水晶宮中的環境調控研究

趙婧靚

摘 要：現代意義上的環境調控在現代建筑發生伊始便出現，環境作為水晶宮設計的出發點，與其建造、形式、空間結合，綜合的考慮，呈現出變革、實用并具有美學特征的新型公共空間。水晶宮是一項開拓性的嘗試，旨在將園藝玻璃溫室的創新性地應用于人類而不是植物。水晶宮中部分實現了建立一個完整的環境控制系統的愿望。

關鍵詞：帕克斯頓；水晶宮；環境調控

1.水晶宮的環境調控概述

水晶宮（Crystal Palace，1851）——倫敦世界博覽會建筑，過去的研究集中在工程師和承建商的角色，鐵框架的發展和預制和組裝方法，建造美學上，著重于探究在工業化的背景下，機械美學、建造周期、大跨度空間結構等方面的巨大成就。然而。在沒有空調等機械設備來調節玻璃結構建筑內部環境的時代，帕斯頓在水晶宮做出一系列的環境調控的探索，希望為大型工業城市的人口創造健康的環境。

19世紀的倫敦冬季煙霧問題越加嚴重。倫敦夏季氣候倫敦一年幾乎有1/4的時間都被惡劣的霧霾天氣籠罩，是名副其實的“霧都”，人居環境亟需改善。

帕克斯頓作為有一名園藝設計師卻有著更宏大社會的理想，希望使倫敦的城市居民能在室內享受到清新的空氣、日光和舒適的氣候。在成功的利用鋼和玻璃創造出適宜外國熱帶植物溫室后（Regia water-lily house 1850），開始設想將玻璃結構和技術用于為人類創造新的公共空間，以改善工業城市中廣大人民的健康。這些地方將有廣闊的空間，一年中無論任何季節都充滿日光，空氣清新，氣候舒適，人們都可以在室內良好環境中進行活動。

水晶宮則是帕克斯頓愿景的實踐成果，在機械制冷和空調技術出現之前，創造宜人公共環境，充分利用機械調節溫室園藝環境，控制玻璃建筑內的氣候。從創造適宜的環境作為設計的出發點，解決環境問題的同時滿足了展覽空間特性。

2.水晶宮的園藝溫室基礎

溫室設計的經驗設計方法在海德公園得到了明顯的延續。帕克斯頓作為溫室設計師的經驗使他能夠解決水晶宮內環境設計問題。水晶宮直接吸取了建造植物溫室的方法，但建造的目的已經由為植物提供適于生長環境的容器，轉變為人們提供博覽活動場所。

盡管溫室設計目的是為植物提供棲息地，并不是為了滿足人類或工業制品的熱舒適，但Paxton很有信心，根據他以往的園林設計經驗，能夠創造出巨大的、明亮的空間，并調控內部氣候。海德公園水晶宮是一項開拓性的嘗試，旨在將園藝玻璃溫室的創新性地應用于人類而不是植物。

3.帕克斯頓為水晶宮環境調控做出的努力

然而利用全玻璃結構，制造適合人類生存的氣候是困難的。正如大量史料記載的那樣，在1851年夏季的大展期間，水晶宮內部定期發生了極端氣候。為了解決過熱以及眩光問題，避免直射而來的陽光，使環境適宜居住和展覽，帕克斯頓開發了眾多解決方案，用于改善玻璃房內的濕度，陽光和太陽能。

由于海德公園的水晶宮是一個臨時的結構，將用于從5月初到十月中旬，Paxton在氣候控制方面的主要考慮是在炎熱的夏季期間，對潛在的太陽活動的控制。環境問題從一開始就是他設計中不可或缺的一部分。

（1）光線控制

為了實現展覽建筑體系、建筑形式和內部空間布局空間開放透明，自由靈活特性。水晶宮中光線幾乎和在戶外的一樣明亮，整體結構和玻璃外殼的透明度，將同等數量的日光傳送到建筑物的任何部分。最終實現所期許的透明度。為了獲取最大的日光接觸面積，橫截面為梯狀金字塔形，體積被分成三層，寬度逐層縮小。屋頂被鋸齒狀玻璃覆蓋。一個達到了1848英尺的高度，非常深的平面空間也被充分地照明。

不過，帕克斯頓承認，他必須排除眩光，以保護展品和居住者免受直射陽光的輻射熱量，使照明室內的照明適合展覽。為了這個目的，他用半透明的白布屏風覆蓋了整個水平的屋頂，使室內的光線均勻而分散。光線在建筑物的各個部分幾乎相等，實現了空間的均質化。

（2）通風控制措施

通風的目的為：通過控制空氣運動排出熱空氣，以便在炎熱的夏季提供舒適的溫度。在水晶宮中，除了太陽能以外，還有其他主要的熱源：大批參觀者，工業生產過程的現場演示時蒸汽驅動機械的運轉時產生的熱量。同時，還必要保證為這座可容納8萬人的建筑物源源不斷地提供新鮮空氣。通風系統還負責解決公共建筑中的氣味和濕度問題，以供大量人群共同使用。

水晶宮的通風系統包括連續水平排列的通風裝置，它們安裝在三層的每一個垂直立面的頂部。在一層，大部分開間在低層都引入了附加通風設備，而在東部和西部的玻璃拱頂下面又引入了另外兩排通風設備。通風率是通過水平金屬百葉窗調節的，手動打開或關閉的輪子和繩索機構，便于從一個位置操作216英尺通風排氣扇。

S形的百葉窗葉片的設計用于防止通風機打開時雨水進入建筑物，從而保持連續通風。同時架空的基礎亦對通風有貢獻。空氣從地面以下的空間通過3英寸×9英寸地板之間的三分之三英寸間隙進入建筑，底層總面積約40，800平方英尺的，在內部空氣浮力的推動下，外部空氣將從深達5英尺地板下面的空間吸入室內。氣流通過巨大的開放空間，對建筑物的空氣流動有相當大的貢獻。

（3）降溫控制措施

Paxton意識到，在炎熱的夏季，室內溫度不能通過自然通風降溫，他最初的建議是采用一種被動的技術來冷卻空氣。他們的建議是在玻璃屋頂下安裝大面積的帆布，以保持室內空氣的流動，在極其炎熱的夏季時保持濕潤，通過蒸發來冷卻內部的空氣。他相信，供應氣流在進入建筑物內部之前，會通過垂直玻璃窗內的通風裝置冷卻下來。

在無法解決降溫的情況下，同年8月帕克斯頓在“設計與制造雜志”（Journal of Design and Manufactures）上發表的演講中提出了一個替代系統，該系統由一個懸掛在天花板上大型的布屏風扇組成。

帕克斯頓建議將自然通風與蒸發冷卻系統結合在一起，這是他對于降低全玻璃結構內溫度的探索。這個偉大的展覽建筑代表了一個有意識的努力，將園藝溫室適應于人類和人工制品。

（4）屋頂結構與冷凝構造細部

椽子高低交替錯落，玻璃按脊和溝的形式呈鋸齒狀安裝。與普通安裝方式相比，鋸齒狀安裝的玻璃，能在一天中獲得兩次太陽直射的機會。為了防止玻璃屋頂下的冷凝物的積聚（由建筑中大量的人群所產生的），使用了與排水管道系統連接的木制排水溝兩側的內部冷凝排水溝，所謂的帕克斯頓（Paxton）的排水溝。內部冷凝排水系統目的是收集由大量人群的呼吸和汗水所產生的蒸汽以及地面下的潮濕土壤所引起的冷凝。

收集在這些排水溝內的冷凝水被排放到一個十字槽的系統中，這些排水溝被連接到鑄鐵柱內的排水管上。施工圖紙顯示，內部冷凝水收集在木拱架兩側的排水溝內，并通過拱頂底部通風裝置之間的開口排放到平屋頂上。在垂直玻璃窗上，接收冷凝管和漏水的通道被切割到每個窗框的底部框架構件上。保持室內的干燥。

4.總結

盡管水晶宮在運行中存在問題，但它仍然代表著，朝著機械控制室內氣候的玻璃建筑邁出的第一步，帕克斯頓認為創新設計和現代技術是解決十九世紀新興工業城市的社會和環境問題的手段，并提出將這種結構作為一種新型的公共空間，以適應當前人口的社會和環境的需要。結合機械環境系統，在大型建筑物內制造適合人類健康和舒適的特定要求的受控大氣條件，以及可以有效封閉和日光照射的極大空間的全玻璃結構，使公共城市生活有機會獨立于城市地區氣候變化和周圍有害的大氣條件。

參考文獻

[1]童喬慧，衛薇.帕克斯頓與水晶宮[J].新建筑，2011（5）：98-101.

[2]王磊.植物與現當代建筑的關系初探[D].北京大學，2010.

[3]https：//en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Paxton

（作者單位：南京大學建筑與城市規劃學院）