傳統(tǒng)地下糧倉(cāng)中的被動(dòng)式營(yíng)造智慧

基金項(xiàng)目：本文系2023年度河南省重點(diǎn)研發(fā)與推廣專(zhuān)項(xiàng)（科技攻關(guān)）項(xiàng)目“綠色儲(chǔ)糧環(huán)境被動(dòng)式控制理論與高標(biāo)準(zhǔn)糧食倉(cāng)房被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法”（232102110285）研究成果。

一、傳統(tǒng)地下糧倉(cāng)研究背景與意義

從古至今，糧食安全始終是國(guó)家安全的重要組成部分。目前，在糧食儲(chǔ)存方面面臨的重要挑戰(zhàn)是如何在有效控制儲(chǔ)糧環(huán)境的同時(shí)降低能源消耗。準(zhǔn)低溫儲(chǔ)糧技術(shù)雖通過(guò)谷冷機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)等主動(dòng)式設(shè)備，通過(guò)降溫延長(zhǎng)了糧食保質(zhì)期，有效減少了因高溫引發(fā)的糧食損失，但也帶來(lái)了顯著的能源消耗問(wèn)題[。面對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究人員開(kāi)始重新審視地下儲(chǔ)糧這一古老而充滿(mǎn)智慧的方式。

地下儲(chǔ)糧技術(shù)憑借土壤和巖層的恒溫特性，能夠在不引入額外降溫設(shè)備的情況下提供相對(duì)穩(wěn)定的低溫環(huán)境2，這一特點(diǎn)已使其在多個(gè)地區(qū)得到成功應(yīng)用。然而，地下儲(chǔ)糧也面臨著較高相對(duì)濕度的問(wèn)題[3]?，F(xiàn)代地下糧倉(cāng)雖然可以通過(guò)引入機(jī)械通風(fēng)等設(shè)備來(lái)調(diào)控環(huán)境濕度，但這與降低能源消耗的初衷相悖，形成了新的技術(shù)矛盾。

在尋求解決方案的過(guò)程中，傳統(tǒng)地下糧倉(cāng)提供了寶貴的被動(dòng)式營(yíng)造智慧。這一古老技術(shù)通過(guò)“席子夾糠”結(jié)構(gòu)隔絕水分，以厚重夯土結(jié)構(gòu)阻隔熱量傳遞，通過(guò)空氣間層及糧頂覆蓋減少濕氣滲透等方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)糧環(huán)境的有效調(diào)控，而且不依賴(lài)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備，體現(xiàn)了低能耗、可持續(xù)的設(shè)計(jì)理念。

隋唐時(shí)期的含嘉倉(cāng)是這種傳統(tǒng)智慧的典型代表。這座位于洛陽(yáng)城北的國(guó)家級(jí)糧倉(cāng)，是當(dāng)時(shí)規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)的地下倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)之一。據(jù)考古發(fā)掘，含嘉倉(cāng)占地約43萬(wàn)平方米，單窖儲(chǔ)糧量可達(dá)50萬(wàn)斤4。含嘉倉(cāng)的建造技藝體現(xiàn)了一套科學(xué)的選址和建造體系，包括高地勢(shì)選擇、夯土層構(gòu)筑、火燒壁處理、防潮層設(shè)置等工藝。

這些嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)成就使得160號(hào)倉(cāng)窖歷經(jīng)一千多年歲月后仍出土了保存狀態(tài)較好的糧食，盡管糧食已經(jīng)碳化，但顆粒依然分明[5。含嘉倉(cāng)這種僅通過(guò)被動(dòng)式營(yíng)造方法便能達(dá)到的優(yōu)異儲(chǔ)糧效果，為現(xiàn)代糧倉(cāng)如何在優(yōu)化儲(chǔ)存環(huán)境的同時(shí)減少能源消耗，提供了極具價(jià)值的歷史借鑒和技術(shù)啟示。

二、含嘉倉(cāng)的地理位置與氣候條件

含嘉倉(cāng)位于今河南省洛陽(yáng)市老城區(qū)北部，地處邙山南麓與隋唐洛陽(yáng)城遺址之間的過(guò)渡區(qū)域。受古黃河沖積與邙山地質(zhì)抬升影響，該區(qū)域形成北高南低的階梯狀地貌，倉(cāng)城遺址海拔約145米，高出周邊平原區(qū)3一5米，具備天然的排水優(yōu)勢(shì)?？脊趴睖y(cè)顯示，倉(cāng)窖集中分布于地勢(shì)較高且土質(zhì)密實(shí)的黃土地帶，有效規(guī)避了洛河泛濫風(fēng)險(xiǎn)。

在氣候方面，含嘉倉(cāng)所在的洛陽(yáng)地區(qū)屬于典型的暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季盛行西北風(fēng)，氣候寒冷干燥；夏季受東南季風(fēng)影響，高溫多雨。這種雨熱同期、冬夏濕度反差顯著的氣候特征，對(duì)古代倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了防潮與控溫的雙重要求。

三、含嘉倉(cāng)160號(hào)倉(cāng)窖中的被動(dòng)式營(yíng)造智慧

作為含嘉倉(cāng)遺址中保存最為完整的倉(cāng)窖之一，160號(hào)倉(cāng)窖位于倉(cāng)城東北部黃土地帶，整體倉(cāng)窖為倒圓臺(tái)形，上口直徑10米，下口直徑7米，深8米，窖容約460立方米。含嘉倉(cāng)160號(hào)倉(cāng)窖的地上部分以黃土和木材為主，構(gòu)成了不可重復(fù)利用的外圍保護(hù)結(jié)構(gòu)。這一地上結(jié)構(gòu)的主要作用是標(biāo)示倉(cāng)儲(chǔ)的具體區(qū)域，抵御外界環(huán)境波動(dòng)，以及形成內(nèi)外環(huán)境的過(guò)渡緩沖空間。真正存儲(chǔ)糧食的核心空間被設(shè)計(jì)在地下，糧面之上存在黃土填充和糧面覆蓋，形成了極佳的氣密效果。

含嘉倉(cāng)160號(hào)倉(cāng)窖通過(guò)地下空間、厚重的倉(cāng)頂結(jié)構(gòu)、地上夯土墻、糧面覆蓋層、地下復(fù)合倉(cāng)壁五種被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法的組合協(xié)調(diào)，營(yíng)造出了優(yōu)異的儲(chǔ)糧環(huán)境，其所體現(xiàn)出的被動(dòng)式營(yíng)造智慧直到現(xiàn)在仍值得人們學(xué)習(xí)和借鑒。

（一）地下空間

第一，設(shè)計(jì)原理與環(huán)境適應(yīng)性。含嘉倉(cāng)160號(hào)倉(cāng)窖采用地下倉(cāng)窖形式，以地表為基準(zhǔn)向下挖掘，形成上口大、下口小的倒圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，最深處達(dá)8米。這種獨(dú)特的幾何形態(tài)有助于增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防止地層變形對(duì)倉(cāng)體造成損害。地下空間的溫度變化相對(duì)較小，主要受地?zé)岷蜌夂蛞蛩氐挠绊?，能夠?yàn)閮?chǔ)糧提供相對(duì)恒定的環(huán)境，減少外界熱交換對(duì)糧堆溫度的沖擊。

第二，對(duì)儲(chǔ)糧環(huán)境的作用。地下糧倉(cāng)利用土壤本身的高熱惰性，使內(nèi)部溫度波動(dòng)極小，能夠有效抑制糧堆呼吸作用速率，降低糧食自發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，較低的環(huán)境溫度降低了害蟲(chóng)繁殖的可能性，有助于延長(zhǎng)糧食的儲(chǔ)存周期。此外，地下倉(cāng)的濕度通常較地面更高，若未采取適當(dāng)措施，可能會(huì)導(dǎo)致霉變。因此，合理的通風(fēng)設(shè)計(jì)和防潮措施對(duì)于維持倉(cāng)內(nèi)的適宜環(huán)境至關(guān)重要。

第三，現(xiàn)代啟示?，F(xiàn)代糧倉(cāng)在儲(chǔ)糧方式上可以借鑒地下儲(chǔ)存的理念，如在大型糧倉(cāng)設(shè)計(jì)中增加半地下式倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域，利用地?zé)岱€(wěn)定性調(diào)節(jié)內(nèi)部溫度。此外，還可結(jié)合現(xiàn)代防潮技術(shù)，如防水涂層、氣密結(jié)構(gòu)和精確的通風(fēng)控制，優(yōu)化地下儲(chǔ)糧條件。

第四，應(yīng)用條件與限制。傳統(tǒng)地下糧倉(cāng)的有效性依賴(lài)于穩(wěn)定的地質(zhì)條件和較低的地下水位。在現(xiàn)代應(yīng)用中，可將地下糧倉(cāng)的構(gòu)造與現(xiàn)代建筑技術(shù)相結(jié)合，例如引人防水涂層和智能通風(fēng)系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)高地下水位和復(fù)雜地質(zhì)條件的挑戰(zhàn)。此外，地下倉(cāng)的建設(shè)成本較高，對(duì)土地利用提出了更高的要求，因此在城市地區(qū)的應(yīng)用受到一定限制。

（二）厚重的倉(cāng)頂結(jié)構(gòu)

第一，設(shè)計(jì)原理與環(huán)境適應(yīng)性。倉(cāng)頂采用多層結(jié)構(gòu)，由草拌泥、草桿、草席、木板以及黃土填充。這種厚重的屋頂不僅能夠提供額外的結(jié)構(gòu)支撐，還具備極佳的隔熱性能。草桿和草席層形成了一個(gè)良好的空氣緩沖層，有助于減少熱量傳導(dǎo)，而黃土填充層進(jìn)一步提升了倉(cāng)頂?shù)臒岫栊?，使其能夠在白天吸收熱量并在夜間將其

緩慢釋放。

第二，對(duì)儲(chǔ)糧環(huán)境的作用。厚重倉(cāng)頂能夠有效減少太陽(yáng)輻射對(duì)倉(cāng)內(nèi)溫度的影響，避免夏季倉(cāng)內(nèi)溫度過(guò)高。同時(shí)，厚重的結(jié)構(gòu)也有助于緩沖晝夜溫差帶來(lái)的影響，避免糧堆因溫度驟變而產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。此外，倉(cāng)頂結(jié)構(gòu)還能起到一定的防雨防滲作用，避免雨水侵蝕倉(cāng)體結(jié)構(gòu)。

第三，現(xiàn)代啟示?，F(xiàn)代糧倉(cāng)設(shè)計(jì)可以借鑒這一傳統(tǒng)技術(shù)，在屋頂結(jié)構(gòu)中采用多層復(fù)合材料，如高密度保溫板、透氣防水層等，以提升屋頂?shù)母魺岷头莱毙阅?。此外，結(jié)合現(xiàn)代建筑材料，如輕質(zhì)高熱容材料，可進(jìn)一步提升倉(cāng)內(nèi)溫度的穩(wěn)定性，同時(shí)減輕結(jié)構(gòu)負(fù)荷。

第四，應(yīng)用條件與限制。厚重倉(cāng)頂設(shè)計(jì)主要適用于晝夜溫差顯著且降水量適中的區(qū)域，在高濕多雨地區(qū)可能面臨材料快速老化的問(wèn)題。此外，這類(lèi)設(shè)計(jì)需要考慮現(xiàn)代建筑規(guī)范對(duì)荷載的限制，大跨度結(jié)構(gòu)可能難以支撐傳統(tǒng)厚重屋頂。傳統(tǒng)草拌泥等材料在防火、抗蟲(chóng)害方面存在明顯不足，而現(xiàn)代替代材料雖然性能優(yōu)越，但往往成本更高且施工工藝更為復(fù)雜，在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的推廣應(yīng)用存在一定阻力。

（三）地上夯土墻

第一，設(shè)計(jì)原理與環(huán)境適應(yīng)性。含嘉倉(cāng)160號(hào)倉(cāng)窖的地上部分采用厚重的夯土墻，并融入圓木加夯土的結(jié)構(gòu)，使其與倉(cāng)頂整體形成一個(gè)錐形。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮了熱惰性和穩(wěn)定性，夯土的高熱惰性有效降低了熱量的傳遞速率，能夠在溫度變化時(shí)減緩溫濕度波動(dòng)。

第二，對(duì)儲(chǔ)糧環(huán)境的作用。夯土墻的高熱惰性能夠有效減少外界環(huán)境波動(dòng)對(duì)倉(cāng)內(nèi)環(huán)境的影響，避免晝夜溫差過(guò)大導(dǎo)致的溫濕度劇烈波動(dòng)。此外，夯土墻具有一定的調(diào)濕能力，可在環(huán)境濕度波動(dòng)時(shí)起到緩沖作用，吸收部分多余水分或在干燥時(shí)釋放儲(chǔ)存的濕氣。這種特性有助于減緩倉(cāng)內(nèi)濕度的短期波動(dòng)，其作為輔助防潮措施，可與其他設(shè)計(jì)元素共同維持相對(duì)穩(wěn)定的儲(chǔ)糧環(huán)境，降低糧食品質(zhì)下降的風(fēng)險(xiǎn)。

第三，現(xiàn)代啟示?，F(xiàn)代糧倉(cāng)可以借鑒夯土墻的被動(dòng)調(diào)溫特性，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中采用高密度低導(dǎo)熱材料，并結(jié)合現(xiàn)代施工工藝，如復(fù)合夯土墻或透氣保溫磚，以提升儲(chǔ)糧建筑的溫濕度調(diào)節(jié)能力。

第四，應(yīng)用條件與限制。夯土墻對(duì)濕度較為敏感，在降水較多的地區(qū)易受侵蝕，在現(xiàn)代應(yīng)用中，需要結(jié)合防水涂層或磚石復(fù)合墻體，以提高耐久性。同時(shí)，現(xiàn)代糧倉(cāng)可通過(guò)優(yōu)化墻體材料，如采用透氣但不易被水分侵

蝕的低密度混凝土，提高建筑耐候性并優(yōu)化墻體熱惰性。

（四）糧面覆蓋層

第一，設(shè)計(jì)原理與環(huán)境適應(yīng)性。糧堆表面覆蓋“席子夾糠”結(jié)構(gòu)，其中上下兩層草席可確保覆蓋層的穩(wěn)定性和透氣性，而中間的谷糠層起到主要的隔熱作用。這種設(shè)計(jì)既能夠有效減少外部熱量的傳導(dǎo)，也能在一定程度上調(diào)節(jié)糧面濕度，避免糧食呼吸作用帶來(lái)的水分聚集問(wèn)題。

第二，對(duì)儲(chǔ)糧環(huán)境的作用。覆蓋層能夠減少糧堆與空氣的直接接觸，抑制熱量傳遞，同時(shí)吸收糧食呼吸作用產(chǎn)生的水分，防正頂部水汽積聚導(dǎo)致的霉變。此外，這一覆蓋層還能有效阻擋害蟲(chóng)進(jìn)入糧堆，降低蟲(chóng)害發(fā)生率，提高儲(chǔ)糧安全性。

第三，現(xiàn)代啟示?，F(xiàn)代糧倉(cāng)可以采用新型透氣保溫膜或高效吸濕材料，如功能性透氣織物或生物降解薄膜，以進(jìn)一步優(yōu)化儲(chǔ)糧環(huán)境，減少濕度過(guò)高導(dǎo)致的儲(chǔ)糧損失。

第四，應(yīng)用條件與限制。傳統(tǒng)的“席子夾糠”覆蓋層在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中已較少使用，因?yàn)槠淠途眯暂^差，并且容易受到蟲(chóng)害影響?，F(xiàn)代糧倉(cāng)可采用透氣性良好的功能性織物或生物降解薄膜，以替代傳統(tǒng)覆蓋材料，同時(shí)優(yōu)化糧堆的通風(fēng)性和濕度控制。此外，智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可用于檢測(cè)糧面濕度變化，以減少人工檢查的工作量，提高糧食儲(chǔ)存安全性。

（五）地下復(fù)合倉(cāng)壁

第一，設(shè)計(jì)原理與環(huán)境適應(yīng)性。地下倉(cāng)壁采用壁板、木板、草席、谷糠等多層復(fù)合構(gòu)造。這一設(shè)計(jì)充分利用不同材料的物理特性，壁板和木板提供必要的結(jié)構(gòu)支撐，而草席和谷糠層則充當(dāng)隔熱層，降低外界溫度變化對(duì)倉(cāng)內(nèi)環(huán)境的影響。

第二，對(duì)儲(chǔ)糧環(huán)境的作用。復(fù)合倉(cāng)壁的多層結(jié)構(gòu)不僅阻隔了外界熱量，還能吸收來(lái)自土壤中的水分，避免土壤水分向糧堆擴(kuò)散，避免倉(cāng)內(nèi)濕度過(guò)高造成的霉變。此外，這一設(shè)計(jì)還能有效降低墻體熱脹冷縮導(dǎo)致的裂縫風(fēng)險(xiǎn)，提升倉(cāng)體的長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性。

第三，現(xiàn)代啟示?，F(xiàn)代糧倉(cāng)可以結(jié)合復(fù)合保溫材料，如氣凝膠復(fù)合墻體或高效隔濕板，以進(jìn)一步優(yōu)化墻體的保溫隔濕性能，同時(shí)提升結(jié)構(gòu)的耐久性，確保長(zhǎng)期穩(wěn)定的儲(chǔ)糧環(huán)境。

第四，應(yīng)用條件與限制。復(fù)合倉(cāng)壁的施工要求高，傳統(tǒng)的多層結(jié)構(gòu)需要確保各層材料的兼容性，以避免濕度積聚或熱膨脹引起的結(jié)構(gòu)損壞。在現(xiàn)代應(yīng)用中，可引入防潮膜或高效吸濕材料，以進(jìn)一步優(yōu)化墻體的防潮隔熱性能。此外，智能溫濕度傳感器的應(yīng)用可提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持，幫助優(yōu)化倉(cāng)壁維護(hù)策略，提高儲(chǔ)糧環(huán)境的可控性。

四、結(jié)語(yǔ)

含嘉倉(cāng)160號(hào)倉(cāng)窖的建筑設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了中國(guó)古代儲(chǔ)糧智慧，其地下空間利用、厚重倉(cāng)頂、地上夯土墻、糧面覆蓋層及地下復(fù)合倉(cāng)壁的組合，營(yíng)造了穩(wěn)定的儲(chǔ)糧環(huán)境。這種被動(dòng)式營(yíng)造智慧不需要利用機(jī)械設(shè)備來(lái)制冷，卻能有效抑制溫濕度波動(dòng)，降低害蟲(chóng)活動(dòng)和霉變風(fēng)險(xiǎn)，確保糧食長(zhǎng)期安全儲(chǔ)存。

現(xiàn)代糧倉(cāng)設(shè)計(jì)可借鑒這些傳統(tǒng)技術(shù)的核心原理，如半地下空間的溫度穩(wěn)定性、糧面覆蓋層的隔熱調(diào)濕作用和多層復(fù)合防潮設(shè)計(jì)，減少能源依賴(lài)，提高設(shè)計(jì)可持續(xù)性。通過(guò)結(jié)合現(xiàn)代高性能材料和智能監(jiān)測(cè)技術(shù)，這些古老智慧可轉(zhuǎn)化為當(dāng)代綠色儲(chǔ)糧解決方案。含嘉倉(cāng)的成功經(jīng)驗(yàn)不僅是寶貴的歷史參考，還為未來(lái)綠色儲(chǔ)糧建筑設(shè)計(jì)指明了方向，展示了傳統(tǒng)與現(xiàn)代技術(shù)融合的潛力。

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作者簡(jiǎn)介：

陳錫圭，河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院碩士研究生。研究方向：可再生能源利用與建筑節(jié)能。

李恩，河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院副教授。研究方向：建筑節(jié)能設(shè)計(jì)與被動(dòng)式建筑研究。