生態(tài)文明視角下關(guān)中民居生產(chǎn)實(shí)踐技術(shù)探究

張 璐 楷亞銳衡建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司建筑設(shè)計(jì)師

任春曉 培特維建筑設(shè)計(jì)咨詢(上海)有限公司建筑設(shè)計(jì)師

張 呢 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院建筑設(shè)計(jì)師

1 傳統(tǒng)民居綠色技術(shù)視角

“人類世”（Anthropocene）一詞最早于20 世紀(jì)80 年代由美國(guó)生物學(xué)家尤金·施特默（Eugene Stoermer）創(chuàng)造，之后經(jīng)荷蘭大氣科學(xué)家保羅·克魯岑（Paul Crutzen）于21世紀(jì)初進(jìn)一步推廣。這一詞用來(lái)描述人類行為活動(dòng)對(duì)全球性生物擾動(dòng)和自然資源過(guò)度消耗的時(shí)代，而導(dǎo)致溫室氣體加速積累對(duì)全球氣候和生物多樣性產(chǎn)生負(fù)影響[1]。據(jù)聯(lián)合國(guó)數(shù)據(jù)顯示，全球自2000 年以來(lái)已發(fā)生7 000 多起極端天氣事件。過(guò)去的2020 年，疫情蔓延、澳大利亞森林大火、西伯利亞氣溫創(chuàng)新高等事件，使氣候危機(jī)顯露出來(lái)。同時(shí)，伴隨著城市邊界擴(kuò)展和人口劇增，高密度空間增加，“碳達(dá)峰”和“碳中和”概念被提出，人們迫切需要理解城市空間能夠?qū)夂颦h(huán)境作出怎樣響應(yīng)。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，建筑行業(yè)溫室氣體排放量占全球39%[2]。城市作為一個(gè)充滿活力的、動(dòng)態(tài)的、開放的系統(tǒng)，內(nèi)部時(shí)刻進(jìn)行著復(fù)雜能量交換——人與建筑、建筑系統(tǒng)、建筑與環(huán)境、人與外部環(huán)境。面對(duì)我國(guó)大量存量建筑，探索其原有生態(tài)技術(shù)，并通過(guò)技術(shù)改良應(yīng)用于舊建筑改造中，能夠有效降低建筑新建過(guò)程產(chǎn)生的環(huán)境污染和建成后運(yùn)行過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響。

生態(tài)技術(shù)作為我國(guó)傳統(tǒng)民居建筑文化的重要組成部分，在民居住宅長(zhǎng)期發(fā)展過(guò)程中逐步形成一套自有特點(diǎn)。每個(gè)地區(qū)的鄉(xiāng)土建筑在建造中考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件，建造者在其長(zhǎng)期實(shí)踐中充分利用該地區(qū)可用的營(yíng)造技術(shù)和鄉(xiāng)土材料，嘗試將其與建筑空間和周邊環(huán)境進(jìn)行整合，從而形成每個(gè)地區(qū)獨(dú)特的建筑風(fēng)格[3]。傳統(tǒng)民居的設(shè)計(jì)建造具有一定微氣候環(huán)境調(diào)節(jié)作用。同時(shí)人體感知寒冷或溫暖取決于周圍直接環(huán)境的溫度，比如受熱量、濕度、風(fēng)所影響的遮蔽處和空地上的溫度[4]。因此，傳統(tǒng)民居空間是調(diào)節(jié)建筑熱環(huán)境和居住熱適應(yīng)的關(guān)鍵要素[5]。例如從傳統(tǒng)民居選址布局、單體建造等方面解析自然通風(fēng)技術(shù)在傳統(tǒng)民居中的應(yīng)用；通過(guò)探討典型山體利用模式進(jìn)行重慶傳統(tǒng)山體民居熱環(huán)境實(shí)測(cè)對(duì)比分析[6]；從常用圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料入手，分析濕度對(duì)傳統(tǒng)民居建筑構(gòu)造的影響等[7]?；谏鲜鰞?nèi)容，本文選取西安幾處典型關(guān)中傳統(tǒng)民居，聚焦其綠色建造技術(shù)，并通過(guò)空間樣本的實(shí)地測(cè)量和文獻(xiàn)查閱，以期對(duì)我國(guó)現(xiàn)代建筑建造提供綠色生態(tài)參考，將傳統(tǒng)綠色技術(shù)與現(xiàn)代科學(xué)綠色建造體系相融合。

2 研究方法

本文通過(guò)實(shí)地調(diào)研走訪多個(gè)西安傳統(tǒng)民居，從中選取兩處保存良好且可入戶測(cè)量的院落進(jìn)行深入研究。采用入戶訪談、儀器測(cè)量（進(jìn)深/溫濕度等）和實(shí)地拍攝，結(jié)合文獻(xiàn)資料對(duì)比整理，總結(jié)相應(yīng)的、適宜于關(guān)中地區(qū)傳統(tǒng)民居并當(dāng)下可借鑒的生態(tài)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)分析關(guān)中地區(qū)現(xiàn)代民居建造案例，來(lái)剖析當(dāng)代民居建造的綠色技術(shù)應(yīng)用。

3 研究對(duì)象

本文選擇西安市內(nèi)幾處典型傳統(tǒng)民居進(jìn)行深度調(diào)研。第一個(gè)是高岳崧故居高家大院。該院落位于西安北院門144 號(hào)，建筑面積為1950 平方米，距今已有有400 多年的歷史，先后經(jīng)歷了三次大規(guī)模修繕，最近一次大規(guī)模修葺在20 世紀(jì)60 年代進(jìn)行[8]。高家大院現(xiàn)分為南跨院、北跨院及后花園，整個(gè)院落呈現(xiàn)出“目”字形，其布局緊湊，私密性強(qiáng)，為典型的三院四進(jìn)式磚木結(jié)構(gòu)四合院。房屋布局上，依據(jù)傳統(tǒng)倫理的長(zhǎng)幼有序、尊卑有別，左右?guī)课蓓數(shù)陀谡课蓓?，而正房屋頂則低于宗祠屋頂。第二個(gè)是光明巷47 號(hào)（見圖1、圖2）。院落藏于西安市內(nèi)深巷中，整體上保存狀況較好，為兩戶人家自住宅。該院落現(xiàn)存兩側(cè)廂房以及一座磚雕門洞，共約100 m2。建筑布局整體呈現(xiàn)東低西高態(tài)勢(shì)，其山墻上有松鳥磚雕，但屋檐部分瓦當(dāng)已遺失，屋檐水平線由于時(shí)間久遠(yuǎn)已出現(xiàn)變形。院落大門由原先呼應(yīng)“紫氣東來(lái)”之意，東向開啟轉(zhuǎn)為向西設(shè)立。本文根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)探討民居中可供當(dāng)下借鑒的生態(tài)綠色技術(shù)（見表1）。

表1 高家大院正房及廂房不同墻體厚度差異 （數(shù)據(jù)來(lái)源：作者實(shí)測(cè)）

3.1 保溫隔熱

由于關(guān)中地區(qū)冬季寒冷且多西北風(fēng)，并受到宅基地的影響，多為窄長(zhǎng)內(nèi)聚形平面布局。一方面，院落布局中，側(cè)廂房有效避免寒風(fēng)侵襲；另一方面，墻體材料的使用也是民居營(yíng)造過(guò)程中智慧的體現(xiàn)。據(jù)實(shí)地調(diào)研顯示，西安多處傳統(tǒng)民居墻體內(nèi)部填充大體都是生土材料，即通過(guò)簡(jiǎn)單機(jī)械加工的原狀土，多為土坯或是夯土，如長(zhǎng)安區(qū)大兆西街付士美故居。同時(shí)為了增強(qiáng)墻體韌性、強(qiáng)度及保溫性能，一些就地取材的秸稈等類似植物廢料會(huì)被加入墻體建造材料中，從而減少對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)荷。據(jù)資料表明，生土材料有突出的蓄熱性能，能夠保持室內(nèi)冬暖夏涼，有效調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度；并且其加工過(guò)程耗能低，碳排量小，分別為粘土磚和混凝土的3%和9%；多次拆除后的生土材料也可反復(fù)利用甚至可用做農(nóng)田肥料[9]。而秸稈、土坯等自然材料能一定程度上提升室內(nèi)溫度，如同等造價(jià)的600 mm 厚土坯墻與240 mm厚燒結(jié)磚墻相比，冬季室內(nèi)氣溫平均提升近1攝氏度[10]。

除墻體材料，厚度也經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)以求達(dá)到防御和保溫隔熱的效果。據(jù)測(cè)量結(jié)果，高家大院的墻體厚度為560 mm、320 mm 和220 mm 三種。外院墻體最厚，內(nèi)院墻次之，室內(nèi)隔墻最?。ㄒ姳?），有厚磚墻抹草泥和厚磚墻貼磚。這種建造方式好處在于，厚重的墻體有利于維持室內(nèi)恒定溫度，防止外部寒冷空氣侵入房間內(nèi)部，并且不同厚度墻體功能傾向性不同，內(nèi)院墻重在保溫，而室內(nèi)隔墻主要目的在于劃分不同空間。這樣分層設(shè)置墻體厚度，避免了采用統(tǒng)一墻厚而引起建筑材料上不必要的浪費(fèi)，同時(shí)又保證室內(nèi)有效保溫。

3.2 遮陽(yáng)采光

關(guān)中地區(qū)夏季炎熱且光照強(qiáng)，內(nèi)向院落布局和庭院種植，有助于調(diào)節(jié)民居內(nèi)微氣候，控制院落環(huán)境的溫度和濕度，并提供庇蔭區(qū)域。民居單體建筑形式上也有所設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)民居結(jié)構(gòu)中多用坡屋頂和挑檐，借此夏季拔風(fēng)和降溫。一來(lái)挑檐下方形成緩沖灰空間，可減少熱輻射，可以避免在夏至日正午時(shí)刻太陽(yáng)高度角最大時(shí)，陽(yáng)光直射入室內(nèi)而造成舒適度降低。同時(shí)在冬季太陽(yáng)高度角降低時(shí)，挑檐角度便于陽(yáng)光射入室內(nèi)，一定程度上增加室內(nèi)溫度；二來(lái)出挑部分可避雨；同時(shí)檐廊豐富了院落空間層次。以光明巷47號(hào)為例，在夏季實(shí)際調(diào)研中，將測(cè)量?jī)x器置于室內(nèi)桌上和室外檐口部位，測(cè)量北廂房室內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)（見表2）。結(jié)果表明出挑屋檐能夠一定程度上降低室內(nèi)熱量。

表2 光明巷47號(hào)室內(nèi)外檐口下溫度差異變化

傳統(tǒng)民居中屋檐隨著出挑長(zhǎng)度增大，遮陽(yáng)效果會(huì)更好。數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)屋檐出挑長(zhǎng)度達(dá)到0.5 m 時(shí)，外窗平均綜合遮陽(yáng)系數(shù)不大于0.5；當(dāng)出挑長(zhǎng)度為1.5 m 而成為檐廊時(shí),綜合遮陽(yáng)系數(shù)不大于0.35[11]。在屋檐出挑深度，光照強(qiáng)度相同下，進(jìn)深小的房間采光效果自然也較好；相反的，開間小進(jìn)深大的房間，加上房檐的部分遮擋，采光效果相對(duì)較差（見表3、表4）。巧妙的利用合適的窗墻比、窗地比，可以到達(dá)冬季最大程度采光夏季最大程度遮陽(yáng)的效果。

表3 北院門144號(hào)高家大院各建筑單體開間與進(jìn)深尺度關(guān)系

表4 北院門144號(hào)高家大院后樓建筑組成要素相關(guān)數(shù)值

3.3 屋面排水

我國(guó)北方民居中都普遍使用凹曲屋面，出檐深遠(yuǎn)，檐角上翹[12]。其中屋面多以排水為主，防水為輔助手段。根據(jù)古時(shí)《周禮·考工記》載: “上尊而宇卑，則吐水疾而溜遠(yuǎn)?！币簿褪钦f(shuō)，屋脊處坡度大以加大水流速度，而檐口處坡度減緩以求將雨水遠(yuǎn)程拋出。以高家大院?jiǎn)蝹?cè)廂房為例，其屋頂坡度約與水平方向夾角為23 °，屋面瓦片相互搭接形成瓦垅和瓦坑，以組織排水路線。在這里瓦片材料多為尺寸為17 cm X 21 cm，以“壓七露三”排列方式，在瓦與椽之間也會(huì)設(shè)一層葦箔層和麥秸草泥灰，防水防潮同時(shí)兼具建筑構(gòu)造中的保溫隔熱層[13]。關(guān)中地區(qū)氣候多干燥，雨水收集顯得更為重要。向院內(nèi)傾斜的單坡屋頂便于將雨水收集到院內(nèi)，在院內(nèi)的地面上設(shè)有洞口來(lái)收集雨水，夏季通過(guò)水分蒸發(fā)保持院內(nèi)微氣候，稍高出地面的臺(tái)階，方便人們雨天在院內(nèi)行走。

3.4 通風(fēng)散熱

坡屋頂?shù)脑O(shè)置使得室內(nèi)吊頂和屋頂之間形成一個(gè)空氣夾層，可以利用熱壓通風(fēng)帶走夾層中的熱量，以降低其內(nèi)部溫度。同樣，關(guān)中地區(qū)內(nèi)院狹窄，四側(cè)房屋較高，從而形成類似于拔風(fēng)煙囪的天井空間，在室內(nèi)外形成溫度差時(shí)產(chǎn)生壓力差，能夠有效形成自然通風(fēng)。根據(jù)熱力差原理，出挑的屋檐使得天井底部成為一個(gè)陰影低溫區(qū)，而天井上部空間屬于陽(yáng)光可直射的高溫區(qū)域，從而促進(jìn)空氣流動(dòng)，熱空氣上升，冷空氣下降，最終起到院落內(nèi)部拔風(fēng)效果。

4 項(xiàng)目案例分析

基于以上實(shí)地調(diào)研和資料整合，本文以西安建筑科技大學(xué)設(shè)計(jì)研究總院所設(shè)計(jì)的陜西關(guān)中地區(qū)現(xiàn)代民居— —咸陽(yáng)·莪子村紅磚房為例（見圖3），探索根植于當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)代民居建造方案中傳統(tǒng)民居生態(tài)技術(shù)使用的可實(shí)施性。該項(xiàng)目宅基地南北長(zhǎng)35.1 m，東西寬9 m，地形平坦；平面布局上，整體趨于坐北朝南，設(shè)計(jì)師將宅院門置于基地東南角[14]，沿襲了傳統(tǒng)民居中院門“紫氣東來(lái)”之意。鑒于基地東西寬度限制，并結(jié)合現(xiàn)代居住習(xí)慣，舍去側(cè)廂房，只設(shè)一層門房、院落、兩層正房和小后院。為提升居住舒適度和體現(xiàn)生態(tài)理念，被動(dòng)式綠色技術(shù)設(shè)計(jì)上，項(xiàng)目設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了保溫隔熱、通風(fēng)采光等一系列策略。

圖3 內(nèi)部宅院空間（南向角度） ?張曉明 (來(lái)源：有方空間）

該項(xiàng)目符合傳統(tǒng)關(guān)中民居中的窄廳和南北通透的設(shè)計(jì)手法，有利于形成穿堂風(fēng)（見圖4）。因?yàn)闊釋?duì)流的傳熱速率大于熱傳導(dǎo)，這種通透設(shè)計(jì)能夠有效改善室內(nèi)進(jìn)深過(guò)大而導(dǎo)致的通風(fēng)不佳情況；同時(shí)窄廳和通高空間相組合，二層通高部分設(shè)有高位窄窗，有利于形成風(fēng)壓。這種對(duì)流一定程度能夠通過(guò)通風(fēng)冷卻等方式耗散已經(jīng)積累的熱量，帶走夏季室內(nèi)的部分熱量，從而實(shí)現(xiàn)被動(dòng)降溫效果。

正廳二層部分由坡屋頂構(gòu)成，類似傳統(tǒng)民居中的“悶頂”，可做儲(chǔ)藏，也可供住戶進(jìn)行其他活動(dòng)。所謂“悶頂”，是指建筑坡屋面與頂棚之間所構(gòu)成的空間，并根據(jù)用途和空間結(jié)構(gòu)不同分為住人悶頂和保溫隔熱悶頂。這其中主要區(qū)別在于該空間高度是否能夠進(jìn)人，以及墻體上開窗還是小型通風(fēng)口。無(wú)論兩種區(qū)別如何，從整體上講，這種“悶頂”設(shè)計(jì)相當(dāng)于一個(gè)空氣介質(zhì)，形成緩沖空間。而由于空氣導(dǎo)熱系數(shù)低，空氣越趨于靜態(tài)，越有利于夏季隔熱和冬季保溫，對(duì)一層日常起居起到調(diào)節(jié)作用。

5 結(jié)論

建筑物關(guān)聯(lián)自然和社會(huì)環(huán)境的建造方式是典型的地域性實(shí)踐過(guò)程。因此恰當(dāng)?shù)貙⒈就粱摹⑦m應(yīng)現(xiàn)代人居生活行為方式的技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代建造方式中，找到本土與時(shí)代的結(jié)合點(diǎn)。這種聯(lián)結(jié)既可以是材料運(yùn)用，也可以是新技術(shù)的融合。在中國(guó)傳統(tǒng)民居的長(zhǎng)期實(shí)踐中，如何“順應(yīng)”與“利用”自然因素是重要的生態(tài)理念，體現(xiàn)了古人們?cè)趯?shí)踐過(guò)程中充分運(yùn)用比例尺度變化和材料融合，創(chuàng)造出宜居的生活環(huán)境，在適應(yīng)氣候方面有著豐富經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。這種和諧整體的認(rèn)知結(jié)構(gòu)反映了建筑與自然、建筑與人、建筑與社會(huì)環(huán)境的關(guān)系。然而傳統(tǒng)民居中如坡屋頂檐口雨水影響行人通行；傳統(tǒng)單純采用瓦片鋪設(shè)的坡屋頂阻礙房間整體保溫性能得以有效提升等問(wèn)題，需要融入現(xiàn)代技術(shù)手段進(jìn)行合理改造。這樣既傳承傳統(tǒng)建筑文化，又為當(dāng)下低碳綠色節(jié)能建筑提供些許設(shè)計(jì)思路。