中国的古建筑园林如今大多成为人们参观或是学者研究的对象。游客们走马观花，而深入的研究又局限于专业人员。这样的趋势使得古建筑被束之高阁。要让人们更多地领略古建筑的魅力，就需要在不损坏的前提下让古建筑重新走进人们的生活，为人们所用，所了解，而不只是观赏品。本篇报告即是基于此点，从建筑物理的角度，初步探究对古建筑的适当改造以适应现代的生活需要。

　　1 前言
　　中国古建筑及园林很多都是木质结构，由于木材容易腐蚀，防火能力弱，强度不高，保留至今的木制古建筑数量有限，年代久远的更是屈指可数。现代工业发展以来，人口增长，各城市用地紧张，很多地区对古建筑没有能力妥善保护或利用，以至于很多具有历史价值的建筑损毁严重甚至被完全拆除。如何对待历史留给我们的建筑？是文化的礼物还是发展的负担？如何利用现代科学技术提高古建筑的物理性能是值得深入探讨的课题，因此，本人认为利用先进技术，在不损坏古建筑的前提下，将木结构建筑进行改造提高保温隔热性能以适应现代生活需要。
　　
　　2 背景
　　汪氏小苑位于江苏扬州老城区之中，紧挨着京杭大运河和秦淮河的两条支流，所在街道古时都为盐商的宅院，是现存扬州最为完整的清朝盐商住宅。主人汪竹铭原为徽商，后因京杭大运河漕运生意迁来扬州，转做运盐生意后更为发达。汪竹铭有四子一女，分别经营盐业、房地产（上海）、皮货（南京）及金融（上海）等产业，汪家显赫一时。抗日战争爆发后，汪氏一家辗转逃难到上海，在上海经营房地产。
　　建国以后，汪氏小苑由扬州市公安局使用，20世纪五六十年代，扬州各处民间的手工艺开始兴盛，很多精巧的手艺都后继有人，汪氏小苑后又成为扬州制花工艺厂，直至近十年来，汪氏小苑成为单纯的旅游景点。
　　图1为汪氏小苑的示意平面图，住宅横为三路并列，纵为主房三进延伸，前后中轴贯穿。构屋取奇数组合，体现奇数为阳，偶数为阴的风水意识。
　　本次调查对象为此中一间原为小姐居室房间（如图中圈起位置），其平面示意图如图2。
　　
　　3 建筑环境现状
　　居室完全由木材构造，屋顶为坡屋顶。门口对面同样为小姐居室，构造相同并和此间完全对称。进门便可看见两个衣柜，右边为床榻和如厕的地方，光线较暗，左手边是一个小小的梳妆台。再往里走是一个小的会客厅，雕花的圆桌和凳子，客厅临着天井的那面墙上一米高以上都是玻璃窗格。窗格上有凹凸的花纹，屋外看不见屋内的活动，而光线却可毫无阻挡地透到屋内来。
　　房间入口很暗，进门往里面看到会客的小厅时，就突然亮了起来，如图3。玻璃窗格都是不可开启的，因而觉得房间内很闷热，不过从外面看和其他房间没有差别。这间房唯一的通风口就是门。床榻靠墙放置，所在的地方相对暗一些。虽然床边的木墙是放在石板上，但因为是转角阴暗处，终年不见阳光，总是有些湿湿的。木床常年靠在有些潮湿的墙上也会受些影响，冬天在床上休息会很湿冷，如图4。
　　
　　4 建筑环境科学因素分析
　　研究对象门口光线较弱是由于房间门口朝向为东，且门口两侧都有伸出的墙体维护遮挡，自然采光少。
　　房间内相比较室外温度高一些，夏季比较闷热是由于房间内没有特意设置的通风系统，通风口仅为门，整个建筑的通风系统主要为天井，而这间房屋没有直接和天井相连接的通风口。并且木材散热性能较弱。
　　冬天湿冷是由于木材受潮后水分不易散去，且房间通风性能不好。
　　根据以上对建筑环境的分析，最终选取了热环境的分析和改造作为深入分析的环境因素。
　　所选房间原为小姐居室，构造相对封闭以适应当初的功能需要，因此造成了这个房间夏天比较闷热的热环境特征，墙体都为木结构，没有特殊的保温隔热层，因此这个房间在冬天也是比较冷的。即使现在用作旅游景点，游客在这间房屋中停留的时间也相对较短。而若要将此间房屋再利用作为现代的办公，手工作坊或者居住使用，则需要在热环境方面有很大的改进。
　　数据来源ECOTECT模型分析，为分析其热环境，将研究时间定为一年中的最热日。主要记录了不舒适度，最热日逐时温度，最热日逐时热损失，直接太阳得热，间接太阳得热，维护结构得热，通风得热，区域间得热，温度/得热关系比较的具体数据。
　　逐月能耗/不舒适度：
　　如图5所示：X轴表示月份，Y轴表示舒适度或维持舒适所需的能耗。红色表示过热，蓝色表示过冷。示意条越长即偏离中线越远，表明此月份越不舒适，或者说要维持舒适需要的能耗越高。由此图可知，这个房间在冬夏两季极为不舒适，在六，十二，一，二月份，维持舒适度所需的能耗很高。
　　最热日逐时气温：
　　图6为最热日逐时温度，图7为最冷日逐时温度。图表中深蓝色线为室外温度，浅紫色为室内温度。当室内温度高于室外温度时，室外温度对室内温度没有明显影响。而当室外温度上升，直至高过室内温度时，室内温度受其影响也开始上升（最热日逐时温度图表较为明显）。到夜间，室外降温时，室内温度没有明显下降。
　　由此可以看出，当室外温度较低时，房屋有一定的保温作用，最多可高于室外5摄氏度，并且温度较为稳定。当室外温度较高时，房屋没有很好的隔热性能，随温度波动较大，而当室外温度由高降低时，房屋没有很好的散热功能，依旧保持原有的较高温度。所以这间房屋需要进一步研究的地方有夏季的隔热和散热功能以及冬季的保温功能。
　　将两张最热日和最冷日逐时温度的图表进行比较可看出：整体上房屋受外界温度影响较大，不管是冬季还是夏季，房屋内的温度曲线都紧靠着室外温度曲线。
　　由于江苏扬州整体气象环境夏季温度超过30摄氏度的时间仅有一月不足，而近十年的平均最高温度为34摄氏度。而冬季温度有低于0摄氏度的时段，并且温度在-10摄氏度至10摄氏度的时间较长。因此，研究这个房间在冬季的保温功能更为重要。
　　维护结构得热：
　　如图8所示：此房间在夏天得热较少，而冬季持续失热较多。得热来源有维护结构，阳光及与较热空间的通风换气，以上图表显示维护结构在冬季不能很好的获得及储存热量。
　　太阳得热：
　　如图9所示：此间房屋在冬季获得太阳热量不是很多。由于房屋没有明显的开窗，且玻璃窗口的朝向为东方，获得阳光照射时间也最多为半天，所以从太阳得热主要还是靠维护结构吸热和蓄热。
　　区域间得热：
　　如图10所示：此房间在夏天温度高于周围区域，所以在五月到九月期间此房间向周围区域散热，而冬天是温度低于周围区域，呈现吸热状态。所以可以考虑改进房间中的通风系统，使得房间在冬季更好地和周围区域进行热交换，而获得更多的热量。
　　综上所述，该建筑在夏季的维护结构得热和太阳得热都较少，还可向周边区域散热，室内温度主要受气候影响。由于该建筑所在地区的环境气候夏季较温热，没有酷热的状况出现，因此夏季建筑内相对宜人。而在冬季，建筑的维护结构蓄热能力较差，太阳得热较少，可从周边区域通过气流交换吸收热量，但又因为原先功能的限制通风情况不是很好。因此，冬季的保温能力很差。
　　
　　5 改进方案
　　通过以上的数据分析，对该建筑的改进方案，主要尝试改善其维护结构的保温蓄热能力及通风系统。
　　1）木结构的房屋向外散热的方式主要是外墙通过导热方式传递热量和外墙通过空气渗透传热两种方式。
　　外墙通过导热方式传递热量时，墙体厚度越大，热阻越大，保温性能越好。但对于已建成的木建筑，增加其墙体的热阻可以用附加保温材料的方法。考虑到古建筑的美观，往往只把保温材料附加在整个建筑群最外层的木墙上。外墙通过空气渗透传热即是要对木墙的气密性进行改进。由于木墙日晒雨淋，有一些由于不均匀的形变产生的缝隙，可用玻璃丝保温棉填塞，再在墙的表面刷漆或是涂料。
　　2）由于此间房屋所在的小环境类似于四合院，在四合院这样的建筑形制中往往是用天井起到通风的作用。因此可在房间开启通风口。考虑到尽量维持建筑的原貌，可在檐下开高窗通风。
　　
　　6 验证性分析
　　7 综合讨论及未来可延伸的研究方向
　　中国古建筑及园林很多都是木质结构，由于木材容易腐蚀，防火能力弱，强度不高，现今保留下来的木制古建筑数量有限，年代久远的更是屈指可数。现代工业发展以来，人口增长，各城市用地紧张，很多地区对于古典建筑没有能力妥善保护或利用，以至于很多有历史价值的古建筑损毁严重甚至被完全拆除。如何对待历史留给我们的建筑？是文化的礼物还是发展的负担？答案是肯定的，利用现代先进技术在不损坏古建筑的前提下，将木质建筑进行改造，提高保温隔热性能，以适应现代社会需要。