1、还有更多竹屋顶的隔热实验及建构处理刘小虎李保峰摘要:在华中科技大学建筑城规学院展厅扩建项目中，竹子被大量使用做屋顶隔热层。物理实验证明，竹子有良好的热工性能，在夏季使用竹子作隔热层的房间比没有竹子隔热层的房间最高温度低4。然而竹子用作屋顶的美感远比它的热工性能更有冲击力。通过这个项目，笔者体验到，竹子不仅是传统文化的延续，是绿色的建筑材料，它本身还有优异的值得发挥的性能。更进一步，笔者认为，绿色建筑不应单纯只是greenbuilding，而应该是绿色建筑学，即greenarchitecture，不能仅强调技术层面，还应该有对文化内涵的整合思考。1.概述:文化的竹中国是竹的国度:北起黄河流域，南
2、到海南岛，东起台湾，西到西藏，均有竹子自然分布，而以长江以南种子种类最多。中国人钟情于竹，尤其是士大夫阶层，竹子似乎成了文人品质和生活格调的象征，在中国文化中处处处留痕。且看这些关于竹子的记述，无不包含着对这种巨大草本植物的钟爱之情:“何可一日无此君“(宋之问)，“数竿青青竹,向我如有情“(白居易)，“独坐幽篁里，弹琴复长啸“(王维)，“可使食无肉，不可居无竹，无肉使人瘦,无竹使人俗“(苏东坡)。郑板桥“无竹不入居“，租房住也要先种竹子。在代表文人精神的植物中，“岁寒三友“有竹子，“四君子“也少不了竹子。苏东坡还觉得“岭南人当有愧于竹“，“食者竹笋，庇者竹瓦，载者竹筏，炊者竹薪，衣者竹皮，书者
3、竹纸，覆者竹鞋“。在造园史上，竹子魏晋时期就已成为造园要素，李格非的洛阳名园记评述的私园中绝大多数都有竹景，更把“三分水，二分竹，一分屋“作为理想人居模式;园冶中进而归纳出“结茅竹里“、“竹坞寻幽“、“移竹当窗“等多种竹子造景手法。到了现代，冯纪忠的何陋轩被台湾建筑师誉为“中国现代建筑的坐标点“1;在当代，随着生态意识的增强、以竹代木的呼声和东方文化的回归，竹子逐渐成为中外建筑师的新宠。支文军、秦蕾的竹化建筑对近年来竹子在建筑界的使用作了详细的介绍2。在华中科技大学建筑城规学院扩建项目中，竹子被大量使用做屋顶隔热层(见图1)。如上所述，使用竹子似乎是历史必然和文化责任，无须多说。而在这个项目中
4、，除了美和建构的层面，我们还想以物理实验的方法来探讨竹子的热工性能，以数据的方式为我们对竹子的钟爱做出评价。图1:竹子被大量使用做屋顶隔热层2.扩建概况图2:黄色为扩建部分我们调查了武汉地区的竹子使用情况。一千年前王禹偁在黄州新建的竹楼距武汉市70km，全竹结构3。近现代，有记载的武汉本地竹构倒较为少见，但自搭建的临时建筑、农家乐餐厅等为数众多。和武汉人生活联系最紧密的竹构是竹床，空调还没普及时家家户户都离不开，直到十几年前，夏天拖着竹床到户外过夜仍然是武汉人传统的消暑方式。直接用竹子做屋顶从工艺上讲并不难，过去、现在、国内外都有，但是竹子屋顶的耐用性难以解决。现在的一些简易竹楼，简单处理过的
5、竹屋顶不到五年就发霉变黑，难看而且容易漏雨，而对此一千年前王禹偁就记载过，“竹工云，竹之为瓦，仅十稔，若重覆之，得二十稔“。一千年后情况并没有乐观一些，并没有可靠的容易的延长使用寿命的办法。也许有涂料可以增强它的耐腐蚀性能，但市场上难以找到。既然没有简单易行的办法，加上工期短、经费有限，不允许我们用太长时间做工艺研究。我们转而探索用竹子在夹芯钢板屋顶下做隔热层的可能性。3.竹子隔热性能实验按照绿色建筑使用本地材料的要求，我们使用武汉盛产的钢材做主体结构，屋顶选用夹芯钢板。武汉夏天酷热，日照下的屋顶温度最高超过65。夹芯钢板虽然夹有聚苯乙烯等，但隔热效果并不理想;而竹子中空，内有空气间层，理论上
6、有较好的保温隔热性能，当然具体效果如何还有待验证。另外，空气的流动是否会对隔热反而有利?是保持竹子内部不流动的空气间层隔热效果好，还是打通竹节用流动的空气层隔热效果更好?这个问题光靠推理分析和查资料图3:屋顶搭建的两座小屋很难弄清楚，物理实验是最好的解决办法。我们在屋顶搭建了两座小屋作实验，一座屋顶使用夹芯钢板，另一座则在夹芯钢板下面加上一层约20CM厚的竹子(见图3)。经过一个夏天的测试，得到了这两组最有价值的对比实验结果:夹芯钢板+未打通竹子VS夹芯钢板，竹节不打通VS竹节打通。实验过程及结论如下:实验材料:竹子，夹芯钢板，铁丝等测量时间:60天，每次24小时，每20分钟计数一次测量地点:
7、建规学院楼顶，武汉，2005.8-2005.9测量工具:清华紫光温湿度自计仪，1.5米高度3.1实验一:夹芯钢板+未打通竹子VS夹芯钢板:3.1.1晴天温度比较(2005.8.9,12:00-2005.8.10,12:00)，见图4。红色曲线:夹芯钢板蓝色曲线:夹芯钢板+未打通竹子温度相差最大时段14:00-18:00红色曲线始终高于蓝色曲线，相差最大时段12:00-16:00，峰值分别为41和37。3.1.2晴天湿度比较(2005.8.912:00-2005.8.1012:00)，见图5，二者湿度相差不明显。3.2实验二:未打通竹子VS打通竹子VS室外3.2.1晴天温度比较(2005.9.1
8、312:00-2005.9.1414:00)，见图6，红色曲线:打通竹子隔热屋顶-蓝色曲线:未打通竹子隔热屋顶-黄色曲线:室外3.2.2晴天湿度比较(2005.9.1312:00-2005.9.1414:00)，见图7，打通竹子层湿度普遍偏高。从以上数据可以得知，竹子隔热性能良好。在夏季中午，单纯使用夹芯钢板作屋顶，室内温度达41，相同条件下增加了竹子隔热层的室内温度则是37，屋顶使用竹子隔热的房间比没有竹子隔热的房间最高温度低4!而在最高温度下前者的湿度也更舒适。对比试验充分证明了竹子的良好隔热性能。而对比打通竹节和不打通竹节的情况，其效果差别不大，室内温度很接近，湿度有所变化，但对室内舒适
9、度影响不大。加上考虑到竹子的竹节打通后更容易腐烂，我们选择了不打通竹节的方式。4.竹钢同构竹子和钢结构的搭接是下一个需要研究的问题。如果想保持竹子完整使之不易变质，绑扎图8:竹子和钢结构的搭接图9:屋顶构造示意5.防霉防蛀:土法上马竹子的美感比它的热工性能更有冲击力。面对竹子的体验，并非语言或照片可以描述。粗壮翠绿的楠竹本身就给人一种愉悦感，触摸，则有清凉光滑的感觉渗入皮肤。竹子防霉防蛀较难解决，周边又找不到给竹子做现代工艺处理的厂商。既然没有高新技术，那就土法上马。武汉本地的竹床通常可以使用四五十年。最常用的防虫工艺不外乎把竹床放在水塘里泡，用石灰水泡就更好。我们在庭院里挖了一个十多米长的水
10、池，放上石灰水，把竹子全泡了一遍，捞出来风干后再刷上清漆。此外，竹子的砍伐时间、年龄、种类很重要。春夏季砍伐的竹子容易发霉，秋冬季砍伐则水分少，要好得多。老竹子比新竹子防霉防蛀都要好。经过上述工艺处理的一根老竹和一根新竹放在一起对比，一个月后新竹子便发霉，而老竹子则毫无变化。另外，我们用的楠竹是比较利于防霉防虫的竹种，它体粗肉厚，质地细密，糖分、淀粉、蛋白质等含量较低。楠竹也是生长最快、材质最好、种植面积最大的竹种(当然在市场上也最容易买到)。图10:展厅室内效果6.结语:绿色建筑学本项目中对竹子的使用，一方面是在探索竹子的热工性能，另一方面也是在寻找文化的共鸣和感觉的愉悦，看到头顶一片青竹，
11、心情舒畅。竹子是可生长材料，使用竹子符合绿色建筑(greenbuilding)的要求，但正如本文开头所述，使用竹子更有审美的、文化的、主观的意义，包含传统文化的感染和设计者的偏爱，这是greenbuilding的概念所欠缺的。对设计者而言，使用竹子考虑了传统文化、生态意识、热工性能、感觉感情等各种因素,这并不单纯只是技术上的;物理实验确实得到了强有力的证据，但只是支持了感觉,对设计而言只是开始，后期的推敲和审美的提炼对设计过程更为重要。这样看来，过去的greenbuilding的概念涵盖似乎有所不足，绿色建筑不能只强调建筑技术，还应该有审美的、文化的内涵在其中，它的涵盖应该扩大到绿色建筑学的范
12、畴-greenarchitecture，以强调综合技术和文化的整合思考。更进一步，上升到文化层面来看，东方文化充满对自然的体悟和诗意的描述，这是西方文化擅长的逻辑和理性分析所缺少的(至少过去是这样)，在文化冲突与融合的今天，对逻辑和理性的学习不可或缺(这正是本文中物理实验的目的);但同时人的体悟和诗意的联想同样重要，尤其对东方人来说,这更是不可丢弃的遗产。对今天的设计师而言，工具越来越先进，专业分工越来越详细，整合思维的能力就越发重要。整合感性与理性，整合文化和数据，这是人所独有的智慧，是机器和计算机永远都做不到的。(注:本项目是一个集体合作的结果,感谢华中营造社2005年暑假的志愿者们，他们
13、是:金婷婷，万亚兰，黄琳，章亚平，陈秋见，陈涛，王梦，赵严，陈秋瑜，张丹澍，王东，李家松，李阳，黄李涛，刘聪，黄微，徐凌燕，邹宇旸，张洁，何文芳，王妍卉;感谢武汉凌云建筑装饰工程有限公司给予的物质及技术支持;感谢广东嘉宝莉化工有限公司资助所有涂料及油漆。)参考文献:1同济大学建筑与城市规划学院.建筑弦柱.上海科学技术出版社.2003.12支文军秦蕾.竹化建筑.建筑学报.2003.8，3王禹偁，黄州新建小竹楼记，高中语文读本第三册刘小虎李保峰摘要:在华中科技大学建筑城规学院展厅扩建项目中，竹子被大量使用做屋顶隔热层。物理实验证明，竹子有良好的热工性能，在夏季使用竹子作隔热层的房间比没有竹子隔热层的房间最高温度低4。然而竹子用作屋顶的美感远比它的热工性能更有冲击力。通过这个项目，笔者体验到，竹子不仅是传统文化的延续，是绿色的建筑材料，它本身还有优异的值得发挥的性能。更进一步，笔者认为，绿色建筑不应单纯只是greenbuilding，而应该是绿色建筑学，即greenarchitecture，不能仅强调技术层面，还应该有对文化内涵的整合思考。
