陜北窯洞潮濕成因及改造措施探析★

趙江明 楊 瑞 李 丹

(延安大學建筑工程學院，陜西 延安 716000)

0 引言

窯洞是一種古老的生土建筑形態(tài)，具有幾千年的歷史[1]。陜北窯洞作為整個黃土高原最具代表性的民居形式，積淀著一代又一代勞動人民的智慧。以其冬暖夏涼、經(jīng)濟實用、節(jié)約耕地、耗材少、使用壽命長等優(yōu)點深受人們喜愛，其建造過程充分體現(xiàn)出人與自然和諧共生的綠色建筑理念，具有重要的傳承意義和借鑒價值。但窯洞內(nèi)部存在的潮濕問題不僅會使實際居住體驗大打折扣，長時間的居住還會危害到居住者的身體健康。窯洞本身在長時間水分的侵蝕下，黃土節(jié)理也會隨之發(fā)生改變，使得窯洞自身的安全性能降低，甚至會出現(xiàn)窯毀的現(xiàn)象。僅2003年秋季陜西省就因連綿陰雨造成15萬孔窯洞坍塌，使20萬窯洞居民淪為災(zāi)民[2]。國內(nèi)外目前針對建筑防水防潮開展過不同程度研究，但針對于陜北窯洞潮濕成因及相應(yīng)改造措施的研究則很少。在對陜北窯洞開展問卷走訪與實地調(diào)研的基礎(chǔ)上，本文對陜北窯洞潮濕成因展開分析，并提出相應(yīng)的改造措施，使得陜北窯洞得以更好的傳承和發(fā)展。

1 陜北窯洞現(xiàn)狀調(diào)查

陜北地區(qū)位于黃土高原中心，以黃土塬、梁、峁、溝為基本地形地貌，地表基本被黃土所覆蓋。而黃土具有直立性較好，強度較高的特性，故居民窯洞大多依地順勢建造靠崖式窯洞[3]。據(jù)統(tǒng)計，在陜北地區(qū)90%鄉(xiāng)村建筑為窯洞建筑，其中最常見的是靠山式窯洞，約占總數(shù)的70%以上[1]。針對延安市窯洞潮濕問題開展問卷調(diào)查中，發(fā)放共75份問卷，收回有效問卷72份。數(shù)據(jù)結(jié)果表明：1)靠崖式窯洞占調(diào)查總量78%，獨立式窯洞占調(diào)查總量22%，在河南地區(qū)分布較廣的下沉式窯洞在陜北地區(qū)較為少見。2)如圖1所示，超過55%以上窯洞居民表示窯洞內(nèi)部長時間處于潮濕或比較潮濕狀態(tài)中。

2 窯洞潮濕成因分析

2.1 氣候影響

延安市位于陜北地區(qū)南部，位于黃河中游。氣候特點是春季干旱多風，夏季氣候溫熱，多雷陣雨，秋季涼爽多雨，冬季寒冷干燥，雨雪稀少。降水主要集中在秋季，6月～9月降 水量占多年平均年降水量的70%左右，多年年平均相對濕度在59～66之間。在對于窯洞內(nèi)部出現(xiàn)潮濕狀況的問卷分析中發(fā)現(xiàn)，窯內(nèi)潮濕現(xiàn)象主要集中在夏季和秋季，在秋雨季表現(xiàn)的尤為明顯。在持續(xù)性降水的影響下，雨水沿著黃土節(jié)理入滲，黃土被逐漸濕化。如不及時采取措施，窯洞內(nèi)部的潮濕狀況也會愈加明顯。長此以往，窯洞內(nèi)壁會局部出現(xiàn)水域侵蝕、擴大的現(xiàn)象。在常年周期性降水的影響下，窯洞內(nèi)濕度增加明顯，甚至出現(xiàn)窯面剝落現(xiàn)象，如圖2所示。

2.2 窯洞構(gòu)造影響

靠崖式窯洞大都依山而建或者沿溝修造，有避風向陽之利。因此靠崖式窯洞相較于獨立式窯洞而言有著更久的平均日照時長，但靠崖式窯洞僅依靠于窯臉處的門窗作為采光口，使得窯洞內(nèi)部光照時長受季節(jié)影響和窯洞朝向影響較大。即使在日照最充足的夏季，窯洞內(nèi)部天然光照度隨著進深加大而衰減迅速，對于與光線形成角度的區(qū)域而言，照度低至幾乎不可見[5]。而黃土優(yōu)良的保溫隔熱性能一方面保證了窯洞內(nèi)部舒適的熱環(huán)境，但同時也使窯洞內(nèi)外形成了較大的溫差。夏季時，窯洞室內(nèi)外溫差可達到10 ℃左右，這使得窯洞外部的熱空氣在進入窯洞內(nèi)部后迅速遇冷液化，形成了附著在窯洞內(nèi)壁上的小水珠。實地觀測的結(jié)果顯示：隨著窯洞進深的增加，水珠的含量也隨之增加。肖婷等人在《窯洞內(nèi)部環(huán)境初探——以三門峽唐洼村窯洞內(nèi)部窯洞潮濕問題為例》中通過實驗研究發(fā)現(xiàn)窯洞內(nèi)部平均濕度與窯洞的進深呈正相關(guān)，隨著窯洞進深增加，其內(nèi)部濕度也增加[4]。此外，為了增強窯洞內(nèi)部的保溫性能，窯洞頂部通常設(shè)有1 m～3 m厚的覆土層。而黃土天然的蓄水能力，導致被覆土吸收的雨水不能及時被蒸發(fā)，在窯洞頂部排水體系不夠完善的狀態(tài)下，便會使得雨水對窯洞內(nèi)部的潮濕狀況影響更加顯著。

2.3 其他因素影響

受到經(jīng)濟條件和地域因素制約，現(xiàn)居窯洞的居住時長基本都在20年以上，但窯洞居住者表示均未對窯洞進行過定期的修繕或改造，而窯洞內(nèi)部的潮濕狀況也隨時間的推移而不斷加重。在調(diào)研過程中也發(fā)現(xiàn)：只有約30%的居民為窯洞增添了外加的排水或通風設(shè)施，而此外的70%居民因為不知道采用何種改造方案或因為改造成本過高或沒有意識到潮濕的危害而忽略了窯洞的潮濕狀況。

3 窯洞防潮改造措施

針對陜北窯洞潮濕病害問題，有多種措施可以加以實施。1996年西安建筑科技大學課題組在延安棗園窯洞建筑示范項目中，運用多項現(xiàn)代化節(jié)能技術(shù)，有效改善了窯洞內(nèi)部潮濕環(huán)境，但由于其造價高、后期維護困難等問題，難以在居民中進行推廣。因此結(jié)合經(jīng)濟和可行性，筆者提出以下兩種窯洞潮濕的改造措施。

3.1 排水及采光改造措施

通過在窯頂鋪設(shè)防水卷材，疏通窯洞周圍的雨水排放設(shè)施，增設(shè)雨水收集回用方案，促進雨水的收集和排放暢通。在窯洞頂部鋪設(shè)防水卷材，蓋塑鋼瓦片，并設(shè)置雨水收集管道，如圖3所示，將雨水引入院內(nèi)水井。在窯洞的內(nèi)壁土坯層表面及窯臉處涂抹防水材料，設(shè)立有效的防水層，內(nèi)部用輕質(zhì)防水材料進行吊頂裝飾。完善的排水體系不僅可以有效減少因為水分滲入造成的潮濕，還可以對雨水進行收集，用于旱季農(nóng)作物的灌溉。

通過改善窯內(nèi)采光，增加光照，減少濕度。一般宜采用淺色裝飾材料，并用細直分隔的花格窗代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木窗，達到增加自然采光量的目的。我國GB 50034—2013建筑采光設(shè)計標準值規(guī)定，住宅建筑的臥室、起居室、廚房應(yīng)有直接采光，室內(nèi)天然光照度不低于300 lx[8]。在窯洞進深較大，陰雨天室內(nèi)天然光照度明顯低于標準的窯內(nèi)增加照明設(shè)施，可采用人工光源加以補充。

3.2 內(nèi)部通風改造措施

對于獨立式窯洞，在窯洞盡端開孔安設(shè)換氣扇或壁掛式新風機，加強窯洞內(nèi)部空氣流通；針對靠崖式窯洞，利用太陽能煙囪加強室內(nèi)自然通風[1]。此外，借鑒新型窯洞通風設(shè)計策略，筆者設(shè)計出以下新型通風方案，如圖4所示。在窯洞頂部安裝用固體吸附劑填充的空氣干燥箱，內(nèi)部安裝細紗網(wǎng)管進風通道，并連接窯洞內(nèi)部新風機設(shè)備。當窯洞內(nèi)部濕度較大時，打開新風機加速室內(nèi)外空氣交換以減少濕度。由于固體吸附劑具有吸附飽和度，故空氣干燥箱工作一段時間后，需定期打開箱蓋利用太陽的照射烘干內(nèi)部水分，使吸附劑達到循環(huán)利用的目的。

4 結(jié)語

建筑民居的潮濕問題是建筑中常見病害之一，而陜北窯洞作為一種生土建筑，在其特殊的地理位置下使得潮濕問題的研究有較為明顯方向。本文針對陜北窯洞潮濕成因開展了具體分析，并在排水及采光、通風策略方面提出了對應(yīng)的改造措施，是對陜北特色民居建筑的一種繼承和發(fā)展。