傳統(tǒng)村落與民居氣候適應(yīng)性研究*——以東陽橫塘村為例

郭衛(wèi)宏 王新宇 張貴彬 李聞文

0 引言

中國傳統(tǒng)民居是延續(xù)年代最久遠(yuǎn)、分布范圍最廣泛、數(shù)量最繁多的建筑類型之一，遼闊的地域環(huán)境，多樣的氣候特征，獨特的人文歷史造就了豐富多樣的民居類型[1]。傳統(tǒng)民居經(jīng)由長期試錯過程，展現(xiàn)出一種令人敬佩的把建筑融入自然環(huán)境中、樂于接受氣候的反復(fù)無常與地形挑戰(zhàn)的才能[2-3]。位于浙江中部的東陽自古以來就是建筑之鄉(xiāng)，許多徽州現(xiàn)存較好的木結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)民居都是東陽幫工匠建造，而東陽地區(qū)傳統(tǒng)民居與徽州民居又存在差異，其整體布局強調(diào)自然環(huán)境與人為環(huán)境和諧協(xié)調(diào)，在建村選址、朝向、巷道、開放空間、水系與綠化等方面注重環(huán)境微氣候的營造；民居根據(jù)自然氣候特征與生產(chǎn)生活需要，普遍采用合院、敞廳、天井、通廊等空間形式組合，其較普遍的民居形式“十三間頭”空間布局開敞通透，內(nèi)外空間既有聯(lián)系又有分隔，具有很高的研究價值[4]。本文選取金陽市較為典型的傳統(tǒng)村落六石街道橫塘村為例，通過查閱史料與實地測繪還原村落的布局模式，建立Envi-met計算模型，模擬村落重要節(jié)點的風(fēng)速、溫度和濕度[5]；選取典型三合院民居類型— —“十三間頭”建立phenix計算模型，模擬傳統(tǒng)民居室內(nèi)通風(fēng)實況；通過現(xiàn)場儀器實測，對村巷和重要公共空間的風(fēng)速、溫度、濕度進(jìn)行記錄[6]。從整體聚落與單體空間兩個方面探討東陽民居傳統(tǒng)建造方式中的氣候適應(yīng)性策略。

1 村落概述

1.1 氣候條件

東陽為婺州、衢州、處州、溫州、臺州、杭州等城市之間的通衢，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，兼有盆地氣候，四季分明，氣候溫和，年均氣溫為17℃[7]；夏季高溫多雨，最熱的月份為7月份，平均氣溫達(dá)27.2~29.5℃；冬季寒冷干燥，最冷月為1月份，平均氣溫2.9~5.1℃；氣候濕潤，雨量充沛，梅雨伏旱顯著，5月與6月為梅雨季節(jié)，年均月降水量為203~230 mm；光照充足，7月份日照最多，多年平均266.5 h[8]。

總的來說，東陽暖季較長且沒有嚴(yán)重寒冷的季節(jié)，因此民居主要是按照夏季氣候條件設(shè)計[9]。而浙江在夏季的濕度也高達(dá)76%~90%，建筑若不采取防熱、防雨、防潮、通風(fēng)、防風(fēng)等措施，勢必造成室內(nèi)溫度過高、潮濕等問題，影響居住者生活環(huán)境質(zhì)量[10-11]。故研究選取高溫高濕的夏季作為主要研究時段，對東陽傳統(tǒng)民居的氣候適應(yīng)性策略進(jìn)行分析[12]。

1.2 地形條件

東陽市以丘陵與盆地地形為主，會稽山、大盤山、仙霞嶺延伸入境，東陽江、南江東西向橫貫全境，形成三山夾兩盆、兩盆涵兩江的地貌[13]。東陽傳統(tǒng)村落多沿江溪兩岸，山區(qū)則多位于山間谷底及沖積平地之中，往往注重“風(fēng)水”，選取依山伴水、植被繁茂、田地肥沃，出入方便的地方居住[14]。橫塘村地處東陽江盆地靠北，處于山地與盆地的邊界位置，北靠社姆殿風(fēng)景區(qū)，村落地勢平整，周邊水塘散布，溪流蜿蜒，農(nóng)田廣闊[15]（圖1）。

2 整體聚落氣候適應(yīng)性策略

2.1 選址與朝向

圖1 橫塘村周邊地形示意圖Fig.1 schematic diagram of the terrain around Hengtang Village

圖2 橫塘村選址意象（龍山郭氏宗譜）Fig.2 site selection image of Hengtang Village

圖3 橫塘村村落布局Fig.3 village layout of Hengtang Village

橫塘村在選址上具有東陽傳統(tǒng)村落的典型特征，坐北朝南，落置于山水之間。以太峨山為主山，北有騎龍山勝景，東北角有石角仙洞，東有戚高山，東西有兩溪雙橋，村南有口“月塘”，塘前翠竹掩映，渠道橫貫東西方向，取“東西兩水夾明鏡，左右雙橋落彩虹”之意蘊[16]。村落選址呈“負(fù)陰抱陽，背山面水”生態(tài)格局，十分契合傳統(tǒng)風(fēng)水理論下的理想村邑選址模式（圖2）。村落北部以山為屏障，減弱冬季寒風(fēng)的侵襲；南面臨水而且開闊，夏日可吹來習(xí)習(xí)涼風(fēng)，帶走熱量，冬季可爭取良好的日照。

橫塘村以浙中地區(qū)典型民居形式“十三間”為單元，以九個圍院式組團(tuán)排列形成風(fēng)車狀布局，建筑朝向為南偏東8°~11°。村莊中軸線前廳后堂，七個門堂，坐北朝南，均為三合院結(jié)構(gòu)（圖3）。合院民居為1~2層，最高點不過10 m，合院之間以村巷相隔，村落整體采取低層高密度的布局方式。各合院形成緊密相聯(lián)的整體，夏季互為遮擋，可以減少跟外部環(huán)境接觸的表面積，從而降低陽光輻射。冬季能有效減緩風(fēng)壓對建筑群的影響，提高整體環(huán)境的保溫性，獲得比較穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境，形成群體優(yōu)化效應(yīng)。

2.2 巷道與風(fēng)口

橫塘村的村巷較狹窄，一般寬約2~2.5 m，而巷道兩邊民居較高，村巷高寬比約為3∶1~4∶1。白天，巷道底部大部分時間處于民居的陰影中，形成自遮陽效應(yīng)，地面太陽輻射得熱較小，因此向空氣中發(fā)射的長波輻射也少，巷道地面空氣溫度明顯低于外部。這樣由民居建筑排列組合形成比較窄的巷道，成為有良好的自遮陽效應(yīng)和自然通風(fēng)效應(yīng)的冷巷。

根據(jù)氣象統(tǒng)計資料，東陽地區(qū)一年中溫度最高的天氣集中在7—8月期間，故研究選取在2019年7月底對橫塘村外部環(huán)境進(jìn)行實測，在村口月塘周邊、曬谷坪、不同形態(tài)的巷道等位置設(shè)置了7個測試點，選取其中溫度最高的7月28日白天9:00—18:00作為典型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對各測試點1.5 m高空氣溫度、風(fēng)速進(jìn)行實測對比（圖4）。首先，窄巷的空氣溫度普遍比空坪溫度低2~3℃，其中十字形巷道處溫度相對最低，并在12:00—14:00這段時間溫度差達(dá)到最高，16:00以后兩者慢慢趨于相近，由此可見，適宜尺度的村落巷道能利用建筑自遮陽取得較好的降溫效果；月塘與曬鼓坪風(fēng)速變化較大，巷道內(nèi)在12:00后風(fēng)速較為穩(wěn)定，東西向巷道風(fēng)速最大，平均風(fēng)速為0.93 m/s；十字形巷道平均風(fēng)速為0.66 m/s，南北向巷道平均風(fēng)速為0.57 m/s，這與Envi-met計算模型的模擬結(jié)果相吻合（圖5）。綜合模擬與實測結(jié)果可知，橫塘村夏季主導(dǎo)風(fēng)向為東風(fēng)與東偏北風(fēng)，村莊整體形態(tài)呈順時針轉(zhuǎn)動的風(fēng)車形，村落東部，東北部界面靈活，留有較大尺度的風(fēng)口，各村巷開口方向朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向，形成喇叭口形狀，有利于加大進(jìn)風(fēng)量，捕獲更多的自然風(fēng)進(jìn)入村內(nèi)；朝東向的村巷也較平直；村南面是村民生產(chǎn)生活所使用的空坪，民居朝向空坪開口相對較少，南北向的巷道和大臺門作為橫塘村南向進(jìn)風(fēng)口，空坪的開敞程度和空間尺度影響了進(jìn)入村內(nèi)部的風(fēng)量?？掌洪_敞且下墊面是硬質(zhì)鋪地，受太陽輻射大，空氣升溫快。而巷道內(nèi)部相對狹窄，處于建筑的陰影中，溫度較低，兩者形成的溫差促進(jìn)了熱壓通風(fēng)，使自然風(fēng)從空坪，經(jīng)巷道口和大臺門進(jìn)入村內(nèi)部，保證臨近空坪的巷道具有較好的通風(fēng)效果，并改善村內(nèi)空氣濕度（圖6）。

圖4 實測溫度和風(fēng)速曲線圖（a.選點示意圖; b.溫度曲線圖; c.風(fēng)速曲線圖）Fig.4 measured temperature and wind speed graph (a. diagram of measured point selection; b. temperature graph; c.wind speed graph)

圖5 橫塘村風(fēng)壓通風(fēng)風(fēng)速分布和風(fēng)向圖 （a.風(fēng)速分布; b.風(fēng)向圖）Fig.5 wind speed distribution and wind direction chart of Hengtang village under wind pressure and ventilation (a. wind speed distribution; b. wind direction chart)

2.3 水系與植被

圖6 橫塘村通風(fēng)示意圖Fig.6 ventilation diagram of Hengtang Village

鄉(xiāng)村景觀是鄉(xiāng)村地區(qū)經(jīng)濟、社會、人文、自然等多種要素的綜合表現(xiàn)，體現(xiàn)了村民為了生活而采取的適應(yīng)方式，具有生產(chǎn)價值，具備功能性。同時也是人們對于生活環(huán)境的美化，具備藝術(shù)價值和審美價值；另一方面，鄉(xiāng)村景觀的合理配置也能有效調(diào)節(jié)村落的微氣候。在橫塘村的景觀配置之中，水系規(guī)劃非常完備，村落選址于兩溪之間，保證充足的水源。村南置有一口東西方向的大池塘，形如彎月，又稱為月塘，月塘之北還分布著組成環(huán)形的七口池塘，如井后塘、藕塘、后塘、殿前塘等，猶如伴隨在月亮旁的七顆星星，形成了“七星伴月”的景觀。池塘的比熱容大，夏日白天升溫慢，對周圍環(huán)境的熱輻射小，水汽蒸發(fā)量少，池塘周圍環(huán)境的濕度較其他區(qū)域高，可營造比較舒適的公共空間（圖7）；月塘前修葺貫穿東西的渠道連接其他村落，村內(nèi)設(shè)置水圳，并有多口水井，完善的水利體系既能用于防火、飲用、灌溉、洗滌，又能改善氣溫與濕度，調(diào)節(jié)微氣候。與水系相結(jié)合的是綠化種植，傳統(tǒng)聚落歷來注重植被種植，橫塘村多沿水系種植綠林，溪邊綠樹成蔭。從古代風(fēng)水學(xué)角度來看，溪流流入或流出村落會帶來煞氣，故在溪流附近植建風(fēng)水林；村口則營造水口園林，多為高大喬木，既能外御強敵，內(nèi)聚民心，又能為村口公共空間提供樹蔭，改善公共空間的舒適度。

3 單體民居氣候適應(yīng)性策略

東陽民居布局嚴(yán)謹(jǐn)，軸向?qū)ΨQ，每棟房屋多以凹字形組合，開口處砌有圍墻，內(nèi)圍天井。民居以間為單位，“三間頭”為一個單元進(jìn)行組合，如其經(jīng)典的三合院— —“十三間頭”就是以一個“三間頭”為正屋，兩個“三間頭”為左右?guī)僭谡菖c兩廂的交角處，分別布以兩間“洞頭屋”（這兩間屋的朝向可同正屋，也可同廂屋，但都不面向明塘，采光條件較差，故俗稱為“洞頭屋”也叫“凹瓦屋”）[14,17]（圖8）。正屋是大廳或堂屋，作為家族議事及祭祀祖宗，舉辦婚喪大事的公共活動場所。正屋的廂房是長輩的起居室，左右兩廂是晚輩的起居室，洞頭屋及披屋（即在山墻或后檐墻外側(cè)利用邊角剩余基地，貼墻而蓋的單坡房）用作灶房，庫房，畜舍或傭人居所。1.8~2.5 m寬的檐廊（俗稱階沿），既是宅內(nèi)通道，也是聊天，戲耍，休息，夏天乘涼，冬天曬太陽和從事家庭副業(yè)生產(chǎn)的場所。若在“三間頭”兩端各加一間或兩間勾廂（廊）就成“五間頭”或“七間頭”；將“十三間頭”兩廂各減去一間或兩間就成“十一間頭”或“九間頭”；再以若干個“三間頭”和“十三間頭”進(jìn)行組合，就可構(gòu)成許許多多適合地形地基條件、家庭成員組成、生產(chǎn)職業(yè)狀況的宜居群落。課題以其最為典型的三合院“十三間頭”作為主要研究對象，“十三間頭”在氣候適應(yīng)性方面，強調(diào)整體的系統(tǒng)性，各內(nèi)部功能空間之間注重有機組合，互相優(yōu)化，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。其氣候適應(yīng)性技術(shù)主要表現(xiàn)在建筑空間形態(tài)與建筑材料的利用等方面。

圖7 月塘有水狀態(tài)下橫塘村濕度和溫度分布圖 （a.濕度分布; b.溫度分布）Fig.7 humidity and temperature distribution of Hengtang Village under the condition of water in the pond (a. humidity distribution; b. temperature distribution)

圖8 “十三間頭”（a.首層;b.二層;c.航拍）Fig.8 “thirteen rooms” (a. first floor; b. second floor; c. aerial photos)

3.1 民居空間形態(tài)

3.1.1 明堂與天井

“十三間頭”以合院的形式存在，強調(diào)合院內(nèi)部的微氣候營造，以抵抗外部環(huán)境的惡劣氣候變化?！笆g頭”建筑均以合院為中心，當(dāng)?shù)厝朔Q為明堂或明塘，明堂面積開闊，形態(tài)方正，滿足周邊房間的采光需求，使得建筑不需要依靠外圍采光，這是村落可密集建造的基礎(chǔ)；天井位于正屋與兩廂之間，尺度較小，形態(tài)狹高，既可促進(jìn)空氣對流，避免夏日強光直射室內(nèi)，又能抵擋冬季寒風(fēng)（圖9）。明堂與天井都具有熱壓通風(fēng)的效應(yīng)，村落以“十三間頭”為單元密集建造，明堂與天井處于陰影當(dāng)中，建筑底部溫度低于天井上空溫度，形成溫差，實現(xiàn)熱壓通風(fēng)[18]（圖10）。

3.1.2 熱緩沖空間

濕熱氣候下，“十三間頭”尤其強調(diào)熱緩沖空間的營造，熱緩沖空間是指民居室內(nèi)外環(huán)境進(jìn)行能量交換速率高的空間，包括檐廊、敞廳（堂屋）、閣樓等空間。檐廊是室內(nèi)和明堂之間的緩沖帶，可以遮擋經(jīng)明堂直射進(jìn)來的陽光，夏日為村民提供一個較舒適的半室外活動場所，村民可以在此乘涼或從事手工作業(yè)；正屋前屋檐挑出較遠(yuǎn)，下房當(dāng)心間一般完全敞開，又稱為敞廳，對促進(jìn)自然通風(fēng)具有積極作用；“十三間頭”東西北面皆設(shè)二層閣樓，二層層高較矮，無檐廊，平常作為儲藏物品的場所，閣樓相當(dāng)于屋頂和首層居住空間的熱量傳遞緩沖層，隔熱防寒，延緩夏日熱量往低層滲透，保持首層空間溫度的舒適性[19]（圖11）。

圖9 明堂和天井（a.明堂; b.天井）Fig.9 bright hall and courtyard (a. bright hall; b. couryard)

圖10 天井熱壓通風(fēng)示意圖Fig.10 schematic diagram of stack-ventilation in courtyard

圖11 熱緩沖空間示意圖Fig.11 schematic diagram of thermal buffer space

3.1.3 冷巷空間

夏季，受主導(dǎo)風(fēng)向的影響，村莊東西向的巷道風(fēng)速大，“十三間頭”民居?xùn)|西兩側(cè)以山墻毗連巷道，窗洞小，弄堂成為主要的進(jìn)風(fēng)口，風(fēng)道狹長而窄，而且終日無陽光直射，溫度較低，弄堂與明堂和巷道的溫度差在一定程度上加速了熱壓通風(fēng)作用，空氣流動較快。巷道的風(fēng)經(jīng)弄堂吹向正屋的檐廊，在明堂盤旋后從西側(cè)弄堂或大門流出。弄堂與正屋前的檐廊形成了良好的風(fēng)道，白天微風(fēng)習(xí)習(xí)（圖12）。

3.2 建筑材料

“十三間頭”在不同界面采用不同的建筑材料?！笆g頭”外墻厚重，內(nèi)外表面用青磚砌筑，內(nèi)部澆灌泥土，墻體蓄熱良好，夏季白天可以起到很好的隔熱效果，保證內(nèi)部房間溫度低于外部環(huán)境；冬季也可延緩熱量的傳遞，起到保溫的作用。外墻上的窗洞數(shù)量少而且小，是為了冬日阻擋寒風(fēng)的侵襲和防止熱量散失。南面設(shè)置院墻，既可在冬日阻擋寒風(fēng)，也可在夏日形成一定面積的陰影區(qū)，減少明堂的太陽輻射量。外墻與南面的院墻圍成“十三間頭”的內(nèi)部環(huán)境，在保持合院內(nèi)部穩(wěn)定的微環(huán)境方面起到重要的作用?！笆g頭”內(nèi)部界面往往采用木格扇窗門分隔室內(nèi)外空間，窗地面積比大，注重與明堂的熱量交換。夏日，門窗全打開，氣流可從冷巷經(jīng)室內(nèi)流向明堂，帶走室內(nèi)的熱量，同時由于檐廊的遮擋，不至于因木格柵門窗而室內(nèi)得熱量大；冬日，明堂寬敞，南側(cè)院墻比其他三面建筑低，可接受的直射陽光量多，相當(dāng)于合院的暖源（圖13）。

圖12 夏季1.5 m高度風(fēng)速和風(fēng)向分布圖（a.風(fēng)速分布; b.風(fēng)向分布）Fig.12 distribution of wind speed and wind direction at 1.5 m height in summer (a. distribution of wind speed; b.distribution of wind direction)

圖13 室內(nèi)外微氣候Fig.13 microclimate inside and outside

4 結(jié)語

六石街道橫塘村作為浙江中部傳統(tǒng)村落的典型案例，研究重點分析夏季熱工環(huán)境，通過對村落進(jìn)行實地測繪，軟件模擬，物理環(huán)境實測等研究方法，總結(jié)東陽地區(qū)傳統(tǒng)村落及民居的氣候適應(yīng)性營建經(jīng)驗。

一是在村落整體規(guī)劃策略方面，東陽傳統(tǒng)民居注重?fù)駜?yōu)選址，利用周圍自然環(huán)境改善村落的微氣候；整體布局講究群體優(yōu)化效應(yīng)，民居采取底層高密集的建造模式，形成良好的互遮陽效果；關(guān)注村落節(jié)點空間與巷道空間的營造，利用放大的巷道開口引入夏季主導(dǎo)風(fēng)，南北向巷子窄而深，適當(dāng)扭轉(zhuǎn)遮擋冬季北風(fēng)；村落景觀除了滿足精神方面的需求外，也注重通過水系、綠化、廣場等景觀要素合理搭配，形成溫度與濕度差，加強熱壓通風(fēng)效果。

二是在單體民居建構(gòu)策略方面，東陽民居通過明堂與天井形成熱壓通風(fēng)的垂直空間，促進(jìn)空氣流通；采用檐廊、敞廳、閣樓作為熱緩沖空間對夏季高溫進(jìn)行隔絕，達(dá)到良好的隔熱與自遮陽效果；利用東西向弄堂與明堂周邊的檐廊形成冷巷作用，改善自然通風(fēng)狀況；建筑界面采用外實內(nèi)虛的組合，空斗磚墻與木質(zhì)內(nèi)墻有機組合形成以明堂為熱量轉(zhuǎn)換中心的內(nèi)部環(huán)境。

現(xiàn)代民居建設(shè)更多考慮通過單體的熱調(diào)控能力來解決熱舒適的問題，帶來較高能耗的同時不一定能實現(xiàn)較好的熱舒適度[20]。橫塘村傳統(tǒng)民居在村落群體和民居單體兩方面上，追求系統(tǒng)的氣候適應(yīng)性設(shè)計策略，通過空間與材料的綜合利用，形成群體組合的優(yōu)化效應(yīng)，彌補了單體部分材料熱工性能不佳的劣勢，其生態(tài)智慧與技術(shù)策略值得深入研究與借鑒。本研究主要對夏季熱工環(huán)境進(jìn)行分析，存在一定的局限，在今后的研究可對過渡季與冬季風(fēng)環(huán)境、熱環(huán)境及建筑門窗氣密性、材料保溫性能等問題進(jìn)行進(jìn)一步探索[21]。

圖片來源：

圖1、3-7、8a-b、10-13：作者繪制

圖2：郭端琪, 郭德仁, 郭星壽, 等. 龍山郭氏宗譜[Z]. 1999.

圖8c、9：作者拍攝