東北傳統(tǒng)民居應對嚴寒氣候技術措施的探討

東北傳統(tǒng)民居應對嚴寒氣候技術措施的探討周立軍;于立波【摘要】自然氣候和災害一直影響著人類歷史的聚居與發(fā)展，在不斷的與惡劣氣候做斗爭的過程中，人類發(fā)明出了一系列的技術措施.在中國的東北地區(qū)，人們通過自己不懈的努力來適應氣候,尤其在傳統(tǒng)的民居中，人們在抵抗凍災的過程中，積累了一系列的經驗與實用的技術措施.本文試圖通過對我國東北地區(qū)傳統(tǒng)民居對于抵抗嚴寒氣候的技術措施做出一些探討，以期做出總結并推文使用.【期刊名稱】《南方建筑》【年(卷)，期】2010(000)006【總頁數(shù)】4頁(P12-15)【關鍵詞】東北民居;防寒技術措施;寒地建筑【作者】周立軍;于立波【作者單位】哈爾濱工業(yè)大學建筑學院,哈爾濱,150006;黑龍江科技學院建筑工程學院,哈爾濱,150027【正文語種】中文【中圖分類】TU241.5建筑是人類與大自然不斷抗爭的產物，其功能是在自然環(huán)境不能保證令人滿意的條件下，創(chuàng)造一個微環(huán)境來滿足居住者的安全與健康以及生產生活過程的需要，因此從建筑出現(xiàn)開始，〃建筑”和〃自然環(huán)境”兩者就是不可分割的。從躲避自然環(huán)境對人身的侵襲開始，隨著人類文明的進步，人們對建筑的要求以及環(huán)保意識的不斷提高，至今人們希望建筑物特別是民居建筑應滿足安全、健康、舒適、生態(tài)、便捷等要求。而人們在長期的建筑活動中，結合各自生活區(qū)域的資源、自然地理和氣候等條件，因地制宜、就地取材，積累了很多設計經驗。東北地區(qū)位于我國的最北端，受寒冷潮濕氣候的影響比較嚴重，人們在與氣候的斗爭中，積累了豐富的經驗，尤其是東北傳統(tǒng)民居的設計中更是體現(xiàn)著勞動人民的智慧。下面我將就東北傳統(tǒng)民居在應對嚴寒氣候的技術措施做出一些探討。一、東北地區(qū)氣候環(huán)境簡介東北地區(qū)位于北緯40-55°之間，我國大陸的東北部，地處亞歐大陸東緣，是我國緯度位置最高的區(qū)域，其地域遼闊，氣候、地理學中的范圍包括黑龍江、吉林、遼寧三省和內蒙古自治區(qū)東部的三市一盟（赤峰市、通遼市、興安市和呼倫貝爾盟），地跨寒溫帶、中溫帶和暖溫帶，屬于溫帶大陸性季風氣候。東北地區(qū)氣候的基本特征是：具有寒冷而漫長的冬季，溫暖、濕潤而短促的夏季。由于北臨北半球冬季的寒極——東西伯利亞，冬季強大的冷空氣南下，盛行寒冷干燥的西北風，使之成為同緯度各地中最寒冷的地區(qū)，與同緯度的其它地區(qū)相比溫度一般低15°C左右。夏季受低緯海洋濕熱氣流影響，氣溫則高于同緯度各地區(qū)。因此，東北地區(qū)年溫差大大高于同緯度各地。東北地區(qū)冬季寒冷而漫長，早春寒潮多，夏季短促。為了抵御冬季的嚴寒、風雪等自然災害的因素，東北民居在建筑布局與構造上明顯顯示出與其他地區(qū)的不同。同時，與同緯度的其它國家相比，我國東北地區(qū)冬季的日照時間普遍較長，冬季需要供暖期間，太陽輻射熱量較大，太陽能資源比較豐富，所以東北民居在冬季納陽以抵御嚴寒的方面也做出了相應的措施。二、東北傳統(tǒng)民居防寒的技術措施針對東北地區(qū)漫長而寒冷的惡劣自然氣候，傳統(tǒng)民居所采用的應對技術措施主要有以下幾點：1東北村落總體鳥瞰圖[1]2不同體形在空間總量相同時外表面面積差異建筑布局松散，個體以院落式為主我國東北地區(qū)寒冷，采暖期一般可達6個月，黑龍江最冷時可以達到-40°C。故在東北地區(qū)防寒保暖則成為傳統(tǒng)民居的首要考慮問題。為了防寒東北地區(qū)的傳統(tǒng)民居總體布局上采用了松散布局的形式，從而獲得更多的陽光，同時為了滿足在漫長冬季的日照采光需求，建筑大多坐北朝南，并且一些民居還把主要入口設置在了南面:從太陽照射的時間和照射的深度方面來說，在東北地區(qū)向南的房間具有冬暖夏涼的特點；從主導風向方面來說，東北地區(qū)民居在朝向的選擇上應該盡量讓正房的長軸方向垂直于冬季的主導季風方向，加強建筑之間的擋風作用，降級熱損耗。由于東北地區(qū)平原居多，地勢平緩地帶上的村落，主要道路大多沿東西向成帶形分布，民居間的距離較大。南北向道路較小，主要起輔助交通的作用。這也是考慮嚴寒氣候下充分采光的結果。在傳統(tǒng)民居群體布局形式上，大都采取行列式布局（見圖1）,其特點是絕大部分建筑物可以獲得良好的朝向，從而有利于建筑爭取良好的日照、采光和通風條件。同時有些東北傳統(tǒng)民居群體在行列式布局的同時故意錯開了一個角度，構成錯列式布局，以改善夏季的通風效果。東北傳統(tǒng)民居大多以院落的形式存在。院落式的布局具有重要的氣候調節(jié)功能，封閉而露天的庭院能明顯的起到改善氣候條件和減弱不良氣候侵襲的作用。利用冬夏太陽入射角的差別和早晚日照陰影的變化，庭院天井和廊檐的結合，可以有效地抵抗寒風侵襲，阻隔風沙漫揚。由于北方緯度偏高，太陽高度偏低，東北傳統(tǒng)民居大部分院落的寬深比在1.2~1.9之間不等。從外院到內院，房屋的臺基和體量也是從低到高的，從而突出正房的高大和寬廣明亮。另外，東北傳統(tǒng)民居的院落圍以矮墻，高度一般低于屋脊。東北傳統(tǒng)民居中有很多帶前廊的房屋，特別是大型的住宅在正房前端都設有前廊，有時廂房也設有前廊，廊端設置門。在組成院落時正房和廂房的前廊連成一體，在雨雪天，也可以穿行于正廂房之間，拓展了人們的活動空間。挑檐出挑方式為利用椽子出挑，大戶人家會有第二道椽子，即所謂的〃飛椽”飛椽既可以讓檐部出挑的更遠，又可以保證出挑出去的檐部不會遮擋室內的光線。檐部出挑還可以保護墻體在下雨或融雪的時候，屋頂?shù)挠晁軌蝽樌呐畔?，而不會沿著檐墻留下，從而避免墻體腐蝕。同時通過在建筑南面外側布置高大喬木，內側布置低矮灌木，夏季可以遮陽，冬季偏轉北面的寒風，對于氣候調節(jié)起到積極的作用。建筑形體規(guī)整東北傳統(tǒng)民居個體大都矮小緊湊，形體規(guī)整，平面一般呈橫長方形，大多采用硬山的屋頂形式，形成這樣的外形特征可以從體形系數(shù)的角度來解釋。體型系數(shù)是衡量一個建筑物是否有利于保溫的重要參數(shù)，對于同樣體積的建筑物，在各向外圍護結構的傳熱情況均相同時，外圍護結構的夕卜表面積越小，傳出的熱量越小。建筑的體型系數(shù)與耗熱量基本呈線性正比光系。如圖2所示，以立方體為基準，不同建筑體形在空間總量相同時外表面面積的差異。盡管東北地區(qū)冬季氣溫很低，但大部分地區(qū)日照輻射還比較強，因此南向和東西向的夕卜界面在向夕卜散失熱量的同時也接受太陽輻射，尤其是南向，受熱吸收的日照輻射熱量大于其向夕卜散失的熱量，因此建筑的體型不能只以外界面越少越好來評價，還要以南向外界面足夠大，同時其他方向外界面盡可能少為標準來評價。通過建筑熱工中的有關計算得知，在冬至日，單位面積墻面南北向接受日照獲得的熱量大于東西向單位面積獲得的熱量。由此可以得知，東北地區(qū)建筑的體型對寒冷氣候的適應在平面上，一方面要盡量增大進深以減小體型系數(shù)，使建筑平面形式盡可能向四個方向擴展，接近于正方形，以減小圍護結構的外表面散熱面積；另一方面由于體型系數(shù)相同時（建筑朝向、底面積和高度都相同的兩座建筑），南向面積越大，得到的太陽輻射熱量越多。因此建筑的平面布局在維持一定進深的基礎上沿面闊方向增加開間數(shù)量，而并非單純?yōu)闇p小體型系數(shù)而向四個方向同時擴展。民居的平面選則，綜合考慮了體型系數(shù)和日照的影響，形成了現(xiàn)在東北傳統(tǒng)民居的這種橫長方形的平面形式（見圖3）。如果單從體型系數(shù)上看，同一建筑采用平屋頂體型系數(shù)最小，但實際上綜合考慮雨雪等其它氣候因素的影響，東北傳統(tǒng)民居普遍采用了硬山頂?shù)男问?，坡度較緩，這樣有利于冬季屋面積雪的適量保存，使雪本身作為一種有效的自然保溫材料，加強屋面在寒冷冬季的保溫效果，這是適應本地區(qū)氣候的一種方式。另外從屋頂形式上看，硬山頂也是較其他類型的坡屋頂來說體型系數(shù)最小的屋頂形式。同時，東北傳統(tǒng)民居的空間布局緊湊、功能流線短捷，具有較高的功能運作效率，這也就促使了東北傳統(tǒng)民居平面形成較小的體型系數(shù)。建筑構造特殊東北地區(qū)冬冷夏熱，溫差極大，這就有可能因溫度的變化和低溫的作用而造成建筑凍害。這里的凍害一方面是指建筑構件由于溫度變化而造成建筑構件熱膨脹冷縮的變形和損壞；另一方面是指由于建筑構件內部或建筑構件之間的濕度變化，使水汽潮氣遇冷結冰體積變大而造成建筑材料性能的改變和構件的變形與損壞。凍害造成的損壞或裂縫不僅會影響到建筑的壽命，也會極大地增大熱損耗。東北民居在建筑防凍構造方面主要做法有：3面闊三間橫長方形傳統(tǒng)民居4草屋頂（1）厚重的墻體墻體作為建筑中重要的組成元素，不但起到維護和分割空間的作用，而且是保溫隔熱的重要環(huán)節(jié)。東北傳統(tǒng)民居的墻體厚重而且在維護結構中所占面積比例很大，東北民眾歷來就非常注重墻體的保溫，形成了獨特的做法。一般來說，為了抵御冬季寒令的西北風，北墻最厚，南墻其次，山墻再次，室內隔墻由于不承重，而且不需要保暖隔熱，普遍做的很薄，經濟狀況差的用草泥墻，經濟狀況好的用木板墻。具體的夕卜墻的做法主要有復合墻體和火墻兩種。復合墻體東北傳統(tǒng)民居的墻體大都是幾種材料組合而成，純木、純草、純石頭的民居較少，即便是采用單一的材料為主體，也會進行添加或涂抹泥土等保暖措施。傳統(tǒng)民居的墻體，磚墻由于當時技術和經濟水平的限制，為了節(jié)約用磚，采用內夕卜兩側砌磚，中間是碎磚并灌白灰漿使其結合緊密，保溫性能優(yōu)于單一磚墻保溫效果。而木骨泥等復合墻體或純木、春草、純石頭形式的民居，由于取材容易，建造簡便、造價低廉，并且能夠有效的抵御冬季的寒冷?；饓饓κ侵锌盏膲w，一般與灶臺連接，取暖做飯兩用，通常設在炕面上?；饓Φ膽每梢詮浹a單純靠火炕供熱的缺陷，使室內溫度分布更均勻，形成更為舒適的活動空間，后來廣泛傳播到東北各地。火墻的一般做法是用磚立砌成空洞形式，厚度約30cm，而長度、高度則視室內空間大小決定。內表面用砂子加泥，以抹布沾水抹光，這樣可以使煙道內煙氣流通毫無阻礙，升溫更快，夕卜部涂以白灰或石膏，以減輕雨水的沖刷。夕卜墻的防凍處理夯土墻是東北傳統(tǒng)民居常采用的墻體類型，雨水殘留在墻體中是不可避免的。東北地區(qū)的晝夜溫差極大，尤其冬季，晚間氣溫極低，這樣殘留在墻體中的水分就會結冰使體積膨脹，反復的凍融循環(huán)容易引起墻體開裂。而在粘土中加入稻草可以使砌塊空隙率大，具有彈性，這樣既使有殘留水分結冰，也可以有效的減小墻體的破壞。另外東北傳統(tǒng)民居平面規(guī)整，以長方形為主。溫度變化時，各處受力較均衡，不宜出現(xiàn)因某處受力相對其它地方過大而引起的墻體開裂等凍害現(xiàn)象。同時廣泛采用的火炕、火墻等采暖有助于防止凍害。室內的炕體對直接與外界接觸的墻體有一定的熱保護作用，避免其溫度過低，也有效地減輕了凍害的影響。墻體內部充滿灰漿，吸濕能力強，而且其極強的粘結力，足以抵抗因熱脹冷縮而弓I起的應力變化。東北傳統(tǒng)民居采用以木結構為主的承重形式"隼卯堅固，柔韌性好，山墻處也用壁柱加以固定，所以整體性強，不易因溫度變化而引起變形破壞。另夕卜還通過比較深遠的出檐，防止雨水過多的積聚在防凍害的薄弱環(huán)節(jié)——墻腳。滿族民居把位于建筑外墻部位的柱子全部埋在墻體之內，防止在柱子處產生〃冷橋”，提高保暖性能，同時柱子也能免受外力損害。而漢族的民居中，砌墻時在平面上砌一個〃八”字形的豁口，把木柱暴露在外面，以防止木料受潮腐爛。特殊的門窗處理為了接受更多的陽光和避免北方襲來的寒流，東北民居一般將房屋長的一面向南，大部分門和窗設于南面為了實現(xiàn)采光充足、便于通風。傳統(tǒng)滿族民居南北均設置窗戶，南面的窗戶較寬大，北面的窗戶較狹窄，既通風又保暖。窗戶紙糊在窗外，不僅可以加大窗戶紙的采光面積，抵御大風雪的沖擊，還可以避免因窗戶紙的一冷一熱造成脫落的現(xiàn)象。為了增強窗戶紙的經久耐用性，通常將其用鹽水、酥油浸泡，從而不會因風吹日曬而很快損壞。窗戶在下面固定，可以向夕卜翻轉，避免大風吹壞窗戶。在房門的設計上采用雙層門，分內門和風門，有效的抵御冷風進入室內。復雜的屋面東北民居的屋面設計主要通過與日照、風、雨、雪的關系及其保溫、防水的性能等方面綜合來考慮。屋頂按屋面材料分有瓦頂和草頂兩種形式。瓦屋面一般采用小青瓦仰面鋪砌，瓦面縱橫整齊。瓦頂?shù)奈菁股?，有的用瓦片或花磚做些裝飾，梁頭椽頭皆不做裝飾。屋瓦全部用仰砌，屋頂成為兩個規(guī)整的坡面以利雨水的流通。在坡的兩端做兩垅或三垅合瓦壓邊，以減去單薄的感覺。在房檐邊處以雙重滴水瓦結束，既有裝飾作用，又能加快屋面排水速度。同時還能避免反復的季節(jié)凍融，而造成的屋瓦脫落的危險。草屋頂是在東北傳統(tǒng)民居中較為多見的屋面形式。一般草房都建在立柱上，首先置檁木再掛椽子，多為三條椽子。椽子以上鋪柳條或者葦芭或秫秸。在這些間隔物頂上再鋪大泥，稱作望泥，厚度約10cm。為了防止寒氣透入，再加草泥辮一層，這樣可以防寒又可延長使用。最頂部分稗草，鋪置平整（圖4）。草房做法，屋檐苫草要薄，屋脊苫草要厚，以防止冷風的滲透與雨雪的滲透。屋脊的樣式主要有兩種，一種是實心脊，即屋脊全部為實體，造型簡潔；另一種是花瓦脊，屋脊用瓦片或花磚裝飾，又叫〃玲瓏脊”，做法比較講究?；ㄍ呒沟木唧w做法是：在鋪完瓦屋面后，在兩排青瓦的接縫上方正扣青瓦一排，在空隙部分填充泥灰。這樣的構造做法可以在泥灰滲水時依然可以防止雨雪滲入屋內。之后在上面鋪砌一皮或兩皮的胎子磚，鋪一層脊帽蓋瓦，在上面用瓦片拼出圖案。上面再設一層脊帽蓋瓦，兩端則用青磚砌實。在做實心脊時則將拼花瓦片部分以青磚代替。（4）火炕技術的應用東北地區(qū)傳統(tǒng)民居大量采用火炕取暖，提高室內溫度。富戶人家也兼用火盆、火爐取暖?；鹂灰源u或土坯砌筑，高約60cm左右?；鹂挥胁煌刈龇?，按照炕洞來區(qū)分，可分為長洞式、橫洞式、花洞式三種?？欢匆欢伺c灶臺相連，一端與山墻外的煙囪相連，形成回旋式煙道。炕上以草泥抹面，鋪葦席炕褥等。灶臺做飯時，煙道余熱可得到充分利用，加熱炕的表面。土坯磚蓄熱能力強，散熱時間長，因此更常用。對于東北地區(qū)的滿族傳統(tǒng)民居，無論青磚瓦房還是土坯草房，煙囪不是建在房頂，而是安在山墻一側。煙囪不安在房頂，不僅可以減小煙囪對房頂?shù)膲毫?，避免火災，同時還可以避免在房頂上修煙囪時造成煙囪底部漏水、滲水，春天雪化的時候水從煙囪底下流入房里，腐蝕房屋結構。由于這種煙囪距房體有一段間隔，其間不僅有內留煙道的短墻相連接，而且煙囪坐在地面上，不僅可以延長室內煙道的長度，提高供暖效力，還適應了滿族煙囪過火量大