豫北傳統(tǒng)民居生態(tài)化建筑節(jié)能研究
——以林州市石板巖鄉(xiāng)草廟村為例

■ 蘆 偉 Lu Wei 張世豪 Zhang Shihao

0 引言

河南省地處中原，是中華文明碰撞交流的中心地帶，其建筑技術(shù)也受到四方文化的影響，本文選取豫北地區(qū)作為研究的區(qū)域，文中的豫北包含安陽市、鶴壁市、濮陽市、新鄉(xiāng)市和焦作市。

近幾年，中國的環(huán)境問題已日益突出，在我國進(jìn)行大規(guī)?；ǖ倪M(jìn)程中，建筑廢料也成為破壞環(huán)境的重要因素，筆者通過對(duì)豫北傳統(tǒng)民居的調(diào)查研究，希望在探索先人建造技術(shù)的同時(shí)，能總結(jié)出對(duì)環(huán)境造成最小破壞的生態(tài)化建筑技術(shù)，以應(yīng)用到日后的建設(shè)中。

1 傳統(tǒng)民居生態(tài)分析

1.1 傳統(tǒng)民居選址與院落布局分析

河南省安陽市林州市地處河南省西北部，為豫、晉、冀三省交界，地理位置為東經(jīng)113°37′～114°51′，北緯35°40′～36°21′，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候帶，氣候受西北季風(fēng)與東南季風(fēng)影響明顯，夏季氣溫高且降雨充沛，冬季寒冷氣候干燥，全年平均氣溫12.8℃，最熱月（7月）平均溫度25.8℃，最冷月（1月）平均溫度-2.5℃。石板巖鄉(xiāng)位于太行山脈東南部，由于村落地處高山之中，冬季氣溫較低的弊端也突顯出來。

筆者調(diào)研的傳統(tǒng)民居所處的豫北山區(qū)，夏季以東南風(fēng)，冬季以偏北風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向。當(dāng)?shù)鼐用裨诖迓溥x址的時(shí)候一般會(huì)選擇在山坡的南側(cè)，這樣不僅可以在冬季寒冷天氣擁有更多時(shí)間的日照，北靠林慮山還可以有效避免冬季西北寒風(fēng)的侵襲，筆者在調(diào)研過程中，總共去了三個(gè)村落，分別為草廟村、紅土崗村和高家臺(tái)村，本次作為樣本的草廟村與高家臺(tái)村皆建造在山坡南側(cè)，也見到有依山坡北側(cè)建成的村落，如紅土崗村，但現(xiàn)已整村搬遷至南坡?？梢姶迓涞倪x址對(duì)村民居住有著很大影響，在村落選址中，一定要適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境，充分考慮日照、風(fēng)向與山形走勢(shì)（圖1）。

河南地處中原，受多方文化影響，院落有著簡(jiǎn)單明了的平面與空間形式，粗獷的立面造型與清素簡(jiǎn)約的色彩，在院落布局方面，受北方四合院院落形式影響，院落平面有著明顯的四合院建筑風(fēng)格（圖2）。再考慮到冬季西北寒風(fēng)的影響，在房屋背面還砌筑起一圈圍墻，可以防止冬季寒風(fēng)直接侵襲房屋的整個(gè)背面。正房為了冬季獲得更多時(shí)長(zhǎng)的日照，房屋面闊大但進(jìn)深較小，比例約為3∶1，正房無檐廊，東西廂房設(shè)置檐廊增加房屋東西向的寬度，東西廂房的高度比正房低，在遮擋冷風(fēng)從正向侵襲正房的同時(shí)也不會(huì)阻擋日照。廚房設(shè)置在東南角，防止炊煙吹入院內(nèi)。

1.2 建筑材料生態(tài)分析

傳統(tǒng)民居的砌筑使用的都是當(dāng)?shù)厥a(chǎn)的石材，當(dāng)?shù)厥蠟榧t砂巖，由于地殼變化天然形成的片狀巖石，方便開采和加工使用，采出的石材較平整，層層疊落也不會(huì)形成非常大的縫隙，整個(gè)房屋從屋頂?shù)交A(chǔ)部分全部由石塊砌筑。這種石材質(zhì)地密實(shí)，耐水性與抗寒性能良好；在耐用性上，它不會(huì)風(fēng)化，紅砂巖是所有砂巖品種中硬度最高的，與大理石、花崗石不相上下，是極佳的建筑材料；在黃土中摻入麥秸稈作為粘結(jié)材料和墊層使用，砌筑起密實(shí)的墻體。石材的保溫性能一直都優(yōu)于人工燒制的紅磚，但由于石材開采不便與形狀不規(guī)則的原因，在利用度上難度很高，但在石板巖鄉(xiāng)，這種天然的紅砂巖材料恰巧彌補(bǔ)了這種不足，成為建筑房屋的優(yōu)異材料。

屋頂則是選用薄片式的紅砂巖鋪疊構(gòu)成，與砌筑墻體的紅砂巖不同，在房頂選用的石材非常薄，只有30～40mm厚，大塊的薄片式的石板巖在夏季炎熱時(shí)節(jié)，能夠充當(dāng)散熱片的作用，白天墻體吸收大量熱量，夜晚傳入室內(nèi)，再上升到屋頂由石板向室外散出。

圖1 村落選址示意圖

圖2 草廟村某民居院落平面圖

2 傳統(tǒng)民居生態(tài)化建造技術(shù)的應(yīng)用

2.1 建造技術(shù)中的防寒

豫北山區(qū)屬于夏熱冬冷地區(qū)，冬季時(shí)間持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，又因?yàn)楹０屋^高，全年平均氣溫僅為12.8℃，所以對(duì)冬季防寒的要求較高。傳統(tǒng)房屋的熱舒適性是從古至今人們居住中最看中的性能，豫北民居通過多種方式來達(dá)到這種目的。

2.1.1 房屋選址

在房屋選址上，傳統(tǒng)民居沿山形錯(cuò)階布局，由北向南逐步降低，有效的利用地形的優(yōu)勢(shì)阻擋冬季西北寒風(fēng)對(duì)院落的侵襲；在院落布局中，采用合院的方式，院落空間卻比較小，比例接近正方形，這種布局方式有著其自身的依據(jù)，冬季可以獲得充足的日照，夏季院落可以迎納東南風(fēng)，滿足夏季避暑的要求。

2.1.2 建筑單體

在建筑單體上，豫北傳統(tǒng)民居墻體厚屋頂薄，房屋的墻體做得很厚，約為600mm。村中的房屋不同的朝向會(huì)采用截然不同的砌筑方式，在正立面與背立面部分，采用厚重的長(zhǎng)方形條石水平擺放在墻身的下部，名曰“臥石”，其作用是抬升室內(nèi)地坪，防止在雨水充沛的時(shí)節(jié)，院中的雨水漫入室內(nèi)；在其上部鋪設(shè)兩層豎直砌筑的石塊，稱為“立石”，這樣做會(huì)防止房子下部雨水撲濺到墻面后，沿墻身下面縫隙滲透墻面，起到類似于勒腳的作用。在“立石”之上就按照錯(cuò)縫搭接“一丁一順”的砌筑方法（圖3）[1]；在東西山墻方向，下部采用大塊石塊堆砌，上部則用夯土填充，因?yàn)樯綁ι吓c屋頂相交處若用石塊砌墻會(huì)形成較大的縫隙，所以，使用夯土材料可以形成密合度較高的封閉空間（圖4）；石塊間用夯土填實(shí)，外側(cè)用石灰抹面，石灰干燥后可以吸收墻體中的水分，防止室外潮氣傳入室內(nèi)，加劇人體對(duì)寒冷的感受[2]；建筑開窗面積小數(shù)量也少，白天墻體吸收大量太陽熱輻射，夜晚傳入室內(nèi)，室內(nèi)同時(shí)燃燒火炕可使室內(nèi)溫度快速升高，外墻熱阻大室內(nèi)熱量不易傳出。東西廂房設(shè)置檐廊，在院落空間產(chǎn)生變化的同時(shí)，也改善了室內(nèi)的氣候，冬季太陽高度角較低，陽光可以直接射入室內(nèi)，提升室內(nèi)溫度，到了夏季，太陽高度角增加，又可以制造灰空間，起到遮陽的作用。

屋頂?shù)臉?gòu)造形式，是豫北山地民居中有別于其它地方瓦屋頂?shù)奶赜行问健２捎弥仁降匿伅B方式，在兩側(cè)縱墻屋檐開始鋪板，每層板與壓在上面的板間用石塊墊起，從縱墻至屋脊共7層板（圖5）。采用了紅砂巖板作為屋頂材料，冬季時(shí)可以將屋面壓實(shí)，防止室內(nèi)暖空氣快速散出，既能阻擋寒風(fēng)，也可防止雨水從屋頂滲入室內(nèi)。

圖3 正房南立面

圖4 正房西立面

2.1.3 門窗洞口

當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)建筑開窗開門的做法都有著特殊的要求，由于豫北地區(qū)冬季寒冷，所以門窗洞的開口都相對(duì)較小，長(zhǎng)寬都不超過1m，在門洞和窗洞的做法上，都采用由室內(nèi)到室外逐步縮小并在室內(nèi)進(jìn)行切角的做法，這種做法在古代戰(zhàn)亂時(shí)期有防御的功能，到了現(xiàn)代，這種做法在冬季可以增加室內(nèi)采光，提高室內(nèi)的太陽輻射得熱量，夏季又可以增加開門和開窗的角度。

2.2 通過軟件分析傳統(tǒng)民居墻體的防寒性能

為了直觀展現(xiàn)傳統(tǒng)民居生態(tài)化建筑技術(shù)的優(yōu)異性，筆者決定在Ecotect Analysis軟件中模擬對(duì)比分析，嘗試在極端天氣下，測(cè)試兩種不同建筑材料建成的房屋熱圍護(hù)性能。

在墻厚同樣為600mm的情況下，紅磚的界面換熱系數(shù)為2.62W/（m2K），水泥砂漿抹灰填縫，紅砂巖的界面換熱系數(shù)為1.78W/（m2K），用黏土作為黏結(jié)劑。經(jīng)過測(cè)試數(shù)據(jù)分析，在石板巖鄉(xiāng)草廟村冬季最寒冷的一天，室外溫度已經(jīng)達(dá)到-10℃，將石板墻與磚墻進(jìn)行對(duì)比，溫度變化曲線如圖6與圖7所示，石板墻溫度變化幅度非常細(xì)微，受外界溫度影響很小，全天溫度都可以保持在0℃以上，展現(xiàn)了其良好的熱惰性；而紅磚砌筑的民居室內(nèi)，受溫度變化影響很大，溫度也下降至0℃以下。

在最熱的一天，室外溫度高達(dá)38℃，溫度變化曲線如圖8與圖9所示，石板墻依舊能夠保持非常平穩(wěn)的溫度變化，室內(nèi)溫度一直保持在30℃左右，而紅磚墻最高溫度已接近34℃。

同等條件下，在最寒日，用紅砂巖砌筑的房屋比紅磚建筑更能有效地保持室內(nèi)溫度，受太陽輻射造成的溫度變化影響也較磚房更??；在最炎日，紅砂巖房屋平均溫度比紅磚房低4℃左右。這也就意味著豫北地區(qū)傳統(tǒng)民居采用的紅砂巖材料熱工圍護(hù)性能，比現(xiàn)代的紅磚更加優(yōu)異，而且更加環(huán)保節(jié)能，不用經(jīng)過復(fù)雜的燒制過程，減少了能源消耗，對(duì)環(huán)境的影響非常小，給人們帶來舒適的環(huán)境。

圖5 屋頂形式

圖6 石板墻最寒日逐時(shí)溫度變化

圖7 磚墻最寒日逐時(shí)溫度變化

圖8 石板墻最炎日逐時(shí)溫度變化

圖9 磚墻最炎日逐時(shí)溫度變化

2.3 豫北傳統(tǒng)民居生態(tài)化建筑技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

豫北傳統(tǒng)民居建筑采用的生態(tài)化的建造技術(shù)，是長(zhǎng)期生活在豫北山區(qū)與自然和諧共生的人們對(duì)居住環(huán)境與自然環(huán)境相互磨合形成的理解，最終形成了一整套的建造技術(shù)。這對(duì)我們現(xiàn)今的房屋建造也有著很大的啟示作用。

選址與院落布局的合理性對(duì)居住空間小氣候有著非常重要的影響，一個(gè)合理的建造地點(diǎn)選擇可以減少能源的消耗，村落選址應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，根據(jù)日照、風(fēng)向、降雨量和地形地貌等影響因素，對(duì)整體布局選址進(jìn)行規(guī)劃；院落的形式也應(yīng)根據(jù)地域的不同而有所區(qū)分，院落的朝向、院落的長(zhǎng)寬比、院落的高差和內(nèi)院的大小都應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)合理的考慮，院落的尺度由北至南逐漸減小，以適應(yīng)不同的氣候條件。

對(duì)建筑材料的合理應(yīng)用，豫北傳統(tǒng)民居建筑采用的紅砂巖材料開采方便，厚重的墻體保溫效果優(yōu)異，砂巖和土的厚墻有巨大蓄熱作用，冬季只要提供少量熱源就可以長(zhǎng)期保持適宜的溫度，在今后當(dāng)?shù)氐慕ㄔO(shè)中，應(yīng)該保留這種材料作為主體建筑材料，只是在材料加工中可以采用現(xiàn)代機(jī)器切割工藝，以避免由于石材不規(guī)則形狀導(dǎo)致縫隙過大造成的熱損失。

3 結(jié)語

現(xiàn)今，人們依賴人工設(shè)備取暖、制冷，解決室內(nèi)熱舒適問題，與自然環(huán)境日漸遠(yuǎn)離，消耗大量的資源，對(duì)環(huán)境也造成了極大的破壞。反觀年代久遠(yuǎn)的傳統(tǒng)民居，卻依靠著生態(tài)化的技術(shù)處理，巧妙地應(yīng)用被動(dòng)技術(shù)，營造出相對(duì)適宜的宜居環(huán)境，以極少的能源消耗滿足自身需求，建筑與自然環(huán)境融為一體，有著獨(dú)特的地域性。我國處于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展階段，數(shù)以萬計(jì)的房屋在建造，在新建房屋的同時(shí)，也有很多年代久遠(yuǎn)的傳統(tǒng)民居面臨著拆除與改造的問題，新建房屋容易對(duì)原始建造形式產(chǎn)生較大破壞，很多優(yōu)秀的建造技術(shù)會(huì)被拋棄。因此，我們應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)民居的生態(tài)化建造技術(shù)盡早進(jìn)行總結(jié)研究，為今后新農(nóng)村建設(shè)提供一些建造技術(shù)上的經(jīng)驗(yàn)和建議。

[1]宋海波.豫北山地傳統(tǒng)石砌民居營造技術(shù)研究——以林州高家臺(tái)村為例［D］.鄭州大學(xué)，2012年.

[2]車元元. 第十五屆中國民居學(xué)術(shù)研討會(huì). 嶺南傳統(tǒng)民居生態(tài)化建筑技術(shù)研究［C］.廣州：中國民居學(xué)術(shù)研討會(huì), 2007.