我的小作业

建筑空间设计的气候性探讨

陈   涛

指导教师：杨  柳

 专业：建筑技术科学

 学号：0502240326 

摘要：本文探讨了建筑空间设计与气候因素的关系，着重讨论了传统建筑的空间设计的“气候性”以及现代建筑中的几个建筑实例。

关键词：空间设计，气候性，传统民居，现代建筑

建筑是人工创造的物质空间，供人们生活、工作、学习，建筑空间不仅要满足这些基本的需要，同时随着人们物质生活的提高，对艺术和审美的需求越来越占据重要的位置，这无疑就更加使人们忽略了自然等客观条件的约束。而黄土高原的窑洞建筑和老北京的四合院建筑则向人们展示了建筑发展另一个方向：建筑的可持续性。但是，这些建筑如果我们近距离去感受的话，它们的空间设计、建筑的细部无疑都渗透着文化的气息，渗透着它们的艺术感染力。

空间设计的主要目的是创造一个三度空间，本文引用“气候性”这样一个词，本意是指空间设计与自然气候的关系，为了方便，简称为气候性。其实在中国古代的哲学思想里，就有说“夫大人者，与天地合共德，与日月合共明，与四时合共序，与鬼神合共吉凶”。儒家崇尚“天人合一”；道家推崇“自然无为”。天也，自然也。不论是儒家的“上下与天地同流”（《孟子·尽心》），还是道家的“天地与我并生，而万物与我为一”（《庄子·齐物论》），都把人和天地万物紧密地联系在一起，视为不可分割的共同体。如果这样，在古代人们已经有意识的在建筑上体现了气候性。而就空间设计而言，更是如此。

一、四合院建筑

四合院建筑是根据中国古代风水理论设计的^[1]，按古典风水的定义解释：生态之气被风散开被水束缚，聚集生态之气并用风水来保持，四合院正是这种思想的体现。四合院的建筑空间特点如下：环绕天井式的建筑阻挡外界污染进入室内，以保持室内空气的洁净，而开敞的庭院可以接受阳光，雨水，新鲜空气（如图2）。根据道尔顿定理，对于某种气体i，

dp_i=-ρ_igdh

在体积容量中，服从状态方程：p_i=ρ_iRT/μ_i，于是有：

dp_i/p_i=（-μ_ig/RT）dh

积分，取T=常数，得p_i= p_0ie^-μigh/RT

考虑气体的压力p_i与浓度n_i成正比例，有n_i=n_0ie^-μigh/RT；n_i、n_0i是分子量为μ_i的空气气体分别在地面和高度h处的浓度；当μ_i增加时，浓度会增大，n_i随高度增加而迅速减少。对与灰尘分子也满足上述公式，因此可以看出室外高处空气灰尘分子浓度很小，空气相对干净新鲜。庭院里的空气和高空空气交换促进了四合院落内保持空气新鲜。

从建筑空间的组合上看，四合院以庭院为空间的核心，周边布置建筑，通常是北面的房屋高大，而侧房（东西两侧）较之稍低， 这主要是突出正房在院中的地位。

庭院里的空气几乎处于静止状态，室外空气不断补充进来，而庭院空气中的水等将上升，然后离开，重的气体如CO₂等下降到庭院的底部，和其他的污物被收集排入排水沟排走，这样就可以使庭院里空气始终保持新鲜。闭合的周边建筑，使的四合院在冬天，可以有效地阻止冷风对室内的影响，而夏季，在高空的空气温度变化比地面小，对四合院而言，由于上部空气的温差可以估计为7⁰C（晴天），空气交换好，保证了院内的空气质量，同时室外空气将水分带进庭院，由于蒸发引起降温，所以四合院的这种空间形式有具有冬暖夏凉的效果。同时，四合院在采光，噪声控制以及利用太阳辐射等方面都有很好的效果。

二、窑洞建筑

在我国陕甘宁地区，黄土层非常厚，有的厚达几十公里，我国人民创造性利用高原有利的地形，凿洞而居，创造了被称为绿色建筑的窑洞建筑（如图1）。窑洞一般有靠崖式窑洞，下沉式窑洞、独立式等形式，其中靠山窑应用较多，它是建筑在山坡，土原边缘处，常依山向上呈现数级台阶式分布，下层窑顶为上层前庭，视野开阔。下沉式窑洞则是就地挖一个方形地坑，再在内壁挖窑洞，形成一个地下四合院。

窑洞建筑最大的特点就是冬暖夏凉，传统的窑洞空间从外观上看是圆拱形，虽然很普通，但是在单调的黄土为背景的情况下，圆弧形更显得轻巧而活波，这种源自自然的形式，不仅体现了传统思想里天圆地方的理念，同时更重要的是门洞处高高的圆拱加上高窗，在冬天的时候可以使阳光进一步深入到窑洞的内侧（图3），从而

可以充分的利用太阳辐射，而内部空间也因为是拱形的，加大了内部的竖向空间，

使人们感觉开敞舒适。我的导师刘加平先生曾经这样评价窑洞建筑：窑洞冬暖夏凉，住着舒适，节能，同时传统的空间又渗透着与自然的和谐，朴素的外观在建筑美学上也是别具匠心。（如图4）

   如今，现代窑洞建筑依山而建或靠土原而生，不仅给人们带来舒适的居住空间，同时又丰富了城市的空间面貌，其地域性的特点和结合气候的设计越来越受到人们的重视。如西安建筑科技大学刘艳峰老师对靠山窑附加阳光间被动式设计的研究，则表明采用附加阳光间等太阳房被动式设计可以使窑洞建筑在冬天获得温暖更舒适的内环境。借助窑顶厚厚的黄土巨大的蓄热蓄冷能力，夏天则可以保持室内温度在舒适区范围^[3]。

三、彝族传统民居

为保护金沙江、澜沧江、怒江流域自然生态环境和使该区村民脱离持续贫困的原始耕作状态，云南楚雄州永仁县成立易地扶贫搬迁指挥部，从2001年开始从大姚将移民分三批搬迁至永仁，西安建筑科技大学、昆明有色冶金设计研究院

合作积极配合这次大搬迁工作，对该区民居的总体规划、单体设计、构造材料、建筑技术、抗震性能、结构体系等方面通过实地考察、测试进行系统分析研究。

永仁县巴拉务村为此次搬迁的一个规划示范村落，其中长江上游乡村生土民居示范户李家独院（以下简称示范户）规划布局和建筑设计由课题组提出方案并予以实施，结合当地风俗习惯，该独院共三部分：正房（包括堂屋）、小院和牲口房等，其中正房共四间，包括堂屋、卧室和厨房。

示泛民居的院落结构很类似四合院，正房一层平面如图5。正房一层由两个卧室和东侧厨房等空间，一层前面出檐1800mm左右，这主要考虑在夏天宽敞的屋檐下是外部纳凉的美好空间，而二楼空间南向墙面为通体窗，这样空间采光通风都比较好。由于夏季多雨，民居二楼也作为凉晒粮食的最佳场所。这一点更体现了南方温和的气候在建筑上的反映。此外从建筑空间的构成上来看，传统民居采用了进深不是很大，中开间和两个边开间（如图5），两个边开间均为3533mm（1.06丈），中开间则为3933mm（1.18丈），与当地传统木构架之定数相一致^[4]；前檐进深1800mm，房屋进深4200mm，总进深6000mm。这中空间构成符合木结构建筑模数等的有关规定。

四，现代建筑空间设计的气候性

气候适宜性，是指建筑设计要和当地的气候条件相适合，有效的利用当地的气候条件为建筑设计服务，为建筑服务。建筑空间设计中合理的考虑气候特点，在不少著名的建筑大师那里受到了重视，本文试举三例。

 1、“诺亚方舟”设计^[5]。“未来系统”的创始人英国建筑师简·凯普里奇提出了建筑体形和空间截然与传统不同的设计理念。“诺亚方舟”是未来系统成功的代表作。其建筑平面象两个向日葵形象（图6），又象两个蝴蝶的翅膀，屋顶采用双层结构，第一层为铝合金圆筒，用来通风，第二层为太阳能集热板用来供暖和电力。供暖和电力单独设置，在夏季，屋顶可以充分打开，一取得最好的自然通风，在冬季，通过太阳能聚热板和天然气锅炉为室内供暖。该建筑向我们展示了简洁，严谨，协调的美学风格，同时也是结合气候的生态建筑。

2、尼古拉丝·格雷姆肖和英国馆。格雷姆肖是一位执着采用技术手段解决建筑问题的建筑家，其主要创作原则之一就是“生态策略”中要强调建筑设计应

积极适应气候。由格雷姆肖事务所设计的1992年西班牙塞维利亚世界博览会的英国馆，气候条件是设计主要因素，建筑采用综合的技术反映气候对建筑的影响，其中最主要的是空间设计上采用瀑布墙围绕建筑，形成了一个充满生命力与动感的建筑艺术形象（图7）。

3、杨经文的创作理念。杨经文曾在伦敦学习建筑，致力于生态建筑研究。后来在马来西亚组建了自己的工作室，他以“绿色摩天楼”在世界范围内享有盛誉。在杨经文的创作理念里，建筑首先要考虑的是气候因素，所构造的建筑空间形态也因为要适应当地的气候条件而别具韵味，马来西亚的“绿色摩天楼”将植物和建筑结合，植物部分的布设随着太阳一天内方位角的变化而有所不同，这些植物有效地将阳光遮挡在建筑的外面。同是在杨的创作中，建筑内部也设有大量的过渡空间，这些空间抑或是宽大的中空花园，抑或是巨大屋顶花园等等，这些空间在热带气候条件下对建筑的能耗节约起到了积极的作用。

五、结语

建筑空间设计是个重要的复杂的问题，不少先辈们对空间设计提出了许多理念和设计手法，本文提出的“气候性”旨在现代建筑的发展应该更多的关注气候因素对空间设计的影响，并借助现代的高技术把人居环境向节能、环保及可持续的方向发展。

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