淺談古建筑改造再次利用的方法措施

中國的古建筑園林如今大多成為人們參觀或是學者研究的對象。游客們走馬觀花，而深入的研究又局限于專業人員。這樣的趨勢使得古建筑被束之高閣。要讓人們更多地領略古建筑的魅力，就需要在不損壞的前提下讓古建筑重新走進人們的生活，為人們所用，所了解，而不只是觀賞品。本篇報告即是基于此點，從建筑物理的角度，初步探究對古建筑的適當改造以適應現代的生活需要。

　　1 前言
　　中國古建筑及園林很多都是木質結構，由于木材容易腐蝕，防火能力弱，強度不高，保留至今的木制古建筑數量有限，年代久遠的更是屈指可數。現代工業發展以來，人口增長，各城市用地緊張，很多地區對古建筑沒有能力妥善保護或利用，以至于很多具有歷史價值的建筑損毀嚴重甚至被完全拆除。如何對待歷史留給我們的建筑？是文化的禮物還是發展的負擔？如何利用現代科學技術提高古建筑的物理性能是值得深入探討的課題，因此，本人認為利用先進技術，在不損壞古建筑的前提下，將木結構建筑進行改造提高保溫隔熱性能以適應現代生活需要。
　　
　　2 背景
　　汪氏小苑位于江蘇揚州老城區之中，緊挨著京杭大運河和秦淮河的兩條支流，所在街道古時都為鹽商的宅院，是現存揚州最為完整的清朝鹽商住宅。主人汪竹銘原為徽商，后因京杭大運河漕運生意遷來揚州，轉做運鹽生意后更為發達。汪竹銘有四子一女，分別經營鹽業、房地產（上海）、皮貨（南京）及金融（上海）等產業，汪家顯赫一時。抗日戰爭爆發后，汪氏一家輾轉逃難到上海，在上海經營房地產。
　　建國以后，汪氏小苑由揚州市公安局使用，20世紀五六十年代，揚州各處民間的手工藝開始興盛，很多精巧的手藝都后繼有人，汪氏小苑后又成為揚州制花工藝廠，直至近十年來，汪氏小苑成為單純的旅游景點。
　　圖1為汪氏小苑的示意平面圖，住宅橫為三路并列，縱為主房三進延伸，前后中軸貫穿。構屋取奇數組合，體現奇數為陽，偶數為陰的風水意識。
　　本次調查對象為此中一間原為小姐居室房間（如圖中圈起位置），其平面示意圖如圖2。
　　
　　3 建筑環境現狀
　　居室完全由木材構造，屋頂為坡屋頂。門口對面同樣為小姐居室，構造相同并和此間完全對稱。進門便可看見兩個衣柜，右邊為床榻和如廁的地方，光線較暗，左手邊是一個小小的梳妝臺。再往里走是一個小的會客廳，雕花的圓桌和凳子，客廳臨著天井的那面墻上一米高以上都是玻璃窗格。窗格上有凹凸的花紋，屋外看不見屋內的活動，而光線卻可毫無阻擋地透到屋內來。
　　房間入口很暗，進門往里面看到會客的小廳時，就突然亮了起來，如圖3。玻璃窗格都是不可開啟的，因而覺得房間內很悶熱，不過從外面看和其他房間沒有差別。這間房唯一的通風口就是門。床榻靠墻放置，所在的地方相對暗一些。雖然床邊的木墻是放在石板上，但因為是轉角陰暗處，終年不見陽光，總是有些濕濕的。木床常年靠在有些潮濕的墻上也會受些影響，冬天在床上休息會很濕冷，如圖4。
　　
　　4 建筑環境科學因素分析
　　研究對象門口光線較弱是由于房間門口朝向為東，且門口兩側都有伸出的墻體維護遮擋，自然采光少。
　　房間內相比較室外溫度高一些，夏季比較悶熱是由于房間內沒有特意設置的通風系統，通風口僅為門，整個建筑的通風系統主要為天井，而這間房屋沒有直接和天井相連接的通風口。并且木材散熱性能較弱。
　　冬天濕冷是由于木材受潮后水分不易散去，且房間通風性能不好。
　　根據以上對建筑環境的分析，最終選取了熱環境的分析和改造作為深入分析的環境因素。
　　所選房間原為小姐居室，構造相對封閉以適應當初的功能需要，因此造成了這個房間夏天比較悶熱的熱環境特征，墻體都為木結構，沒有特殊的保溫隔熱層，因此這個房間在冬天也是比較冷的。即使現在用作旅游景點，游客在這間房屋中停留的時間也相對較短。而若要將此間房屋再利用作為現代的辦公，手工作坊或者居住使用，則需要在熱環境方面有很大的改進。
　　數據來源ECOTECT模型分析，為分析其熱環境，將研究時間定為一年中的最熱日。主要記錄了不舒適度，最熱日逐時溫度，最熱日逐時熱損失，直接太陽得熱，間接太陽得熱，維護結構得熱，通風得熱，區域間得熱，溫度/得熱關系比較的具體數據。
　　逐月能耗/不舒適度：
　　如圖5所示：X軸表示月份，Y軸表示舒適度或維持舒適所需的能耗。紅色表示過熱，藍色表示過冷。示意條越長即偏離中線越遠，表明此月份越不舒適，或者說要維持舒適需要的能耗越高。由此圖可知，這個房間在冬夏兩季極為不舒適，在六，十二，一，二月份，維持舒適度所需的能耗很高。
　　最熱日逐時氣溫：
　　圖6為最熱日逐時溫度，圖7為最冷日逐時溫度。圖表中深藍色線為室外溫度，淺紫色為室內溫度。當室內溫度高于室外溫度時，室外溫度對室內溫度沒有明顯影響。而當室外溫度上升，直至高過室內溫度時，室內溫度受其影響也開始上升（最熱日逐時溫度圖表較為明顯）。到夜間，室外降溫時，室內溫度沒有明顯下降。
　　由此可以看出，當室外溫度較低時，房屋有一定的保溫作用，最多可高于室外5攝氏度，并且溫度較為穩定。當室外溫度較高時，房屋沒有很好的隔熱性能，隨溫度波動較大，而當室外溫度由高降低時，房屋沒有很好的散熱功能，依舊保持原有的較高溫度。所以這間房屋需要進一步研究的地方有夏季的隔熱和散熱功能以及冬季的保溫功能。
　　將兩張最熱日和最冷日逐時溫度的圖表進行比較可看出：整體上房屋受外界溫度影響較大，不管是冬季還是夏季，房屋內的溫度曲線都緊靠著室外溫度曲線。
　　由于江蘇揚州整體氣象環境夏季溫度超過30攝氏度的時間僅有一月不足，而近十年的平均最高溫度為34攝氏度。而冬季溫度有低于0攝氏度的時段，并且溫度在-10攝氏度至10攝氏度的時間較長。因此，研究這個房間在冬季的保溫功能更為重要。
　　維護結構得熱：
　　如圖8所示：此房間在夏天得熱較少，而冬季持續失熱較多。得熱來源有維護結構，陽光及與較熱空間的通風換氣，以上圖表顯示維護結構在冬季不能很好的獲得及儲存熱量。
　　太陽得熱：
　　如圖9所示：此間房屋在冬季獲得太陽熱量不是很多。由于房屋沒有明顯的開窗，且玻璃窗口的朝向為東方，獲得陽光照射時間也最多為半天，所以從太陽得熱主要還是靠維護結構吸熱和蓄熱。
　　區域間得熱：
　　如圖10所示：此房間在夏天溫度高于周圍區域，所以在五月到九月期間此房間向周圍區域散熱，而冬天是溫度低于周圍區域，呈現吸熱狀態。所以可以考慮改進房間中的通風系統，使得房間在冬季更好地和周圍區域進行熱交換，而獲得更多的熱量。
　　綜上所述，該建筑在夏季的維護結構得熱和太陽得熱都較少，還可向周邊區域散熱，室內溫度主要受氣候影響。由于該建筑所在地區的環境氣候夏季較溫熱，沒有酷熱的狀況出現，因此夏季建筑內相對宜人。而在冬季，建筑的維護結構蓄熱能力較差，太陽得熱較少，可從周邊區域通過氣流交換吸收熱量，但又因為原先功能的限制通風情況不是很好。因此，冬季的保溫能力很差。
　　
　　5 改進方案
　　通過以上的數據分析，對該建筑的改進方案，主要嘗試改善其維護結構的保溫蓄熱能力及通風系統。
　　1）木結構的房屋向外散熱的方式主要是外墻通過導熱方式傳遞熱量和外墻通過空氣滲透傳熱兩種方式。
　　外墻通過導熱方式傳遞熱量時，墻體厚度越大，熱阻越大，保溫性能越好。但對于已建成的木建筑，增加其墻體的熱阻可以用附加保溫材料的方法。考慮到古建筑的美觀，往往只把保溫材料附加在整個建筑群最外層的木墻上。外墻通過空氣滲透傳熱即是要對木墻的氣密性進行改進。由于木墻日曬雨淋，有一些由于不均勻的形變產生的縫隙，可用玻璃絲保溫棉填塞，再在墻的表面刷漆或是涂料。
　　2）由于此間房屋所在的小環境類似于四合院，在四合院這樣的建筑形制中往往是用天井起到通風的作用。因此可在房間開啟通風口。考慮到盡量維持建筑的原貌，可在檐下開高窗通風。
　　
　　6 驗證性分析
　　7 綜合討論及未來可延伸的研究方向
　　中國古建筑及園林很多都是木質結構，由于木材容易腐蝕，防火能力弱，強度不高，現今保留下來的木制古建筑數量有限，年代久遠的更是屈指可數。現代工業發展以來，人口增長，各城市用地緊張，很多地區對于古典建筑沒有能力妥善保護或利用，以至于很多有歷史價值的古建筑損毀嚴重甚至被完全拆除。如何對待歷史留給我們的建筑？是文化的禮物還是發展的負擔？答案是肯定的，利用現代先進技術在不損壞古建筑的前提下，將木質建筑進行改造，提高保溫隔熱性能，以適應現代社會需要。