墻
        圖 4-25 特朗伯墻

          4.4.3.3、應變式遮陽

          采光與遮陽似乎是相對矛盾的兩個方面,在進行住宅設計時要綜合的考慮才能達到最佳效果。遮陽設施應該設計為采光系統的一部分統一設計。根據遮陽系統的調控方式,可將遮陽系統分為三種類型:固定式遮陽、可調節式遮陽及應變式遮陽。

          固定式遮陽主要綜合考慮當地太陽入射角在不同季節的變化,來達到夏季防曬和冬季得熱的目的。可調節式遮陽可以依據外界環境變化進行調控,以達到日光的最大效益以及過度熱增益的防護。使遮陽系統具有可調控性以及更高的利用率。在這兩種遮陽設計之外,根據豫北地區的氣候條件,提出適合在“城中村”改造中應用的應變式遮陽做法。

          應變式遮陽是充分利用植物生物特性的一種遮陽系統,如圖 4-26 布倫特·史密斯設計的 Abramson 住宅,用植物為房屋和平臺遮陽。這樣的做法同樣適用于豫北地區的氣候條件,在“城中村”改造中新建住宅樓的入口處、宅間空地以及屋頂平臺上,利用當地材料搭設棚架并種植落葉性藤蔓植物,這些植物的生長能夠很好的遵循氣候變化的規律,夏季最炎熱的幾個月里它們長滿了葉子提供遮陽;冬季無葉狀態為太陽照射提供可能。棚架也為居民提供了公共交流的空間,喚起了居民在傳統村落葡萄架下納涼的情景記憶。是一種非常適合豫北地區“城中村”改造活動的遮陽設計。

        圖 4-26 Abramson 住宅應變遮陽設計
        圖 4-26 Abramson 住宅應變遮陽設計

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