初探光導(dǎo)管系統(tǒng)在古建筑改造中的運(yùn)用

張明輝 李莉萍

摘要：在越來越多古建筑修繕與改建的時(shí)候需要引入新興科技，因此本文探討在改造中為了解決室內(nèi)采光等物理?xiàng)l件而導(dǎo)入的光導(dǎo)管系統(tǒng)，具體分析實(shí)際案例的優(yōu)缺點(diǎn)與現(xiàn)有狀況，參考已有研究進(jìn)行論述。本研究對古建改造來說是一種新嘗試與探索，為國內(nèi)該項(xiàng)技術(shù)的提高提供參考。

Abstract： More and more ancient building repair and reconstruction need the introduction of new technology， so this paper discusses the light guide system used to solve the physical conditions such as indoor lighting， specifically analyzes the advantages and disadvantages of the actual cases and the current situation， and makes a discussion referencing to the existing research. This study is a new attempt and exploration to ancient transformation， which has provided references for the improvement about this technology in China.

關(guān)鍵詞：光導(dǎo)管系統(tǒng)；古建筑；太陽能；物理環(huán)境

Key words： light guide system；ancient architecture；solar；physical environment

中圖分類號：TU113.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）01-0111-03

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步，綠色建筑、節(jié)能技術(shù)等關(guān)鍵詞逐漸被人們所熟知。其中，取之不竭的太陽能是被人們利用最多的，也是最清潔的能源。如何最有效地合理利用太陽能，是當(dāng)今也是未來綠色節(jié)能建筑所關(guān)注的一大重點(diǎn)。

太陽能的利用方式很多，光電板發(fā)電、太陽能蓄熱等等。老百姓使用最多的就是太陽能熱水器了，每天早上只要放進(jìn)涼水，在自然太陽的照射下到了晚上就可以舒舒服服的洗個(gè)熱水澡了。太陽能的光能部分幾乎只是透過窗戶、門洞的方式，給屋內(nèi)帶來自然光，同時(shí)帶入一定的熱量，其使用效率還是很低的。為此，人們研究出很多新技術(shù)來更好地利用太陽能光能，光導(dǎo)管系統(tǒng)就是其中之一。

光導(dǎo)管照明系統(tǒng)，其工作原理是是通過采光裝置聚集室外的自然光線并將其導(dǎo)入系統(tǒng)的內(nèi)部，再經(jīng)過導(dǎo)光裝置強(qiáng)化和99%的高效傳輸后，由系統(tǒng)底部的漫射裝置把自然光均勻地照射到室內(nèi)任何需要光線的地方（見圖1）。因?yàn)橄牡氖翘柲苓@種可再生能源，同時(shí)減小了常規(guī)能源帶來的環(huán)境污染，據(jù)統(tǒng)計(jì)能夠節(jié)約20%-30%的建筑用電，對整個(gè)建筑節(jié)能有著重要的意義。

1 概述

我國正處于城市化高速發(fā)展的時(shí)期，當(dāng)我們在關(guān)注于城市擴(kuò)張和舊城更新的時(shí)候，歷史沉淀形成的富有人情味的老城在“舊貌換新顏”的同時(shí)毀于一旦，取而代之的是“千城一面”的沒有個(gè)性化的城市空間。

對于昆明，甚至對于云南來說，少數(shù)民族聚居，分布于山水之間，意味著不少的老房子，老房子就表示有這老房子的感情在里面。發(fā)展和更新對于云南人來說不陌生，但是云南人不會因?yàn)闀簳r(shí)的利益而忘記對老房子的情懷。于是，更多的老房子在歷史的河流中留存了下來。

昆明雖然地處祖國西南部，但是它的老房子（見圖2），其實(shí)和中國建筑的傳統(tǒng)離不開，大多數(shù)還是院落，并且緊湊地建在一起，于是乎，從現(xiàn)代人角度來說，通風(fēng)、采光就變成了一個(gè)需要重視的問題。

在一次課程設(shè)計(jì)①中，同樣在解決老房子通風(fēng)采光問題上，為了盡可能不破壞舊建筑的整體外觀和結(jié)構(gòu)，提出加入光導(dǎo)管系統(tǒng)，初次接觸光導(dǎo)管系統(tǒng)，只是理論上將光導(dǎo)管運(yùn)用在舊建筑改造之中。

2 思考

中國古建筑，不但具有悠久的歷史，而且以它獨(dú)特的風(fēng)格和歷史意義，在世界建筑史上占有重要地位。中國古建筑和其他一切歷史文物一樣，其價(jià)值就在于它的歷史遺留性，不可能再生產(chǎn)、再建造，一經(jīng)破壞就無法挽回。因此，在古建筑保護(hù)上面，我們都要特別的重視。

光導(dǎo)管系統(tǒng)作為新興技術(shù)，構(gòu)造簡單，造價(jià)低廉，它的發(fā)展與利用才剛剛被人們所熟知，但是作為一種新事物，沒有人能夠站出來信誓旦旦地說這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟。有沒有可能讓光導(dǎo)管系統(tǒng)的管徑做小而增大光通量呢？能不能有新的技術(shù)讓光能儲存，在夜晚也能運(yùn)用起來？能不能有新技術(shù)能調(diào)節(jié)解決中午室外強(qiáng)光的不利呢？

一個(gè)是古建筑保護(hù)，一個(gè)是新興的技術(shù)，這兩者本身就存在一定的矛盾對立。

我們在對古建筑進(jìn)行保護(hù)改造建設(shè)的時(shí)候，考慮到引入新技術(shù)，但是新技術(shù)是否會對古建筑的結(jié)構(gòu)、樣貌或者古建筑的風(fēng)格文化帶來影響，需要仔細(xì)的深慮。

首先先說古建，中國古建筑多以木結(jié)構(gòu)為主，各種法式，舉架，梁、椽、檁等等，屋頂部分復(fù)雜多變（見圖3），要想在不改變結(jié)構(gòu)的情況下加入新技術(shù)，是有一定難度的，同時(shí)還要保證對古建的形式?jīng)]有影響。中國的老房子建筑布局基本是緊靠在一起，基本建筑外觀沒有過多地開窗進(jìn)行通風(fēng)采光，主要依靠院落，通過天井來采光。住過90年代舊房子的人都知道，里屋燒不到太陽的地方容易發(fā)霉潮濕，不僅對平時(shí)生活帶來困擾，也對人體健康有一定傷害。因此，通過光導(dǎo)管系統(tǒng)，將陽光導(dǎo)入到室內(nèi)，或者說是常年照不到太陽的地方，何曾不是一種新思路。

在課程設(shè)計(jì)中，對古建筑進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)古建的屋頂構(gòu)造復(fù)雜，基本依靠木結(jié)構(gòu)傳遞荷載。因此在加入新技術(shù)的時(shí)候，對原有構(gòu)造幾乎不能亂動(dòng)。在建筑的兩側(cè)，還有兩個(gè)小天井，盡量最大化利用小天井也是一個(gè)方向。由于古建筑的建造年代久遠(yuǎn)，對建筑內(nèi)部環(huán)境的舒適并不是太注重，造成古建筑內(nèi)部空間使用上，缺少溫度、亮度等物理舒適性。而我們在加入新的構(gòu)造的同時(shí)，不可避免會影響到本身的結(jié)構(gòu)，例如穿越墻壁、樓板，勢必會影響原有的保溫、隔熱等性能。因此在光導(dǎo)管系統(tǒng)里同時(shí)也要考慮系統(tǒng)本身的保溫隔熱性能。目前國際上的光導(dǎo)管系統(tǒng)多數(shù)用在地下車庫，或者進(jìn)深較大的辦公建筑，以及面積較大的工廠，在古建筑改造中的使用還是很少出現(xiàn)的。

設(shè)計(jì)過程中，發(fā)現(xiàn)了不少問題，例如，光導(dǎo)管帶來改善室內(nèi)采光的作用，具體有多少的提高以及該功能需求量是多少等等，這些都在設(shè)計(jì)的時(shí)候沒有細(xì)致地考慮。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中，將普通光導(dǎo)管系統(tǒng)與通風(fēng)管組合（見圖4、圖5），目的是想在一個(gè)系統(tǒng)里面同時(shí)解決通風(fēng)和采光的問題，以減少占用原有建筑的空間。

3 融合

我們通過調(diào)查知道，住在老屋子里的人雖然安于現(xiàn)狀，喜歡繼續(xù)待在老房子里，不僅僅是生活習(xí)慣不愿意打破，更是對情懷的一種留戀。

現(xiàn)代綠色建筑所倡導(dǎo)的健康環(huán)保，在建筑改造里面，針對于老房子來說，體現(xiàn)在對原有屋內(nèi)昏暗潮濕等環(huán)節(jié)的改造。將光導(dǎo)管系統(tǒng)引入進(jìn)來，首先對室內(nèi)采光條件的改善，由于光導(dǎo)管完全利用反射太陽光的原理，太陽光相比于燈光更自然，自然光光線柔和，同時(shí)陽光中的紅外線與紫外線帶來室內(nèi)溫度的改善和一定的殺菌作用。太陽光經(jīng)過了光導(dǎo)管系統(tǒng)處理，濾去了一定頻譜和炫光，在采光罩上加設(shè)防輻射涂層，還能夠有效地過濾有害輻射。同時(shí)，對室內(nèi)有一定殺菌升溫的作用，這一點(diǎn)對于古建有著重要的作用。古建筑其特殊的歷史因素，絕大多數(shù)使用木材作為建筑材料，在很多方面均要考慮防水防潮的處理，不然年代久遠(yuǎn)加上潮濕，建筑非常容易腐蝕倒塌，在引入太陽光后，這些問題均能得到一定改善。

作為一種新型的自然采光照明系統(tǒng)，它具有很大的發(fā)展空間，同時(shí)也存在一些缺陷：

一是因?yàn)槭峭耆锰柟?，就受到了氣候的影響。不同季?jié)、不同天氣甚至在不同地區(qū)，都會對采光效果有所影響。

二是中國地域廣闊，跨越多緯度，因此在不同地區(qū)，日照時(shí)間有長有短，在日照量少的地區(qū)，光導(dǎo)管系統(tǒng)效果就不是很明顯。

三是由于光導(dǎo)管本身采光方式的限制，導(dǎo)光管系統(tǒng)有一定的時(shí)段性。晴天的中午采光效果最好，而在早晚太陽升降時(shí)光通量不能滿足照明要求。另外，導(dǎo)光管系統(tǒng)在夜晚不能進(jìn)行照明，因此到了夜晚就需要完全的人工采光了。

四是由于技術(shù)要求，比較成熟、性能較高的光導(dǎo)管只有國外的某些大公司才能生產(chǎn)，國內(nèi)技術(shù)跟不上。導(dǎo)致光導(dǎo)管的普及還需要進(jìn)一步的技術(shù)突破來降低成本。

五是光導(dǎo)管安裝問題。安裝的時(shí)候要與其他管道一起安裝，而且最好是在建造之前就設(shè)計(jì)好。如果在建成之后再將技術(shù)引入，則會對基本結(jié)構(gòu)造成破壞。同時(shí)，該系統(tǒng)便于低層建筑的使用，高層建筑則會增大成本，沒有優(yōu)勢。

除了導(dǎo)光管系統(tǒng)本身自帶的缺陷，我們在系統(tǒng)外貌上也要注意。古建室內(nèi)的色調(diào)多為古色古香等暗色系，導(dǎo)光管的銀白色顯眼，而且在整體的色調(diào)上也是不搭的，而在古建里面，木制的質(zhì)感很容易被破壞，因此要在外表面做處理。與此同時(shí)，光導(dǎo)管系統(tǒng)連通了建筑的內(nèi)外部，對建筑保溫等有一定影響，這就要求對導(dǎo)管構(gòu)造方面增加一些保溫隔熱甚至防水等材料，這些措施都是對現(xiàn)有光導(dǎo)管技術(shù)的一些改進(jìn)以及所缺乏的。

4 小結(jié)

古建保護(hù)與改造，加入新技術(shù)，目的是好的，但是不能隨隨便便地亂加，要考慮的東西很多。加入新技術(shù)的合理性與可實(shí)施性是不是滿足要求？新技術(shù)的成本能否比其他普通改造技術(shù)低？古建的改造不僅僅是作為第三方的角度來看的，還要考慮古建現(xiàn)有使用者，他們的看法是什么？我們在不斷的創(chuàng)新之中要不斷地對自己的想法提出質(zhì)疑，才能有所進(jìn)步，有所突破。

對于古建筑與光導(dǎo)管系統(tǒng)的結(jié)合使用，也許很多古建改造中并沒有真正的使用，但是我們提出新方法，作出嘗試，希望在更多的實(shí)際案例中嘗試地進(jìn)行利用改造，在實(shí)際使用中才能提出更多的建議與優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)行更深的研究，才能讓該項(xiàng)技術(shù)在中國得到提高與發(fā)展。

注釋：

①課程設(shè)計(jì)：研一第二學(xué)期課程設(shè)計(jì)作業(yè)，題目《建筑熱環(huán)境研究與測試——以盤龍區(qū)文化館為例》。

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