中國(guó)的古建筑園林如今大多成為人們參觀或是學(xué)者研究的對(duì)象。游客們走馬觀花，而深入的研究又局限于專業(yè)人員。這樣的趨勢(shì)使得古建筑被束之高閣。要讓人們更多地領(lǐng)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(jìn)人們的生活，為人們所用，所了解，而不只是觀賞品。本篇報(bào)告即是基于此點(diǎn)，從建筑物理的角度，初步探究對(duì)古建筑的適當(dāng)改造以適應(yīng)現(xiàn)代的生活需要。

　　1 前言
　　中國(guó)古建筑及園林很多都是木質(zhì)結(jié)構(gòu)，由于木材容易腐蝕，防火能力弱，強(qiáng)度不高，保留至今的木制古建筑數(shù)量有限，年代久遠(yuǎn)的更是屈指可數(shù)。現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展以來(lái)，人口增長(zhǎng)，各城市用地緊張，很多地區(qū)對(duì)古建筑沒(méi)有能力妥善保護(hù)或利用，以至于很多具有歷史價(jià)值的建筑損毀嚴(yán)重甚至被完全拆除。如何對(duì)待歷史留給我們的建筑？是文化的禮物還是發(fā)展的負(fù)擔(dān)？如何利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)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(rèn)為利用先進(jìn)技術(shù)，在不損壞古建筑的前提下，將木結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行改造提高保溫隔熱性能以適應(yīng)現(xiàn)代生活需要。
　　
　　2 背景
　　汪氏小苑位于江蘇揚(yáng)州老城區(qū)之中，緊挨著京杭大運(yùn)河和秦淮河的兩條支流，所在街道古時(shí)都為鹽商的宅院，是現(xiàn)存揚(yáng)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(yùn)河漕運(yùn)生意遷來(lái)?yè)P(yáng)州，轉(zhuǎn)做運(yùn)鹽生意后更為發(fā)達(dá)。汪竹銘有四子一女，分別經(jīng)營(yíng)鹽業(yè)、房地產(chǎn)（上海）、皮貨（南京）及金融（上海）等產(chǎn)業(yè)，汪家顯赫一時(shí)。抗日戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)后，汪氏一家輾轉(zhuǎn)逃難到上海，在上海經(jīng)營(yíng)房地產(chǎn)。
　　建國(guó)以后，汪氏小苑由揚(yáng)州市公安局使用，20世紀(jì)五六十年代，揚(yáng)州各處民間的手工藝開(kāi)始興盛，很多精巧的手藝都后繼有人，汪氏小苑后又成為揚(yáng)州制花工藝廠，直至近十年來(lái)，汪氏小苑成為單純的旅游景點(diǎn)。
　　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(jìn)延伸，前后中軸貫穿。構(gòu)屋取奇數(shù)組合，體現(xiàn)奇數(shù)為陽(yáng)，偶數(shù)為陰的風(fēng)水意識(shí)。
　　本次調(diào)查對(duì)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(huán)境現(xiàn)狀
　　居室完全由木材構(gòu)造，屋頂為坡屋頂。門口對(duì)面同樣為小姐居室，構(gòu)造相同并和此間完全對(duì)稱。進(jìn)門便可看見(jiàn)兩個(gè)衣柜，右邊為床榻和如廁的地方，光線較暗，左手邊是一個(gè)小小的梳妝臺(tái)。再往里走是一個(gè)小的會(huì)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(jiàn)屋內(nèi)的活動(dòng)，而光線卻可毫無(wú)阻擋地透到屋內(nèi)來(lái)。
　　房間入口很暗，進(jìn)門往里面看到會(huì)客的小廳時(shí)，就突然亮了起來(lái)，如圖3。玻璃窗格都是不可開(kāi)啟的，因而覺(jué)得房間內(nèi)很悶熱，不過(guò)從外面看和其他房間沒(méi)有差別。這間房唯一的通風(fēng)口就是門。床榻靠墻放置，所在的地方相對(duì)暗一些。雖然床邊的木墻是放在石板上，但因?yàn)槭寝D(zhuǎn)角陰暗處，終年不見(jiàn)陽(yáng)光，總是有些濕濕的。木床常年靠在有些潮濕的墻上也會(huì)受些影響，冬天在床上休息會(huì)很濕冷，如圖4。
　　
　　4 建筑環(huán)境科學(xué)因素分析
　　研究對(duì)象門口光線較弱是由于房間門口朝向?yàn)闁|，且門口兩側(cè)都有伸出的墻體維護(hù)遮擋，自然采光少。
　　房間內(nèi)相比較室外溫度高一些，夏季比較悶熱是由于房間內(nèi)沒(méi)有特意設(shè)置的通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)口僅為門，整個(gè)建筑的通風(fēng)系統(tǒng)主要為天井，而這間房屋沒(méi)有直接和天井相連接的通風(fēng)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(fēng)性能不好。
　　根據(jù)以上對(duì)建筑環(huán)境的分析，最終選取了熱環(huán)境的分析和改造作為深入分析的環(huán)境因素。
　　所選房間原為小姐居室，構(gòu)造相對(duì)封閉以適應(yīng)當(dāng)初的功能需要，因此造成了這個(gè)房間夏天比較悶熱的熱環(huán)境特征，墻體都為木結(jié)構(gòu)，沒(méi)有特殊的保溫隔熱層，因此這個(gè)房間在冬天也是比較冷的。即使現(xiàn)在用作旅游景點(diǎn)，游客在這間房屋中停留的時(shí)間也相對(duì)較短。而若要將此間房屋再利用作為現(xiàn)代的辦公，手工作坊或者居住使用，則需要在熱環(huán)境方面有很大的改進(jìn)。
　　數(shù)據(jù)來(lái)源ECOTECT模型分析，為分析其熱環(huán)境，將研究時(shí)間定為一年中的最熱日。主要記錄了不舒適度，最熱日逐時(shí)溫度，最熱日逐時(shí)熱損失，直接太陽(yáng)得熱，間接太陽(yáng)得熱，維護(hù)結(jié)構(gòu)得熱，通風(fēng)得熱，區(qū)域間得熱，溫度/得熱關(guān)系比較的具體數(shù)據(jù)。
　　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(guò)熱，藍(lán)色表示過(guò)冷。示意條越長(zhǎng)即偏離中線越遠(yuǎn)，表明此月份越不舒適，或者說(shuō)要維持舒適需要的能耗越高。由此圖可知，這個(gè)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(shí)氣溫：
　　圖6為最熱日逐時(shí)溫度，圖7為最冷日逐時(shí)溫度。圖表中深藍(lán)色線為室外溫度，淺紫色為室內(nèi)溫度。當(dāng)室內(nèi)溫度高于室外溫度時(shí)，室外溫度對(duì)室內(nèi)溫度沒(méi)有明顯影響。而當(dāng)室外溫度上升，直至高過(guò)室內(nèi)溫度時(shí)，室內(nèi)溫度受其影響也開(kāi)始上升（最熱日逐時(shí)溫度圖表較為明顯）。到夜間，室外降溫時(shí)，室內(nèi)溫度沒(méi)有明顯下降。
　　由此可以看出，當(dāng)室外溫度較低時(shí)，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(wěn)定。當(dāng)室外溫度較高時(shí)，房屋沒(méi)有很好的隔熱性能，隨溫度波動(dòng)較大，而當(dāng)室外溫度由高降低時(shí)，房屋沒(méi)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(jìn)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(shí)溫度的圖表進(jìn)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(nèi)的溫度曲線都緊靠著室外溫度曲線。
　　由于江蘇揚(yáng)州整體氣象環(huán)境夏季溫度超過(guò)30攝氏度的時(shí)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(shí)段，并且溫度在-10攝氏度至10攝氏度的時(shí)間較長(zhǎng)。因此，研究這個(gè)房間在冬季的保溫功能更為重要。
　　維護(hù)結(jié)構(gòu)得熱：
　　如圖8所示：此房間在夏天得熱較少，而冬季持續(xù)失熱較多。得熱來(lái)源有維護(hù)結(jié)構(gòu)，陽(yáng)光及與較熱空間的通風(fēng)換氣，以上圖表顯示維護(hù)結(jié)構(gòu)在冬季不能很好的獲得及儲(chǔ)存熱量。
　　太陽(yáng)得熱：
　　如圖9所示：此間房屋在冬季獲得太陽(yáng)熱量不是很多。由于房屋沒(méi)有明顯的開(kāi)窗，且玻璃窗口的朝向?yàn)闁|方，獲得陽(yáng)光照射時(shí)間也最多為半天，所以從太陽(yáng)得熱主要還是靠維護(hù)結(jié)構(gòu)吸熱和蓄熱。
　　區(qū)域間得熱：
　　如圖10所示：此房間在夏天溫度高于周圍區(qū)域，所以在五月到九月期間此房間向周圍區(qū)域散熱，而冬天是溫度低于周圍區(qū)域，呈現(xiàn)吸熱狀態(tài)。所以可以考慮改進(jìn)房間中的通風(fēng)系統(tǒng)，使得房間在冬季更好地和周圍區(qū)域進(jìn)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(hù)結(jié)構(gòu)得熱和太陽(yáng)得熱都較少，還可向周邊區(qū)域散熱，室內(nèi)溫度主要受氣候影響。由于該建筑所在地區(qū)的環(huán)境氣候夏季較溫?zé)幔瑳](méi)有酷熱的狀況出現(xiàn)，因此夏季建筑內(nèi)相對(duì)宜人。而在冬季，建筑的維護(hù)結(jié)構(gòu)蓄熱能力較差，太陽(yáng)得熱較少，可從周邊區(qū)域通過(guò)氣流交換吸收熱量，但又因?yàn)樵裙δ艿南拗仆L(fēng)情況不是很好。因此，冬季的保溫能力很差。
　　
　　5 改進(jìn)方案
　　通過(guò)以上的數(shù)據(jù)分析，對(duì)該建筑的改進(jìn)方案，主要嘗試改善其維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫蓄熱能力及通風(fēng)系統(tǒng)。
　　1）木結(jié)構(gòu)的房屋向外散熱的方式主要是外墻通過(guò)導(dǎo)熱方式傳遞熱量和外墻通過(guò)空氣滲透?jìng)鳠醿煞N方式。
　　外墻通過(guò)導(dǎo)熱方式傳遞熱量時(shí)，墻體厚度越大，熱阻越大，保溫性能越好。但對(duì)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(gè)建筑群最外層的木墻上。外墻通過(guò)空氣滲透?jìng)鳠峒词且獙?duì)木墻的氣密性進(jìn)行改進(jìn)。由于木墻日曬雨淋，有一些由于不均勻的形變產(chǎn)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(huán)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(fēng)的作用。因此可在房間開(kāi)啟通風(fēng)口。考慮到盡量維持建筑的原貌，可在檐下開(kāi)高窗通風(fēng)。
　　
　　6 驗(yàn)證性分析
　　7 綜合討論及未來(lái)可延伸的研究方向
　　中國(guó)古建筑及園林很多都是木質(zhì)結(jié)構(gòu)，由于木材容易腐蝕，防火能力弱，強(qiáng)度不高，現(xiàn)今保留下來(lái)的木制古建筑數(shù)量有限，年代久遠(yuǎn)的更是屈指可數(shù)。現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展以來(lái)，人口增長(zhǎng)，各城市用地緊張，很多地區(qū)對(duì)于古典建筑沒(méi)有能力妥善保護(hù)或利用，以至于很多有歷史價(jià)值的古建筑損毀嚴(yán)重甚至被完全拆除。如何對(duì)待歷史留給我們的建筑？是文化的禮物還是發(fā)展的負(fù)擔(dān)？答案是肯定的，利用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)在不損壞古建筑的前提下，將木質(zhì)建筑進(jìn)行改造，提高保溫隔熱性能，以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)需要。