新疆喀什市維吾爾族傳統(tǒng)民居中的生態(tài)智慧

王雪嬌 王 珊 劉東順

(北京工業(yè)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，北京 100124)

現(xiàn)代建筑大多通過人工控制室內(nèi)環(huán)境，耗能較大，反觀傳統(tǒng)民居建筑卻以低能高效可持續(xù)而長期存在。以新疆喀什市維吾爾族民居為例，為適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?、反映地域環(huán)境與文化，以被動技術(shù)營造出相對適宜的生活環(huán)境，構(gòu)成了獨特的建筑空間與形態(tài)，體現(xiàn)出當(dāng)?shù)鼐用褙S富而樸素的“綠色”思想。

1 地理區(qū)位與自然氣候條件

喀什市位于新疆西南部，是中國最西部的邊陲城市。地處歐亞腹地，自古為“絲綢之路”上的商埠重鎮(zhèn)，是我國1986年公布的第二批歷史文化名城之一。其面積555萬km2，人口58萬人，其中維吾爾族占75%［1］，為典型伊斯蘭城市。吐曼河與克孜勒河兩條河流穿城而過，水源充沛，且具有豐富的林木資源，因此當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)民居多生土與木構(gòu)建筑。

喀什地區(qū)處于塔克拉瑪干大沙漠邊緣，海拔1 335 m，其氣候條件與其所處的地貌形態(tài)具有直接聯(lián)系:氣溫晝夜溫差較大，全年平均氣溫11.4℃ ～11.7℃;光照時間長，年日照百分率63% ～84%，年平均每日光照6.6 h ～8.8 h，夏季達 9.9 h;降水稀少，蒸發(fā)旺盛，年平均降水量63.8 mm，蒸發(fā)量卻高達2 487 mm，達降水量的38倍之多;四季分明，春季多沙塵、風(fēng)暴天氣，夏季酷暑炎熱，冬無嚴(yán)寒，因此喀什市為典型西北干旱型綠洲城市，暖溫帶大陸性氣候。

2 喀什維吾爾族傳統(tǒng)民居建筑中的生態(tài)智慧

筆者通過對喀什市維吾爾族傳統(tǒng)民居建筑現(xiàn)狀的調(diào)研，觀察布局結(jié)構(gòu)及特殊構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)鼐用褚陨鷳B(tài)智慧處理建筑建造及建筑環(huán)境的手法主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 整體布局結(jié)構(gòu)

為適應(yīng)喀什地區(qū)風(fēng)沙大、夏季炎熱的氣候特點，傳統(tǒng)民居的街區(qū)巷道如同仿生學(xué)中人體組織的微血管——細(xì)窄曲折卻暢通無阻。其街巷狹窄連貫，建筑物鱗次櫛比，相鄰住戶的房屋犬牙交錯，相互遮擋成蔭。迷宮式迂回的巷道不僅有效減弱了風(fēng)沙對建筑的負(fù)面影響，保障室內(nèi)環(huán)境的舒適度，同時，當(dāng)?shù)睾芏嗝窬佣龑臃块g向外懸挑、架空構(gòu)筑，借用巷道上部空間增加房間使用面積，達到了最大化利用空間和制造巷道遮陰效果的雙重效果(見圖1)。在有過街樓的地方，巷道上部被樓層覆蓋，大大縮短了街巷暴露于陽光下的時間，減少行人在巷道中的暴曬，遮陽效果非常明顯。

同時，狹窄巷道具有自然成風(fēng)的“冷巷”特性，成為建筑氣候的熱緩沖層。此緩沖層調(diào)節(jié)微氣候的方式，是對進入主要功能區(qū)的空氣進行預(yù)冷:狹窄通道內(nèi)很容易獲得縱向通風(fēng)，且風(fēng)速較大，空氣置換效率高，由此帶來夜間涼空氣與墻體和地面的熱交換所產(chǎn)生的冷源。同時，建筑屋頂在白天受太陽輻射升溫較快，而墻體及地面保持相對低溫，冷卻了冷巷的空氣，密度差導(dǎo)致空氣從冷側(cè)向熱側(cè)流動，由此產(chǎn)生通風(fēng)換氣，冷巷中經(jīng)預(yù)冷的空氣進入建筑內(nèi)部。這樣自然成風(fēng)的“冷巷”特效，在炎熱的夏季加速了熱量的散發(fā)，便于人體熱平衡。

圖1 喀什維吾爾族傳統(tǒng)街區(qū)巷道主要斷面形式

此外，由于建筑體形系數(shù)對建筑能耗影響顯著，建筑體形系數(shù)越小，單位面積對應(yīng)的外表面積越小，外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱損失或通過輻射得熱的面積也越小。因此喀什傳統(tǒng)民居采用聚合式的建筑布局，建筑物彼此密集緊靠，有效減少了建筑外圍護結(jié)構(gòu)受熱面積，從而降低室外空氣通過墻體發(fā)生的熱傳導(dǎo)，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

2.2 自然“生長”的過街樓

喀什維吾爾民居建筑最大的特點是建筑為平面方正的封閉型內(nèi)向空間，并可根據(jù)使用需求進行生長、加接，使空間像細(xì)胞般進行分裂。如家庭成員結(jié)構(gòu)的逐步演變，子女增多居室不夠，或經(jīng)濟與文化價值觀念的發(fā)展等，都要求住戶不斷調(diào)節(jié)使用空間。而原本院落已形成，或經(jīng)濟能力不夠?qū)е聼o法另辟新院建宅時，在原有宅院的基礎(chǔ)上逐間增加便成為當(dāng)?shù)鼐用竦钠毡樽龇?。?dāng)無地可擴時，居民會采取借用屋側(cè)街巷加建空間的辦法，過街樓便這樣應(yīng)然而生。

居民借用屋側(cè)街巷的空間，將過街樓建于街巷兩旁高墻之上，作為街巷屋頂?shù)纳喜靠臻g，多為臥室或儲藏間，下部空間仍可通行(見圖2)。由此一來，既不影響街巷通風(fēng)，還減小了街巷暴露于陽光中的面積，減弱陽光輻射帶來的升溫效應(yīng)。同時在街巷中形成的灰空間，豐富了街道空間的景觀，并提供更大陰影區(qū)域的遮蔽空間(見圖3)。街巷空間收放自如，張弛有度。

圖2 喀什街巷中的過街樓

圖3 過街樓下形成的庇蔭空間

喀什傳統(tǒng)街區(qū)建筑單元的不斷分割、改建、豎向擴建，新舊建筑的差異，顯示出當(dāng)?shù)孛窬雍軓姷纳?，同時也更自然地呈現(xiàn)出“生長住宅”這一歷史信息。

2.3 可調(diào)節(jié)溫濕度的生態(tài)墻體

干熱性氣候區(qū)建筑的圍護結(jié)構(gòu)蓄熱是控制室內(nèi)溫度波動的最有效措施。黃土作為生土墻體材料，不僅可以很好的適應(yīng)氣候，同時可就地取材，成本經(jīng)濟，材料制作過程無燃料消耗與環(huán)境污染，具有可再生和可降解性。加之當(dāng)?shù)赝临|(zhì)具有粘結(jié)性強、容易脫水成型等特點，取之不盡、用之不竭的泥土便被維吾爾族居民發(fā)展為生土砌筑、土坯砌筑、烘焙磚砌等多種建造形式。

喀什維吾爾族民居的生土外墻厚度為400 mm～1 500 mm，屬厚重型建筑圍護結(jié)構(gòu)。生土材料雖導(dǎo)熱系數(shù)偏高(0.7 W/(m·h))，但屬多孔材料，具有濕度調(diào)節(jié)功能。且生土熱惰性大的特性，加大了其對溫度的阻尼，提高了衰減倍數(shù)和延遲時間，能夠有效降低內(nèi)表面平均溫度和最高溫度。墻體熱容和熱穩(wěn)定性也隨著厚度的增加而增加。因此生土厚墻熱穩(wěn)定性較好，具有良好節(jié)能效果。

傳統(tǒng)的土坯房以木構(gòu)架作為承重體系，土坯(或夯土)墻為圍護結(jié)構(gòu)。墻的斷面均為上窄下寬的梯形，不可太高也不易開設(shè)太多門窗空洞，否則壘土有困難。施工后待完全干燥才能承受荷載。

由于太陽輻射和土壤的熱惰性，建筑室內(nèi)溫度適宜，受外界溫度影響較小。夏季，喀什當(dāng)?shù)刈罡邭鉁乜蛇_40℃，熱阻較大的重質(zhì)厚墻可吸收部分熱量，減緩熱傳導(dǎo)的速度(見圖4);冬季，當(dāng)?shù)刈畹蜏囟龋?2℃，厚實的生土墻體不僅阻擋了寒冷而強勁的大風(fēng)，白天墻體吸收的紫外線還會在夜晚來臨時釋放，增強熱穩(wěn)定性，從而給居民帶來舒適感。因此，生態(tài)的土墻具有良好的隔熱、保溫、防寒，以及控制室內(nèi)溫度波動的作用。

圖4 重質(zhì)厚墻白天吸熱

2.4 適宜的窗戶設(shè)計

窗是保溫隔熱能力最低的圍護結(jié)構(gòu)。在圍護結(jié)構(gòu)整體熱損失中，門窗的熱損量達到40%，單層窗總傳熱系數(shù)為6.4 W/(m2·K)左右，為同等面積外墻的4倍［2］。合理設(shè)置窗口位置及大小，能夠有效改善室內(nèi)熱舒適性?？κ簿S吾爾民居對外開窗面積很小，建筑外墻體或不開窗，或采用高側(cè)窗的形式(見圖5)。高側(cè)窗能有效促進空氣的對流換熱，夏季當(dāng)室內(nèi)氣溫高于室外時，室外密度大的冷空氣從面對庭院的房間下部窗戶處流入室內(nèi)，室內(nèi)密度較小的熱空氣則從面對街巷的房間上部窗口處排出，形成空氣的自然對流，改善室內(nèi)熱環(huán)境。因此，高側(cè)窗能在保證民居較好私密性的情況下達到自然通風(fēng)采光的效果。

同時，喀什民居高墻小窗還能避免當(dāng)?shù)囟囡L(fēng)沙、強日照帶來的不良影響。新疆濕度較低，室內(nèi)不曬陽光即會保持涼爽。高墻小窗的設(shè)計能夠有效避風(fēng)和減小外露面積，在夏天大大降低通過窗戶傳進室內(nèi)的熱輻射，減少熱輻射和陽光對室內(nèi)負(fù)面影響，使室內(nèi)保持涼爽狀態(tài)。夏季通常采用夜間通風(fēng):白天酷熱時關(guān)閉門窗，夜晚開啟使冷空氣流入，即通過夜間通風(fēng)排除內(nèi)部的熱氣和蓄積的熱量，降低室內(nèi)溫度(見圖6)。冬季高側(cè)窗又可有效減小熱損失，改善室內(nèi)熱舒適性。因此，喀什民居的高墻小窗，有效的減少了室內(nèi)熱量通過窗戶流失到室外，保證室內(nèi)熱舒適度。同時，這些小孔洞也活躍了建筑單調(diào)封閉的外立面。

圖5 建筑外立面的高墻小窗

圖6 夏季通風(fēng)示意圖

而面對建筑內(nèi)部庭院的房屋立面則設(shè)大面積窗戶，以利于房屋的通風(fēng)采光，有效控制空氣的流通和熱輻射傳遞。

2.5 屋頂平臺與庭院的小氣候

屋頂對屋內(nèi)熱舒適性影響較大?？κ哺珊瞪儆?，很少考慮泄水處理，故此大多民居為平屋頂，屋面鋪蓋采用土產(chǎn)的材料——草泥屋面，草泥下面是細(xì)木條橫豎排列而成的密肋結(jié)構(gòu)?？κ驳貐^(qū)較高的人口密度，加大了屋頂作為生活空間的利用率，使平頂屋面成為居民拓展生活空間的場所(見圖7)。居民在屋頂上搭建架棚形成露臺，在此進行很多家務(wù)活動諸如納涼、晾曬衣物、農(nóng)產(chǎn)品及雜物堆放等［3］。搭建的涼棚不僅為居民提供屋頂庇蔭空間，更減少了陽光直射屋面的機會，從而屋面溫度降低，建筑室內(nèi)熱輻射相應(yīng)減少，有利居憩。有些人家為了不使頂部的雜亂情況外露，沿建筑外墻加砌花格短垣予以遮擋，在柱、梁及檐部予以裝飾，便改變了原本平房的簡單面貌，建筑形象也因此而豐富起來(見圖8)。

圖7 屋頂露臺的使用

圖8 屋頂檐部裝飾

其次，盡管塔克拉瑪干大沙漠西緣干旱少雨、風(fēng)沙頻繁，氣候條件十分惡劣，當(dāng)?shù)鼐S吾爾族居民卻通過自家的集中式內(nèi)向庭院，營造出富有藝術(shù)品位和生活情趣的空間。內(nèi)庭的設(shè)置使院內(nèi)大部分區(qū)域處于變化的陰影區(qū)，庭院內(nèi)溫度較室外低，由此產(chǎn)生冷熱氣壓，形成的氣流有助于建筑內(nèi)外的自然通風(fēng)，改善室內(nèi)熱環(huán)境。白天，建筑外墻受太陽輻射，其表面發(fā)熱而產(chǎn)生的熱氣流向上升騰，從中形成小巷內(nèi)冷空氣氣流的云層。夜晚，自然通風(fēng)使得作為蓄冷體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被冷卻，使其在次日白天發(fā)揮冷源作用。因此，內(nèi)部庭院起著“自然空調(diào)”的作用，有效調(diào)節(jié)著庭院周圍的空氣流動和光照系數(shù)，為居民圍合出一個舒適自在的小氣候環(huán)境空間(見圖9)。

此外，院內(nèi)的綠化布置受到特別的重視。郁郁蔥蔥的果樹、花卉巧妙配置，喬木、灌木互相搭配，營造出夏季氣候涼爽宜人的內(nèi)院空間。豐富的植被綠化不僅因為維吾爾族熱愛自然的緣故，還因為其可對院內(nèi)空氣、土壤和水進行生態(tài)循環(huán)處理，吸收CO2，改善庭院空氣循環(huán)效果，同時保護庭院地面免遭太陽直射，減少炫目現(xiàn)象，增加院內(nèi)濕度，從而調(diào)節(jié)庭院微氣候。研究表明，夏季外界炎熱高溫的情況下，庭院熱穩(wěn)定性良好，院內(nèi)空氣溫度波動明顯低于外界，最高溫度出現(xiàn)時間明顯延遲［4］。因此，院內(nèi)綠化起著防止風(fēng)沙、調(diào)節(jié)溫度、美化環(huán)境的作用。當(dāng)?shù)鼐用裆畹膯渭兒蛯Υ笞匀坏木鞈?，都在?nèi)庭院這個小空間中表達的淋漓盡致。

圖9 內(nèi)庭院熱交換示意圖

3 結(jié)語

喀什維吾爾族民居建筑真實地反映了自然界中的一切積極和消極因素。通過當(dāng)?shù)鼐用褙S富的經(jīng)驗與智慧，使其同時滿足了社會生活的需求和建筑與自然和諧共處，對今天的喀什地區(qū)建筑設(shè)計有重要的參考價值。

［1］維基百科，http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%96%80%E4%BB%80%E5%B8%82［J/OL］.2013-05-07.

［2］劉念雄，秦佑國.建筑熱環(huán)境［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2007:215.

［3］陳震東.新疆民居［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009:178.

［4］趙敬源.庭院式民居夏季熱環(huán)境研究［J］.西北建筑工程學(xué)院學(xué)報，2001(18):8-11.