豫中方頂村建筑節(jié)能技術(shù)萃取策略

◎張世浩，張栩冉

（鄭州大學(xué)建筑學(xué)院　河南　鄭州　450000）

豫中方頂村建筑節(jié)能技術(shù)萃取策略

◎張世浩，張栩冉

（鄭州大學(xué)建筑學(xué)院河南鄭州450000）

中國國內(nèi)掀起了一場綠色建筑革命，本文希望以傳統(tǒng)建筑為突破口分析區(qū)域性建筑技術(shù)。文章淺析豫中方頂村村落的布局、道路規(guī)劃以及景觀現(xiàn)狀，分析現(xiàn)有村落與環(huán)境之間的關(guān)系，萃取出院落間的空間設(shè)計手法與單體建筑的結(jié)點(diǎn)構(gòu)造方式，并提出節(jié)能技術(shù)萃取策略。

方頂村；傳統(tǒng)民居；節(jié)能技術(shù)；因地制宜；萃取策略

如今國內(nèi)掀起了一股綠色建筑的潮流，各地相繼建成一系列具有示范作用的綠色建筑，同時也涌現(xiàn)出很多新的建筑技術(shù)。由于綠色建筑技術(shù)的研究與實(shí)踐的高成本，綠色建筑在我國還一直處于初步的實(shí)驗(yàn)性發(fā)展階段。與此同時，綠色建筑研究人員卻忽視了我國傳統(tǒng)建筑中的一些優(yōu)良特點(diǎn)和技術(shù)手段，而恰恰是這些特點(diǎn)和技術(shù)手段，能夠較好地滿足特定環(huán)境下的建筑要求，因?yàn)檫@些特定的建筑技術(shù)是一個地域的人們千百年來總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)對綠色建筑研究或者是區(qū)域性綠色建筑技術(shù)研究都有一定的借鑒意義。我們以河南省鄭州市方頂村為案例，分析豫中傳統(tǒng)建筑的一些體現(xiàn)綠色建筑理論的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，發(fā)掘中國傳統(tǒng)建筑中的綠色節(jié)能技術(shù)，并讓新科技、新手段賦予這些古老技法新光彩。

方頂村位于鄭州市上街區(qū)峽窩鎮(zhèn)西南部，是一處保存相對完整的中原明清建筑群落。該古村落建筑群保留有黃土高原特有的窯洞、中原地區(qū)傳統(tǒng)的房屋、獨(dú)特的單面坡頂房等。

1　方頂村規(guī)劃的節(jié)能技術(shù)

1.1選址布局

1.1.1地形地貌

方頂村地處丘陵地帶，依山就勢，圍聚了村落，構(gòu)筑了村民生活、勞作、交往的社群聚落，民居體現(xiàn)出人與自然的和諧統(tǒng)一。村落選址北高南低（地勢見圖1），可有效的引導(dǎo)夏季風(fēng)向，抵御冬季風(fēng)的影響。這種居住的觀念也逐漸形成了豫中方頂村的基本格局：“坐北朝南，背山面水，負(fù)陰抱陽”。

圖1　方頂村地勢圖

1.1.2氣候條件

受地理位置的影響，方頂村氣候四季分明，冬季寒冷雨雪少，春季干旱風(fēng)沙大，夏季炎熱雨水豐沛，秋季晴朗日照充足。由于光照條件好，方頂村的建筑物充分考慮到夏季遮陽問題，以避免光照過強(qiáng)使室內(nèi)溫度升高過快；為適應(yīng)該地區(qū)夏季盛行的東南風(fēng)，多數(shù)建筑坐北朝南，利用南向風(fēng)壓增強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)能力，結(jié)合地形特征，在迎風(fēng)坡面由于地勢的上升，風(fēng)速會增加，更加有利于通風(fēng)降溫。

1.2道路規(guī)劃布局

方頂村的道路等級比較低，屬于縣鎮(zhèn)小路等級，其主干道呈東西方向布置，是古代洛陽往鄭州、開封去的古官道，貫通整個村落。還有另外一條通往滎陽鄭州的古商道、一條往北通往汜水及黃河以北的商道，方頂村正位于3條古道的交錯處，村落被3條古道分成頂門、底溝、程灣三個部分，三個部分的結(jié)合點(diǎn)則成為兩個大的村落結(jié)點(diǎn)（見圖2）。

圖2　村落肌理示意圖

1.3綠化布局

方頂村綠化布局可分為以下幾種：庭院綠化、宅旁綠化、街巷綠化、道路綠化、村內(nèi)集中公共綠地。

1.3.1庭院綠化

方頂村多數(shù)民居庭院綠化與生活緊密相關(guān)。植物類型主要是高大的喬木，為當(dāng)?shù)鼐用裨谙娜仗峁┱诒?。也有少量果蔬類植物，但是這些植物并不作為大規(guī)模種植的生產(chǎn)性作物來種植，主要起裝飾點(diǎn)綴效果。圖3所示。

圖3　庭院綠化圖

1.3.2宅旁綠化

方頂村宅旁的綠色手段主要體現(xiàn)在兩個方面。一是院落兩側(cè)遮蔭的喬木（圖4），可以形成一個臨時性的開敞空間，為鄰里的交流提供一個空間。二是依丘陵而建的山坡綠化（圖5）。古村落的部分宅院依丘陵山坡而建，窯洞背靠山坡，因此依山勢自然生長著一些松柏類的植物，為山坡的防風(fēng)固沙，防止滑坡、保護(hù)宅院起到一定作用。

圖4　宅旁綠化圖

圖5　宅旁綠化圖

1.3.3街巷綠化

村落街巷是聯(lián)系村落各部分的網(wǎng)絡(luò)，是整個村落的骨架，而街巷綠化則是自然景觀和人文景觀的復(fù)合體。通過古村落的街巷綠化，我們可以看到這個村子的歷史變遷，尤其是處于交通節(jié)點(diǎn)的百年古樹，是村子綠化中的關(guān)鍵點(diǎn)。（圖6）

圖6　街巷綠化圖

1.3.4道路綠化

方頂村自古就是“三條古道穿村過”的交錯處，雖然古時的繁華景象一去不復(fù)返，但古道兩側(cè)郁郁蔥蔥的各種植被高低錯落，生機(jī)勃勃。（圖7）

圖7　道路綠化

1.3.5公共綠化

村落公共綠化是指以栽種植物來保持和改善村鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境為目的的活動，包括農(nóng)村綠地的建設(shè)以及原有植被的維護(hù)工作。方頂村公共綠地的現(xiàn)狀是公共場地中缺乏公共綠化，僅存在隨機(jī)性的自然綠化。這與古村落逐漸走向沒落有很大關(guān)系。

2　方頂村建筑的節(jié)能技術(shù)

2.1院落的組團(tuán)布局

2.1.1院落布局與地勢的關(guān)系

方頂村民居多以靠崖窯為主，靠崖窯無法擺脫黃土崖壁的束縛，故選址深受自然條件的局限。首先，平民階層只能隨形就勢，將住宅修建在山坡兩側(cè)。其次，院落的分布還與當(dāng)?shù)貧夂蛎芮邢嚓P(guān)。方頂村冬季盛行西北風(fēng)，氣候相對寒冷，靠崖窯達(dá)到保溫取暖的條件是有限的。因此人們就力求通過選址來爭取日照、躲避寒風(fēng)。由于村內(nèi)“溝壑”多為東西走向，因此靠崖窯形式的院落多集中在避風(fēng)效果較好的北向山坡，極個別院落由于地勢原因集中在西側(cè)的山坡。

2.1.2院落布局與里巷的關(guān)系

方頂村多數(shù)里巷垂直于主街而建，巷門臨街開啟的院墻往往成為巷與巷的分隔標(biāo)志，此與建筑環(huán)境中坐北朝南的理念相呼應(yīng)。在西側(cè)山地地區(qū)，院落受地形影響較大，將坐北朝南的合院逆時針旋轉(zhuǎn)九十度，形成了東西朝向的里巷關(guān)系。（圖8）

圖8　里巷關(guān)系圖

方頂村的院落布局受地形影響，住宅依坡而建，形成高低錯落的景觀，輪廓變化豐富、立體，前排住戶的上房窯洞頂可以成為后排住戶的院落或前院空間，自然傾斜的地勢造就了街道空間的立體格局，形成了多維的街道景觀，體現(xiàn)了人與自然的和諧。

2.2單體院落布局

2.2.1建筑的空間格局

方頂村民居大多為合院，層數(shù)多為一層（有些上房會有兩層），沿街道延伸開來。布局自由、緊湊，平面布置對稱，沿軸線或縱向發(fā)展，以中庭為單元組成全戶活動中心。

平面形式主要分為四合院和三合院兩種，以四合院布局為大宗（圖9）。整座院落坐北朝南，主要由上房、東西廈子、臨街房組成。上房為窯洞，因靠崖鑿?fù)翞楦G，這種窯洞也稱為“靠崖窯”。東西廈子為單坡頂，坡向內(nèi)院，臨街房作為整座院落的主要出入口（圖10）。三合院的布局形式與四合院基本相同，區(qū)別在于三合院不建臨街房。從室內(nèi)環(huán)境的角度分析，由于鄭州冬季風(fēng)盛行，當(dāng)?shù)鼐用駷榱司徑舛镜暮?，靠崖窯修建在山坡上，背靠山，面朝開闊地帶，利用地?zé)?，使冬季窯洞內(nèi)較為溫暖；在夏季，崖窯內(nèi)較為涼爽，冬暖夏涼，形成了良好的室內(nèi)物理環(huán)境。同時，這種窯洞由于有層層黃土包裹，而黃土的熱工性能在通常情況下較為穩(wěn)定，所以洞內(nèi)溫度受外界氣溫影響較小，非常適合人類居住。

圖9　院落實(shí)景圖

圖10　院落平面布局圖

2.2.2合院的空間

合院空間的形成雖然與文化相關(guān)聯(lián)，但是也與當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境息息相關(guān)。在南方，合院會變形為天井，將四周的房屋連結(jié)在一起，中間圍合而成，這與南方濕熱多雨的環(huán)境密切有關(guān)。而在鄭州地區(qū)，干旱少雨，冬季寒冷，所以南方的天井不適宜當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，于是便產(chǎn)生了四合院形式的院落布局形式。

四合院的產(chǎn)生，使得室內(nèi)物理環(huán)境得到顯著的改善。首先，由于合院在院落各房間之間形成一個緩沖空間，使得陽光能夠直接入射到建筑內(nèi)，有效的增加了室內(nèi)采光。其次，合院在各房間之間預(yù)留了較大的空間，使得地面與屋面間溫差較低，減少了煙囪效應(yīng)，降低冬季風(fēng)對民居室內(nèi)物理環(huán)境的影響。

另外，合院還有聚集雨水的功能。屋檐下設(shè)置有水缸等集水裝置，在干燥的季節(jié)調(diào)節(jié)濕潤度，在鄭州這種干旱少雨地區(qū)尤為適用。（圖11）

圖11　合院的采光與集水圖

2.2.3正房（靠崖窯）采光

大部分的靠崖窯增加了“梁擔(dān)”，用木梁支撐窯頂?shù)耐翆?，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與堅固性。梁頭隱在窯內(nèi)的一段磚拱內(nèi)，為窯洞增加高窗提供了空間，此舉不僅改善了室內(nèi)采光照明，也增加了裝飾面積。（圖12）

圖12　靠崖窯梁擔(dān)結(jié)構(gòu)及高窗采光圖

2.3建筑結(jié)點(diǎn)構(gòu)造方式

2.3.1墻體構(gòu)造方式

方頂村傳統(tǒng)民居的墻體為三層空心磚墻（圖13），內(nèi)外兩層沿丁向各砌有一層磚，中間填充有松散草土、碎石、植物枝杈等材質(zhì)（圖14）。因此，傳統(tǒng)古民居的墻體導(dǎo)熱系數(shù)較小，保溫性能良好，同時又可以就地取材，重復(fù)利用廢棄的磚塊兒、泥土等，符合舒適、環(huán)保、節(jié)能的綠色建筑設(shè)計理念。這樣的“三明治”夾心保溫墻構(gòu)造形式，幾乎就是今天夾心保溫墻的雛形。正是有了這樣的保溫措施，才能夠保證傳統(tǒng)建筑具有較為舒適的室內(nèi)熱環(huán)境。建筑物的下部墻體大多采用當(dāng)?shù)爻Ｒ姷募t石砌筑，這樣既可以防潮、加固了墻體，又彰顯了古民居的地方特色。

圖13　墻剖面圖

圖14　剖面圖

2.3.2門窗洞口構(gòu)造方式

方頂村古民居的門窗過梁大多為木材料，木過梁的寬度大約有兩皮磚的寬度，其構(gòu)造方式是鑲嵌在窗洞口的上方，支撐窗洞口上部的荷載，同時木過梁正上方有大約相等寬度的壓頂構(gòu)造作為固定。木梁具有良好的熱工性能。該地區(qū)夏熱冬冷，在門窗洞口的構(gòu)造中使用熱工性能良好的木梁，在冬季可以減少室內(nèi)熱量的散失。（圖15、16）作為上房的窯洞建筑則采用磚發(fā)劵的方式作為建筑的承重結(jié)構(gòu)，既結(jié)實(shí)耐用，又能充分節(jié)省結(jié)構(gòu)層所占空間，騰出更多的空間為人所使用。這也是此處建筑的一大特色。

圖15　窗戶照片圖

圖16　窗剖面圖

2.3.3屋面構(gòu)造方式

屋頂作為建筑物的頂層，是建筑物與外界接觸的界面中受到太陽輻射熱最嚴(yán)重的界面，其構(gòu)造措施應(yīng)該具有良好的隔熱性能和排水防水性能。

方頂村建筑的屋頂一般采用瓦面坡屋頂，雨水順著坡屋頂排入庭院中，進(jìn)行收集回收再次利用。其屋頂?shù)臉?gòu)造層次從下往上依次為結(jié)構(gòu)層（檁條）、找平層、防水層（防水材料）、面層（青瓦）。傳統(tǒng)建筑的青瓦屋頂具有良好的防止太陽輻射的作用，可以使屋頂保持良好的隔熱性能。（圖17、18）。

圖17　屋頂構(gòu)造圖

圖18　方頂村建筑屋頂圖

2.3.4山墻通風(fēng)口構(gòu)造方式

方頂村民居的東廂房一般是作為廚房使用的，許多廂房背面山墻的頂部會留有一個小小的洞口（圖19）作為通風(fēng)使用。該洞口在室內(nèi)中所處位置位于屋頂下方，與現(xiàn)代建筑的廚房中排風(fēng)扇所處的位置相似，其功能是將室內(nèi)廢氣排出建筑外部，可以說是現(xiàn)代建筑中機(jī)械排風(fēng)扇的雛形。

圖19　山墻通風(fēng)口圖

2.4建筑材料的選取

2.4.1結(jié)構(gòu)材料

方頂村的建筑結(jié)構(gòu)中使用材料多為傳統(tǒng)的磚材和木材，外墻的使用材料多為磚材，作為豎向承重材料，屋頂?shù)墓羌苁褂媚緳_條，承受屋面維護(hù)材料的荷載。

磚材作為塊狀的砌體材料，具有強(qiáng)度高、耐火性能好、構(gòu)造靈活、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等各種各樣的優(yōu)點(diǎn)。方頂村房屋的兩皮磚墻與中心保溫材料所形成的傳統(tǒng)的夾心保溫墻，這種構(gòu)造方式體現(xiàn)了方頂村傳統(tǒng)居民的聰明才智。磚材的制造也可就地取材，制作方便。傳統(tǒng)的砌體材料作為結(jié)構(gòu)承重材料顯然已經(jīng)不適合當(dāng)今社會的需求了，但是作為圍護(hù)材料而言，其構(gòu)造方式和就地取材的理念對于現(xiàn)代房屋的建造而言，還是具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義和現(xiàn)實(shí)價值的。

木材是中國傳統(tǒng)的屋面承重材料，不僅在方頂村中，幾乎全國各地的傳統(tǒng)民居都會使用木檁條作為屋面的支撐材料。木檁條作為傳統(tǒng)的屋面支撐結(jié)構(gòu)已經(jīng)漸漸地退出了歷史舞臺，但是木材在室內(nèi)裝飾行業(yè)仍然占據(jù)著舉足輕重的位置。

2.4.2維護(hù)材料

方頂村傳統(tǒng)建筑中的維護(hù)材料多為土坯抹面、樹枝枯草填充夾心墻、門窗洞口的木結(jié)構(gòu)過梁、木質(zhì)門窗和瓦屋面。其維護(hù)材料有一個共同的特點(diǎn)就是遵循就地取材的原則，這種就地取材的建造手法還是很值得當(dāng)今社會借鑒和使用的。

3　結(jié)語

我國建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度越來越快，國家對于綠色建筑技術(shù)與綠色建筑構(gòu)造的研究進(jìn)入到了一個新的階段。如果我們能夠去研究一些特定區(qū)域的古建筑，就會發(fā)現(xiàn)前人千百年來的建筑經(jīng)驗(yàn)，能夠?yàn)槲覀兊木G色建筑研究提供很大的參考。

［1］謝浩.從黃土高原窯洞到現(xiàn)代掩土建筑［J］.混凝土世界，2009：74-78.

［2］AK UBUE JIDEOFOR ANSELM.Passive annual heat storage principles in earth sheltered housing，asupplementaryenergysavingsystemin residential housing［J］.Energy and Buildings，2008，40（7）：1214-1219.

［3］王立昕.舊瓶裝新酒：淺談掩土建筑的復(fù)興［J］.建筑創(chuàng)作，2004：28-33.

［4］GB/T50378—2006綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

［5］唐麗，豐莎.鄭州方頂村傳統(tǒng)民居空間形態(tài)分析［J］.華中建筑，2015（07）.

［6］YAN D，SONG F T，YANG X D，eta.An integrated modeling tool for simultaneous analysis of thermal performance and indoor air quality in buildings［J］.Building and Environment，2008，43（3）：287-293.

GreenDesignMethodfortheConstructionofHenan'sConventionalVillage

Zhang Shihao，Zhang Xuran
（Zhengzhou University，Zhengzhou 450000，China）

Nowadays，China has set off a green building trend，in terms of the high-cost of green building technology research and practice，so the development of the green building in China is still in a starting stage.This essay makes the Henan's village of traditional architecture as the breakthrough point，though the analysis about the ancient village of layout，road planning and greening actuality of，to found that the relationship betweenancientvillageandtheenvironment，andfinallyfindoutthespacedesign techniques and distinct building structure and energy saving technology strategy.

FangdingCounty；ConventionalVillage；EnergySavingTechnology；Adaptation of Local Conditions；Extractt

TU201.7

2015-10-31

張世浩（1993-），男，專業(yè)方向?yàn)榻ㄖW(xué)。張栩冉（1993-），女，專業(yè)方向?yàn)榻ㄖW(xué)。