氣候因素對建筑的影響研究
——以云南省紅河哈尼族 彝族自治州瀘西縣永寧鄉(xiāng)城子村為例

張仕昌，郭晶，徐釗

ZHANG Shi-chang, GUO Jing, XU Zhao

（西南林業(yè)大學藝術與設計學院）

1 引言

據(jù)2018 年國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，與建筑有關的兩類能源使用中，第一類建筑材料和建設期的具體能源消耗在建筑全生命周期總能耗中占20%，另一類是運行階段消耗的能源約占總能耗的80%。在全世界共同面臨能源危機、全球溫室氣體過量排放的境況下，人們對低碳環(huán)保理念與降低能耗、提高能效的訴求越來越高。建筑行業(yè)作為能源消耗以及溫室氣體排放的的主體受到越來越高度的重視，建筑與氣候之間的關聯(lián)性研究也越來越深入。

2 氣候的相關詮釋

2.1 氣候概念

氣候（Climate）一詞從希臘語中的“Klima”演變而來，原指地球相對于太陽形成的傾斜角。希臘人將地球劃分成三個氣候帶——寒帶、溫帶和熱帶。當代氣候主要指某地點多年氣象的綜合特征，包括該地區(qū)多年平均氣象狀態(tài)和極端氣象狀態(tài)。表述氣候的基本依據(jù)是對氣象要素的相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，包括太陽輻射、空氣溫度、大氣濕度、風、降水等。建筑的形態(tài)受以上因素疊加影響，在設計過程中需統(tǒng)籌考慮以營造出舒適宜居的建筑環(huán)境。

2.2 氣候分區(qū)

氣候分布涉及到氣候系統(tǒng)分類范圍問題，現(xiàn)在被廣泛接受的氣候系統(tǒng)分類是巴里（Barry）按照全球氣候影響范圍大小的分類方法，該方法將氣候分為全球風帶氣候區(qū)、地區(qū)氣候、局地氣候、和微氣候四類。[5]在大范圍氣候區(qū)條件下，微氣候是作用于建筑最密切的一類，對建筑有直接的影響。

Landsburg 在1947 年把“微氣候”（Microclimate）定義為地面邊界層部分，其溫度和濕度受地面植被、土壤和地形影響（Geiger,1959），從而使建筑有關氣候學的研究范圍被確定為 “微氣候”學的研究范疇。

微氣候主要針對有限區(qū)域內的環(huán)境，不同因素組合會營造出特有的局部氣候環(huán)境，如地形、植被、地表狀況以及建筑物的結構形式。使用者所處的環(huán)境即是氣候環(huán)境，設計者能夠改善并提高的也是氣候情況。建筑微氣候的研究對象是建筑內外一定范圍內的氣候因素，分為室內氣候與室外氣候，主要包括場地環(huán)境內的空氣溫度、濕度、風向、風速以及太陽輻射等氣候要素，同時包含場地方位、地勢等地理要素。

3 建筑與氣候的關系

建筑為保護人的利益，抵御不利氣候條件而產(chǎn)生，其目的是為解決環(huán)境不利因素所帶來的困擾，其中不利因素包括自然因素，如風雨野獸侵襲；人為因素，如異族攻擊。建筑形態(tài)因其“遮風避雨”的原始功能，在其特定的氣候條件下會采用不同的建筑手段，出現(xiàn)不同的建筑形態(tài)。因此，從一定意義上來說是氣候促成了建筑，推動了與生物進化論相似的建筑演變。人類通過數(shù)千年積蓄的建筑經(jīng)驗所構筑的房屋足以抵擋惡劣的自然條件，并且在此基礎上引入優(yōu)質氣候資源滿足室內舒適度，可被視作建筑進化的結果。

不同氣候條件下產(chǎn)生形態(tài)各異的建筑形態(tài)，特定的氣候條件、物資資源會產(chǎn)生極具針對性、相對完善的建筑形式。生活在北極極地地區(qū)的因紐特人所居住的“雪屋”，位于中國西北黃土高原上的窯洞，滇東南地區(qū)的彝族“土掌房”，亞熱帶地區(qū)干欄式建筑傣族竹樓等，都體現(xiàn)出為解決嚴苛的氣候條件提供舒適環(huán)境所特有的建筑形態(tài)。

4 云南省紅河哈尼族彝族自治州城子古村案例分析

位于云南省紅河哈尼族彝族自治州瀘西縣永寧鄉(xiāng)的城子村，是以氣候為主導因素的規(guī)劃及建筑較為成功的代表。其村落在選址規(guī)劃、建筑布局以及建筑構造方面，均體現(xiàn)出勞動人民應對氣候變化的創(chuàng)造性智慧。

4.1 氣候條件

瀘西縣氣候屬北亞熱帶季風氣候，特點是干濕分明，夏季多雨，冬季干旱。氣候除季節(jié)性變化外，還隨各地不同的地勢和海拔形成局部性地區(qū)差異，冬季主要受西風環(huán)流控制，云量少，日照充足，降雨少，溫度低，風速大，天氣晴朗是干季的氣候特點，但亦經(jīng)常受到極地冷氣團及東南回歸氣流的影響，時有陰冷和小雨天氣。夏季主要受自印度洋孟加拉灣的西南濕氣流控制，充沛的水汽形成大量降雨，溫度不高但年溫差較大（如圖1、圖2）。

城子村位處瀘西縣城南二十五公里處，地處低海拔峽谷地帶，相異于周邊夏季多雨的環(huán)境，其夏季燥熱，冬季寒冷。

圖1 瀘西縣累月平均、最高低氣溫

圖2 瀘西縣累月平均濕度

4.2 選址規(guī)劃

城子村選址在飛鳳山腰，取背山面水的地理位置，規(guī)劃布局深受傳統(tǒng)風水思想影響，村落與山地、道路與河流相應交錯貫通。村寨內的房屋依山跌級而上，左右緊密相連，錯落有致，以木樓梯或搭板相連通整個村落的屋頂（見圖3）。規(guī)劃層面的被動式節(jié)能措施體現(xiàn)在密集式層疊的建筑組群布局，能以最少的外墻面容納更多的房屋單元，既能起到阻擋冬季寒冷空氣的直接侵襲，又能充分吸收太陽輻射熱，促進夏季濕熱空氣的疏散流通。

圖3 城子村建筑組群實景

4.3 建筑布局

城子古村建筑朝向分別為東、北、西三個方向均布，主要原因在于建筑根據(jù)古代風水學原理順應飛鳳山走勢，背山面水，形成現(xiàn)有格局。其形成根本原因得益于兩方面條件：

①位于低緯度溫和地區(qū)的地理位置擁有充足的太陽輻射熱為本區(qū)域提供舒適的氣候環(huán)境；

②群山環(huán)繞為古村落形成了一道天然屏障，阻擋了大部分來自北方的寒冷氣流及南向來的熱空氣侵襲，從而形成異于北方坐北朝南的多樣朝向格局。

土掌房由平房與樓房兩部分構成。樓房屬正房，一般為三開間，耳房亦稱廂房，一或兩間。建筑外墻不設窗或只設小窗，正房內設灶、火塘，家人在此取暖、議事、聊天。年青夫婦住在樓下，老人小孩則在樓上居住，糧食儲藏于樓上倉房。耳房做灶房，或住人，或蓄養(yǎng)牲畜（見圖4）。屋頂面在收割季節(jié)作為晾曬作物場地，待晾曬完成通過預留的洞口直接儲存到倉房內。

土掌房在布局方面采用的被動式節(jié)能措施有三項：首先，房屋中間設置庭院，利用陽光照射吸收的太陽輻射熱形成“熱壓效應”促進空氣流通，形成局部氣候微循環(huán)；其次，屋頂與墻體間的空隙（見圖5）有利于室內空氣流通，尤其夏天微風進入室內促進微風循環(huán)，降低體感溫度；再次，建筑外墻開窗?。ㄒ妶D6），接收熱輻射少，有效阻擋夏季室外燥熱，且墻體厚度較大，對窗洞口形成遮擋，避免強輻射光照射入室內使其溫度 升高。

由于建造條件以及氣候因素，導致土掌房存在適用性不足的問題，如：因土坯材料受力特點以及應對夏季陽光直射問題，外墻窗洞口普遍面積過小導致室內采光嚴重不足，并且不符合《住宅建筑規(guī)范》GB 50368-2005 中窗地比不得小于1/7 的標準；建筑體量方面，建筑高度普遍為2.5m 及堂屋開間3.2m 造成建筑體量較小，不符合基于人體工程學的舒適性；濕度方面，限于材料的應用，地面防潮措施不足，室內相對濕度 偏高。

4.4 建筑構造

云南紅河哈尼族彝族自治州地區(qū)的土質比較細膩，干濕程度適中，所以城子村的土掌房直接使用當?shù)仞ね林瞥赏僚鬟M行建造，形成以土木結構為基礎的構造形式。建筑材料主要是土、石、木，基礎以砂石、青石等為主料，墻體主要為土坯，外涂抹混合黏土，墻體砌筑平整，不僅具有韻律美感，還有較好的承重性能。土掌房厚實的夯土或者土坯墻身普遍達到0.5m ～0.6m 厚，作為被動式節(jié)能建筑中直接儲熱式墻體在夏季白天能夠抵御熱空氣并吸收太陽輻射熱，到夜間周邊溫度降低時又釋放熱量從而為室內提供溫度，保證室內舒適性。屋頂材料使用木材、松枝，上面鋪以黏土材料（見圖5），厚度為0.2m，具有良好的隔熱及防火作用，在作物收割時期也可作為晾曬場地。在建筑拆舊建新時，原來的土與木材可回歸自然，也可再利用于建新房，沒有廢棄物的后遺問題，體現(xiàn)了絕對的生態(tài)性。

圖4 土掌房平面圖

圖5 土庫房墻頂交接空隙

圖6 土庫房開窗

5 結語

城子古村通過村落規(guī)劃、建筑布局及建筑構造一系列被動式節(jié)能措施應對獨特的氣候條件達到了冬暖夏涼的效果，但存在厚實的墻體及窄小的開窗造成室內光環(huán)境亮度不足以及地面防潮措施不夠完善造成相對濕度略高的情況。以上為后續(xù)定量分析城子村氣候與被動式節(jié)能措施提供基礎信息，并為本區(qū)居住空間舒適性分析指明了方向。

從氣候角度分析建筑產(chǎn)生的本質需求，可以為建筑設計提供更為理性的思考方式以及行之有效的方向性策略。在可持續(xù)為主導的思想下所進行的建筑設計，務必圍繞經(jīng)濟適用性展開思考，設計重點也應該直指源頭——氣候。