朝向+选材+结构,紫禁城里的采光“黑科技”-

朝向+选材+结构,紫禁城里的采光“黑科技”-
太阳光线在金砖地上发生的反射 图片来源于故宫博物院官网  紫禁城是明清帝王执政和日子的场所,其修建集我国古代优异文明、艺术及科技于一体。从满意人们在修建内部的日常活动视点而言,修建内部采光是极其重要的保证。古代没有当今社会高科技手法的照明体系,怎么最大程度地引进自然界的外部光源,则成为紫禁城制作者需求处理的重要问题。  我国古代工匠具有丰厚的才智,他们采取了多个科学的采光办法,满意了修建内部的采光需求。  “坐北朝南”的布局有利于修建采光。当修建的门窗朝南开时,称为修建的布局为“坐北朝南”。我国古修建多为坐北朝南的布局,如先秦文献《诗经·小雅·斯干》记载,“哙哙其正,哕哕其冥。正人攸宁”,意思就是指只见正殿(北房)宽阔亮堂,偏殿金碧辉煌,利于君王歇息。紫禁城古修建群中重要的宫殿均为坐北朝南,在修建南侧通开门窗,北部则大部分为墙体,这种布局方法有利于修建采光。太和殿南立面共有11个开间(开间即在长度方向上的柱距),每个开间均设有隔扇门或窗。当隔扇门及窗敞开时,殿外的光线很简单照耀进来。其地理学的首要原因在于:我国坐落北半球,在亚洲的东部,太平洋的西岸,北回归线穿过我国南部。我国绝大部分疆域在北温带,在这一广阔区域,太阳多从东偏南升起,从西边落下。太和殿门窗朝南,可使更多的太阳光线斜射到殿内,以取得最多的采光量,且在夏日可防止太阳直晒,在冬季有利于防止西北北风侵袭。  屋檐起翘有利于光源的引进。紫禁城古修建房顶檐部向外挑出(一般为柱高的1/3左右),并略带上翘的弧度,构成美丽的曲线,称为挑檐。这种曲线形屋面檐口上翘的做法,遮盖阳光少,有利于修建内部的采光。紫禁城古修建挑檐做法与现代修建挑檐有显着差异。现代修建一般没有大的挑檐,太阳光透过窗玻璃直接进入室内,使室内亮堂,但在夏日过量光线射入室内同时会带进很多热量,导致空调能耗的上升,且由于窗口亮度较高,给室内的人们带来直接眩光和反射眩光的搅扰。  比较而言,紫禁城古修建的大挑檐阻挡了很多直射光经由门窗直接直射入殿内,少部分直射光射入修建地上,经由地上漫反射到殿内其他地方。外部直射光经过挑檐的过滤和遮挡变得柔软。不仅如此,紫禁城古修建挑檐做法在夏天有利于防止阳光在正午时刻照入室内,而在冬季正午时分阳光则恰能照入修建最深处,以取得修建内部最佳的采光作用。  这是由于,我国地处北半球,太阳光从南向北照耀。因地球的南北南北极并非笔直,而是与太阳有必定的歪斜视点,地球在环绕太阳公转时,太阳光线在南回归线与北回归线之间来回移动,四季阳光照耀的高度角是不一样的。北京区域的太阳高度角夏日约为76度,冬季约为27度。屋檐往外挑出必定的尺度,使得修建外部的阳光照耀到达某种特定的作用:在夏天且早上温度较低时,其照耀到修建内部,跟着室外温度升高,太阳照耀室内规模逐步减小,正午时分,阳光简直坐落修建正上方,其只能照耀到檐柱外面。这样有利于防止室内光线过于激烈,且有利于防止室内过热;而在冬季早上时,阳光没有照入室内,跟着太阳视点升起,修建内部逐步承受光照,而到正午时分,阳光简直正好射入了室内最内侧墙方位。这样有利于室内取得最佳的亮度,且有利于防止室内过冷。  修建内部的资料可反射光源。修建资料对光照可发生显着的影响,古人运用反射率较高的资料将光线愈加有用的引进修建内部空间。如宋代范成大著《桂海虞衡志》载有:“土人以石灰圬壁,及未干时以滑石末拂拭之,光莹如玉”,意思是在修建室内的墙面上抹上滑石后,墙面会闪闪发光;清代李渔著《笠翁偶集·居室部》载有:“石灰垩壁,磨使极光,上着也;其次则用纸糊,纸糊可使屋柱窗楹共为一色”,意思是用白灰粉刷墙面,再用纸糊,经过反光作用可添加室内的光线。紫禁城宫殿修建的采光离不开光线在修建内部的反射,而这种反射作用首要经过墙体和地上资料进行。  紫禁城修建内部有光润如玉的金砖地上、朱红的立柱和浅黄色的墙面,其外表均有光泽,反射率较高;而修建内部的青绿色的顶棚外表没有光泽,反射率低。前者经光斜向照耀时,给人们以质感激烈的感觉,添加了修建内部的亮度,且由于光影作用,构件外表会呈现明暗改变,显出概括;后者当阳光照耀到其外表上时,则给人们以质感平平的感觉,外表会反射出较浅的漫射光。别的,光线射入修建内部后,由于顶棚的反射率低于地上和墙面的反射率,所以投入修建内部的光线方向是由下向上的,因此修建内部的下方有着明晰的光影,便于帝后在其间的活动,而修建内部的上方给人以柔软之感。这些来自地上的自下而上的光与来自其外表的漫射光,使得紫禁城修建内部光线亮度适合,到达视觉与感觉的完美相融。  门窗是修建内部采光的重要通道。紫禁城修建的前期,门窗都是用纸裱糊的。宫殿里所用窗户纸质量上乘、采光及防风御寒作用好,糊饰门窗有必要运用最好的高丽纸,由于这种纸张是一种用绵茧或桑皮制作的白色绵纸,这种韧皮纸制作出来之后,还会放到油里进行浸泡,一来是添加纸张的透光度,二来是可以进一步添加纸张的耐性。从清代康熙朝开端,跟着社会的安稳,经济的开展,海关的敞开,海上交易得到开展,平板玻璃也随之输入我国,并开端运用于紫禁城修建门窗上。  养心殿成为紫禁城中第一个装上玻璃的宫殿。与高丽纸比较,平板玻璃不管在耐久性、透光率,仍是漂亮上,都具有更好的作用。自此,紫禁城宫殿修建中开端运用玻璃作为窗户的透光资料。玻璃的使用,大大地改进了紫禁城内的采光条件,愈加有利于宫殿人员在修建内部的活动。(周乾 系故宫博物院研究馆员)

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