洪育成 - Laws of Nature

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洪育成 - Laws of Nature

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作者:洪育成建築師

在嚴峻的氣候之下,美國許多地區的建築要經得起夏日30度C高溫的考驗,也要經得起冬天零下10度C低溫的考驗。40度C的差距,遠大於台灣夏日與冬日的最大溫差,而且在零下低溫的環境之下,有瑕疵的建築會造成生命威脅。要成為安全舒適的居住空間,Building Science在這?成為優先考慮,因為生存是重於造型的。這也為何建築師在設計時不能只著重在造型變化,相對的要花很多的精力在空調水電,施工圖細部及規範之上。

《嚴峻的氣候之下,面對自然的挑戰》

在氣候嚴酷的地區如紐約,嚴熱的夏天,建築需要冷氣空調及隔熱省能的對策。寒冷的冬天則需要暖氣,保溫,還要考慮水汽(vapor )進出的方向及結露現象來放置防潮層,以避免結露水出現在牆體內,導致受潮發霉,引發氣喘等建康問題。結露水或冰雪溶化的水若跑入壁體屋頂構中不能排除,溫度下降時結成冰,冰的體積大於水,會把細縫撐大,導致更多的水進來,週而復始,成為建築的惡夢。多年前MIT找律師告Frank Gehry 成為建築界的大新聞,也上了紐約時報,為了就是建築漏水結冰無解的問題。Gehry 住在四季如春的Santa Monica,不必面對嚴峻的氣候,因此他的自宅可以以自由發揮,不用考慮太多細部。但在冰雪氣候之下,細部就不能被輕忽了!

《面對自然的考驗,物理化學的瞭解與運用》

嚴峻的氣候之下,面對的是自然的考驗,物理化學的知識要被充分瞭解與運用。例如水有氣態液態固態三相,液態時受風壓,重力及毛細現象移動,氣態時高蒸氣壓往低蒸汽壓方向移動,遇到結露點(dew point)又會變成水。如何利用牛頓的力學原理,使水靠重力排出;使力量中和(F=ma,當F=0時a=0),沒有加速度,水就不再被移動進入室內。

瞭解材料特性,運用其隔熱值放在壁體屋頂來隔熱保溫,包覆水管防止凍裂。把惰性氣體(氬氣)灌入雙層玻璃之間,增加玻璃窗的保溫隔熱效果(R Value )。把Low E膜 貼在雙層玻璃中間,使可見光進來,低週波的光(熱幅射)反射回去,使得夏天的熱幅進不來,冬天的熱幅射出不去,達到省能舒適的功能。
瞭解冬天陽光的方位角度,利用材料的Thermal Mass 來儲熱,輔助暖氣的供應。在炎熱乾燥地區,引進夜晚冷空氣利用Thermal Mass來儲冷,輔助白天冷氣的供應。

《依循自然法則運作的空調設計》

利用液態變氣態要吸熱,氣態變液態會放熱的原理,發明冷氣機提供冷氣,利用熱泵(heat pump)製造熱水及提供暖氣。

空調的設計,也是需要按照上帝訂定的自然法則來運作。這包括了壓縮機運轉時,物質由液熊變氣態吸收熱能;氣態變液態,釋放出收熱能。能量經由氣體,經由液體來傳遞,冷熱作交換,這些都需符合傳導,對流的原則。

風量,風速也決定了送風的距離及噪音的大小,如何把冷風均勻的送進大空間,與處理小空間所面對的是不同的挑戰,但都不能違反流體力學的原則。

依據能量不滅的定律,將廢泠,廢熱回收使用,達到省能,也是依循物理的定律,這些都是上帝的原則。
人需要吸入氧氣,在體內燃燒,排出熱量與二氧化碳,這是化學作用。排出的熱,必須靠空調來降溫;排出的二氧化碳,需要靠換氣系統來引入新鮮空氣。換氣之間,如何作能源的交換,達到省能的目的,也都需依循上帝所訂的自然法則。

思考空調的系統,讓我敬畏上帝,因為離了祂的原則,什麼都不是。了解祂的原則,依循祂的原則去設計施作,才能有省能且健康的空調系統。

《自然界的定律》

在建築?一切的思維,都需要認識自然界的定律,也就是上帝訂定的法則,將之運用在設計之中,因地制宜來適應各種不同氣候條件。其實在建築及細部之中,我們依然看到上帝創造萬物的原則在其中,當我們明白且去依循運用,是可與神同享創造的快樂,這也是與神同工吧!

《Measurable & Unmeasurable》

上帝是無法測度,不可度量的神,但祂表達的方式有時是可度量的。像是祂告訴挪亞有關方舟的尺寸,吩咐摩西有關會幕的尺寸,約櫃的尺寸,還有在民數記中祂點數以色列百姓各宗族人口,祂在意數字,而且是精確的。

但上帝也常以不可度量的方式來表達祂自己和祂手所造的。祂告訴亞伯拉罕:「我也要使你的後裔如同地上的塵沙那樣多,人若能數算地上的塵沙才能數算你的後裔。」祂也問約伯:「誰能用智慧數算雲彩呢?」神喜歡用不可度量的方式表達祂的情感,特別是以「詩」的方式?在約伯記中的對話,在雅歌以及詩篇之中。雅各,摩西在晚年也都用詩歌的方式來祝福。神所喜悅的大衛也常以詩歌來訴說神的慈愛,神的智慧,神的恩典。慈愛,智慧,恩典都是不可數算,不可度量的。

在建築設計,尤其是建堂設計過程中,我們有時要用可度量的方式來溝通,比如人數,面積,造價,樓高。但建築的意境卻只能用不可度量的手法表達,比如氣派大方,比如曠野的感覺,比如晨光透過薄紗灑在中庭,聖靈如風穿越琴與爐禱告室的景象。建築中的詩意部分常常只可意會不可言傳,這時需要大家一起作夢,一起想像。

只是在現實溝通時,詩意的境界難以體會。最後常常落入在面積,造價這些數字還有施工難易的討論拉扯之中決定了設計的方向。

這樣的過程中,設計的甜美(juice of design)容易流失。如何在這些過程中保有設計的甜美確實需要智慧的。
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