4.4、因地因时的“应变”设计

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　　【题目】河南地区城中村升级中生态技术的应用研究（←点击返回查看其余6篇）
　　【1.1-1.3】城中村改造国内外研究现状分析
　　【1.4-1.7】生态城中村建设研究的目和研究内容
　　【2.1】“城中村”的形成与发展
　　【2.2】生态适宜技术理论研究
　　【2.3-2.4】城中村改建中生态适宜技术运用的特点及意义
　　【3.1-3.3】“城中村”改造现状与思路
　　【3.4】生态适宜技术在豫北地区传统村落中沉淀
　　【3.5】生态技术在“城中村”改造中应用的契机
　　【4.1-4.2】住区规划中气候的“用”与“防”
　　【4.3】“开放态度”的建筑单体设计
　　【4.4】因地因时的“应变”设计
　　【4.5-4.6】传统材料及清洁能源的利用
　　【参考文献】生态适宜技术在城中村改良中的运用结论与参考文献

　　因地因时的“应变”设计是在生态视觉下，结合豫北地区“城中村”改造中，提出的一种在其建筑从构思到完成的过程中，都能动态适应外界环境气候变化的策略。豫北地区冬寒夏炎的气候特征对建筑节能很不利，需要将这不利因素转化为能形成特色构思的有利条件，形成独特的建筑设计方案，与外部环境气候达到共生的境界。因此建筑“应变”策略的提出，才能使住宅更好地适应外界环境变化及使用者不同的功能需求。

　　“应变”包括两个方面的含义：一是在空间维度上，提供多层次的技术系统变化可能，针对不同建筑功能需求选择最佳的技术系统，是针对不同场地建筑设计方面的“应变”；二是在时间维度上，针对豫北地区气候周期性变化的规律，提出的“城中村”改造中响应不同时间外部气候条件的“应变”。因地因时的“应变”设计策略包括三个方面：针对户型布局提出“应变核”的设计；针对室内空间的“应变”提出“生长空间”设计；针对建筑外维护界面提出多样性建筑构件设计。

　　4.4.1、应变核

　　针对气候变化明显的地区，为了迎合气候变化的要求，建筑也应该具有变换形态的能力，一个解决方案就是在建筑中央植入一个“应变核”，即一个可以应变的内院空间。[46]这种设计思想在豫北地区“城中村”改造中同样适用，“城中村”改造中住宅楼已经是完全不同传统合院民居的居住形式，但是庭院对民居气候调节的作用依然可以在“城中村”改造中延续。如图 4-17，就是应对冬冷夏热的豫北地区提出的“应变核”的设计理念，通过竖向的空中庭院及横向户型内院的植入，结合可开合的外界面设计，应对豫北地区的气候变换。

图 4-17 针对豫北地区气候的通风提出的应变核

　　(1) 竖向空中庭院“应变核”

　　依照豫北地区传统民居中庭院空间的作用，将庭院空间与住宅楼中垂直交通空间结合形成空中庭院式的“应变核”。主要适用于采用敞开式楼梯间的低层和多层住宅。参考江南民居赋予合院动态调节可能的“活天井”构造，结合垂直交通空间形成屋顶动态开合的空中庭院。[47]夏季打开空中庭院的外界面形成良好自然通风，并通过烟囱效益排出住宅楼中聚集的热空气；冬季空中庭院外界面保持关闭状态，并结合内挂稻草窗帘的方式减少室内热量的流失以及抵御外界冷风的侵袭。

　　(2) 横向户型内院“应变核”

　　将“应变核”的设计思想应用于新建住宅楼的平面设计中，以类似于内院的空间为中心，房间布置于四周。内院空间与外界环境并非完全隔离，它们的接触界面是灵活可变的。寒冷冬季，关闭内院所有外界面，形成紧凑、封闭的空间形式，减少室内热量流失；炎热夏季，打开内院的外界面，内院成为半开放的空间，可以很好组织室内的自然通风。

　　这样，通过“应变核”的设计策略，综合应用了热缓冲层、烟囱效应、自然通风等被动式技术策略，在不同季节里都可塑造舒适的室内环境。

　　4.4.2、生长空间

　　1983 年荷兰建筑师赫曼·赫兹伯格提出“多价空间”的观点，指出空间要有能应对多种需求的可能，其方法是创造可解释的空间。[48]其中“解释”就是为使用者的选择提供可能性。以丹下健三和黑川纪章等为代表的新陈代谢派，强调建筑的发展，像生物新陈代谢一样是个动态的过程。台湾建筑师谢英俊在其“永续”建筑实践中提倡开放建筑体系，以期适应更多的功能需求和延长建筑的使用寿命。他们理论的共同点就是在建筑设计中引入时间的概念，指出空间不再是固定不变的，而是一个动态变化的过程。基于这一概念，根据豫北地区当地的经济条件，在豫北地区“城中村”改造中引入“生长空间”的设计策略。如图 4-18，根据家庭不同人口构成情况，通过改变室内非称重墙体的组合，塑造适应不同家庭结构的动态可生长空间。生长空间的设计策略，打破了原本户型单一和固定不便的特性，引入了时间维度的设计理念，赋予了户型空间生长的可能，满足了不同住户的多样需求，同时也满足了住户因生活阶段不同对住宅空间需求的变化，给了住宅建筑空间更多的“解释”。

图 4-18 生长空间示意

　　赋予建筑“生长空间”就是在空间的设计过程中引入时间的概念，随着时间的推移，通过非承重墙的拆装与重新组合，使建筑空间表现出可变性、多样性以及动态性的特征，可以带来空间更大可能的灵活多变，满足使用者多样的功能需求以延长建筑的使用寿命。生长空间的设计策略可以从两个方面着手：

　　一方面在“城中村”改造的新社区建造之初，收集新社区居民的需求，根据新社区居民的意愿对户型进行合理的配比；另一方面则是住户在使用的过程中根据自身需求，对居住空间进行再布置。

　　4.4.3、多样性建筑构件设计

　　4.4.3.1、屋面

　　(1) 屋面材料选择

　　屋面作为建筑与外界环境直接接触的媒介，其对太阳辐射的吸收或反射能力直接决定了进入建筑内部太阳辐射的量。这一过程取决于材料两方面的能力：一是材料的阳光反射系数；二是材料的红外辐射能力。图 4-19 是部分屋面材料太阳反射指数。

图 4-19 屋面材料反射指数

　　冬季，深色、高吸收率的材质是首选的屋面材料，吸收的太阳辐射可以使室内空间升温减少取暖能耗；对于夏季需要隔热的屋面材料而言，浅色、高反射率的建筑材料则是最佳选择，通过减少吸收的太阳辐射来降低制冷能耗。对于冬冷夏热的豫北地区，“城中村”改造中对屋面材料的选择要综合考虑这两方面。一般来讲，由于太阳高度角在冬季与夏季的区别，综合比较冬季吸收太阳能与夏季反射太阳能的能力，夏季阻挡太阳辐射的获益会大于冬季的损失，所以浅色、高反射率的建筑材料是豫北地区“城中村”改造中比较合适的选择。

　　(2) 增加辐射屏障的屋面

　　除了通过选择外界面材质的方法来控制夏季建筑室内获得太阳辐射能量外，另一个方法就是在屋顶的下面增加一个辐射屏障，阻止热量从屋顶渗入。如4-19 中，可以看出铝或者镀锌钢的反射率较高，出于经济性的考虑，在豫北地区“城中村”改造中可以用廉洁的铝箔置于屋顶之下，这将阻止一大部分热量辐射到阁楼或者顶棚上。

图 4-20 蓄水屋面

图 4-21 太阳石住宅屋顶平面

　　(3) 蓄水屋面

　　蓄水屋面的设计考虑，就是利用水的蓄热和蒸发吸热作用，降低外界环境变化对室内空间的影响。重庆大学曾试验过一种蓄水屋顶如图 4-20，实验表明在屋顶蓄水 250mm 时，室内屋顶表面温度可降低近 8℃。另外，在蓄水屋面上增加可移动的隔热板，可以更好地发挥蓄水屋面的“应变”能力。如图 4-21，通过调节隔热板的开合，来决定蓄水屋面吸收或释放太阳辐射，从而保持比较舒适的室内环境质量。

　　(4) 双层屋面

　　双层屋面系统设计克服了单层屋面在应对外界环境变化时的局限性，增加了屋面应对外界环境变化的能力。结合豫北地区“城中村”改造的具体情况，“双层皮”屋顶的设计手法有以下四个方面的思考：第一，空心板通风屋面，如图 4-22 所示湖南大学与湖南省建筑设计院试制的一种钢筋混凝土空心板；第二，设计顶层阁楼，受豫北地区传统民居中闷顶空间设计的启发，在“城中村”改造中住宅楼坡屋顶设计中，将阁楼空间作为建筑室内外的缓冲层；第三，屋顶露台遮阳设计，将住宅楼屋顶平台设计为公共活动空间并进行遮阳设计，将屋顶遮阳系统作为“双层皮”屋顶的外界面。第四，一种简易设计的稻草屋面，这种设计手法受到豫北地区菜农塑料大棚的启发，就是稻草成捆编织置于屋顶之上，如图 4-23 所示，摊开稻草阻止热量进入室内或阻止室内热量的散发，收起稻草则允许室内空间在白天吸收太阳辐射或在在夜间散发热量。

图 4-22 钢筋混凝土空心板兜风屋面

图 4-23 稻草屋面示意

　　(5) 绿化屋面

　　绿化屋面可起到保温、保护建筑构造、储存雨水的作用，是一项值得普遍推广的适宜技术。屋顶绿化可以减少太阳辐射热对屋顶的影响，覆盖的种植土也可以减小室内空间温度的波动，一般厚 30cm 的屋顶种植土就可延迟传热达 9小时。屋顶绿化还可以丰富建筑的第五立面，可以带来四季不同的色彩变化。

　　4.4.3.2、墙体

　　(1) 水墙

　　水墙构造是墙体与水的结合，充分利用水的流动性和蓄热系数高的特性，构造“水墙”式外维护界面。如图 4-24，豫北地区高家台村中水墙面设计，可以将其应用于“城中村”改造中，在炎热的夏季特别针对住宅的西立面，结合屋顶收集雨水，利用水的蓄热和蒸发吸热作用，达到给住宅降温的效果。同时这一设计也可以作为住区景观设计的一部分，营造优美的居住环境。

图 4-24 水墙面

　　(2) 绿化墙体

　　绿化墙体的形式有附壁式、悬挂式、骨架加花盆、模块化墙面绿化、铺贴式墙面绿化等，可以结合墙体柱、阳台、窗台等地方设置。同样也可以结合水墙面共同设计，用流动的雨水作为墙体绿化的灌溉系统。对远离自然的现代居住形式而言，墙体绿化也可为向往自然的居住者提供心灵慰藉。

　　(3) 双层墙

　　双层墙即为“双层皮”外维护结构，一般有内外两个界面以及两个界面间的空腔组成，其阻挡太阳辐射热的能力，主要取决于外侧界面的吸收能力、空腔的反射能力以及空腔的通风能力。空腔设计为可开启式，封闭空腔用于保温，敞开空腔用于散热。若用于隔热的双层墙面，外侧墙面可处理为镂空形式，为内侧墙面提供遮阳的同时，也不完全阻挡吹向墙面的气流。

　　若双层墙的外侧为玻璃材质，并在内侧墙体顶端和底端留有通风口，“双层皮”外维护结构则会成为一种兼具玻璃效应和烟囱效应的墙体系统—特朗伯墙。

　　根据豫北地区的气候条件，“城中村”改造中的建筑外维护结构也可采用特朗伯墙的做法。如图 4-25 所示，冬季白天打开内侧墙体上下通风口，腔体内被太阳辐射热加热的空气上升形成循环，使室内空气被不断加热；冬季夜晚关闭内侧墙体通风口，降下可调节绝热层阻止室内热量流失；夏季白天降下可调节隔热层并打开外侧玻璃墙上下通风口，阻止太阳辐射热进入室内并通过腔体内空气的流通带走墙体内聚集热量；夏季夜晚收起可调节绝热层，使双层墙体的通风口都保持开启状态，加速室内热量向外散发的速度。

图 4-25 特朗伯墙

　　4.4.3.3、应变式遮阳

　　采光与遮阳似乎是相对矛盾的两个方面，在进行住宅设计时要综合的考虑才能达到最佳效果。遮阳设施应该设计为采光系统的一部分统一设计。根据遮阳系统的调控方式，可将遮阳系统分为三种类型：固定式遮阳、可调节式遮阳及应变式遮阳。

　　固定式遮阳主要综合考虑当地太阳入射角在不同季节的变化，来达到夏季防晒和冬季得热的目的。可调节式遮阳可以依据外界环境变化进行调控，以达到日光的最大效益以及过度热增益的防护。使遮阳系统具有可调控性以及更高的利用率。在这两种遮阳设计之外，根据豫北地区的气候条件，提出适合在“城中村”改造中应用的应变式遮阳做法。

　　应变式遮阳是充分利用植物生物特性的一种遮阳系统，如图 4-26 布伦特·史密斯设计的 Abramson 住宅，用植物为房屋和平台遮阳。这样的做法同样适用于豫北地区的气候条件，在“城中村”改造中新建住宅楼的入口处、宅间空地以及屋顶平台上，利用当地材料搭设棚架并种植落叶性藤蔓植物，这些植物的生长能够很好的遵循气候变化的规律，夏季最炎热的几个月里它们长满了叶子提供遮阳；冬季无叶状态为太阳照射提供可能。棚架也为居民提供了公共交流的空间，唤起了居民在传统村落葡萄架下纳凉的情景记忆。是一种非常适合豫北地区“城中村”改造活动的遮阳设计。

图 4-26 Abramson 住宅应变遮阳设计