豫西北地區(qū)生土建筑形式通風采光改造

王薇 陳劍橋

摘 要：農(nóng)村不應(yīng)該是城市的低級版本，也不是城市的跟隨者。農(nóng)村應(yīng)該是跟城市有差異并且更能接近自然與土地的人類棲息地。

關(guān)鍵詞：生土建筑；通風采光；建筑；改造

一、引言

人類的建筑起源于“鑿土為穴，構(gòu)木為巢”。原始人類用這些種方法來抵御鳥獸及自然災(zāi)害的侵襲把文明的火種傳遞下來。人類的建筑史也是人類文明的發(fā)展史。

在人類的發(fā)展歷程中，隨著社會生產(chǎn)力及人類智慧的發(fā)展，人們學會了利用更先進的建筑材料及建筑技術(shù)來維系生存和進取發(fā)展。建筑材料包括黏土磚、燒結(jié)磚、石材、植物等乃至現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的混凝土、砌塊、玻璃、合材料等。然而隨著科技的發(fā)展，這些建筑材料在方便人類生產(chǎn)生活的同時也對自然環(huán)境造成了極大的破壞。據(jù)歐洲建筑師協(xié)會統(tǒng)計，全球建筑相關(guān)產(chǎn)業(yè)消耗了地球能源的50%，原材料的50%，造成土地損失的40%。同時，產(chǎn)生了50%的空氣污染，42%的溫室氣體，50%的水污染，48%的固體廢物和50%氟氯化合物。現(xiàn)代建筑業(yè)已成為導致全球環(huán)境問題的主要因素之一。如今人們的環(huán)保意識日益增強。國家在環(huán)保方面出臺了相當多的政策來維系以及還原生態(tài)健康。生土建筑又重新回到人們的視野。

生土建筑有如下優(yōu)點：

1.結(jié)構(gòu)安全：結(jié)構(gòu)布局合理、有加固措施的生土房屋可以滿足8度地震設(shè)防要求。

2.經(jīng)濟能耗低：生土建筑不僅造價低廉，而且使用過程中維護費用低，在全壽命周期內(nèi)能耗低。

3.優(yōu)越的熱學、聲學性能：生土材料可調(diào)節(jié)溫濕度，冬暖夏涼，濕度宜人，隔音效果好。

4.施工便利：生土材料分布廣，技術(shù)簡單靈活，施工周期短。

5.環(huán)境友好：無污染，可完全回收再利用。

生土建筑的不足：

1.強度低，自重大：材料與構(gòu)件強度低，整體性能差，導致建筑空間拓展受限（包括建筑高度、開間進深、洞口尺寸等）。

2.耐久性差：生土建筑尤其怕水，不耐風雨侵蝕。

從生土建筑的優(yōu)缺點可以看出生土建筑的特點：結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，造價低廉，聲熱性能良好，材料廣布，施工方便，環(huán)境友好，可再生，建筑規(guī)模和形式具有一定的限制性。

二、豫西北地區(qū)區(qū)域現(xiàn)狀

豫西地區(qū)包括洛陽、三門峽、平頂山。豫西西接關(guān)中，東靠中原，北臨黃河，南接蜀漢，豫西處于我國地勢第二級階梯向第三級階梯的過渡地帶，地形千差萬別。面積有25539平方公里。洛陽地勢西高東低，境內(nèi)山川丘陵交錯，地形錯綜復雜，其中山區(qū)占45.51%，丘陵有40%，平原則只有14%。三門峽市域總面積10496平方公里，地貌以山地、丘陵和黃土塬為主，其中山地約占54.8%，丘陵占36%，平原占9.2%，可謂“五山四陵一分川”。平頂山市處于豫西山地和淮河平原的過渡地帶，西部以山地為主，東部以平原為主，在低山和平原之間，分布著高低起伏的丘陵。

根據(jù)上述資料顯示，該區(qū)域地形狀況復雜，丘陵、山地、平原均有分布，整體來看丘陵居多。因此，在研究該區(qū)域的生土建筑時應(yīng)當以此為依據(jù)劃分為三類，平原類、山地類、丘陵類。

看似陳舊落后的地坑院在許多方面有著現(xiàn)代建筑無可比擬的優(yōu)勢：

造價低廉。地坑院的建造是在大自然中做減法。整個建造過程中幾乎不需要什么主材，除去裝飾部分只有些許加固材料用到磚等。所以其工程造價低于大部分建筑。在歷史建造過程中費時費工問題也在現(xiàn)代建造技術(shù)面前迎刃而解，幾臺挖掘機幾天之內(nèi)便可完成主體挖掘，且建筑使用年限也能夠達到100年以上。

構(gòu)造方式獨特。有別于大部分古今中外的建筑，地坑院幾乎完全舍棄了地上部分，建筑主體全部置于地下。這樣的逆向思考在古今建筑上也屬罕見。建筑整體藏身大地，與自然幾乎完美融合。建筑學家荊其敏、張麗安教授在他們的著作《中外傳統(tǒng)民居》中這樣寫道：“中國的黃土窯洞民居建在黃土高原的沿山與地下，是人工與天然的有機結(jié)合……有的整個村莊建在地下，是建筑生根于大地的典型代表，其自然風格與鄉(xiāng)土氣息充分體現(xiàn)了敦厚樸實的性格，鄉(xiāng)村住宅應(yīng)寓于大自然之中，好像是大自然的延續(xù)。”

熱工性能好。由于窯洞深厚土層的熱惰性（D=RS）地坑院建筑結(jié)實耐用、冬暖夏涼、擋風隔音。室內(nèi)溫度夏季保持在20度左右，冬季保持在10度左右，是造價低廉的恒溫住宅。地坑院的抗震性能也十分不錯，在有加固措施的情況下，很容易達到八級設(shè)防要求。

三、建筑技術(shù)改造

通風采光問題是制約生土建筑滿足現(xiàn)代建筑居住需求的最主要問題。傳統(tǒng)地坑院環(huán)境陰暗潮濕，通風不便，使得原有住民不愿再回想居住在其中的苦難日子，也讓對其有些許好奇的新青年望而卻步。

采光系統(tǒng)這里選用自然采光加補償采光的方式。后加庭院，加涂抹反光涂料的庭院內(nèi)壁形成有效的自然采光。在地表和地坑院側(cè)壁添加采光筒的輔助采光系統(tǒng)，有效補償室內(nèi)采光。這里主要介紹香港正能量科技集團的無電照明系統(tǒng)。無電照明系統(tǒng)100%利用自然采光照明，幾乎可以抵用80%的白天照明能耗。0能耗，無需維護，節(jié)約能源，一次投資，這些都是無電照明系統(tǒng)的特點。其對二氧化碳排放量的減少具有重要意義。無電照明系統(tǒng)總共由三個部分組成：采光區(qū)、傳輸區(qū)和輸出區(qū)。采光區(qū)有5部分，鉆石型采光器、發(fā)電裝置、密封圈、T型圈、防雨裝置組成。白天時利用光線的透射折射原理，通過鉆石型采光器采集光線并將其導入系統(tǒng)內(nèi)部。在夜晚時，可以利用發(fā)電裝置發(fā)電作為夜間補充照明。傳輸區(qū)由光導管、彎管等組成。材料防腐防銹、使用壽命長，全反射率達到100%，傳輸長度達到20米以上，彎度最高能夠達到90度。輸出區(qū)由光線調(diào)節(jié)器、圓轉(zhuǎn)方轉(zhuǎn)換器、補光裝置、漫射器等組成。通過光線調(diào)節(jié)器，使入室光線均勻無害漫反射均勻提供室內(nèi)照明需要。

根據(jù)區(qū)域環(huán)境設(shè)計采用采光井加導光筒加太陽能夜間補充照明的照明體系。采光井的設(shè)計會兼做內(nèi)部小景觀的作用。通風和采光兼顧。在這里根據(jù)地域文化形態(tài)設(shè)計出三種形式。一是窯洞進深末端置入庭院：二是窯洞之間設(shè)置小型庭院或采光井；三是窯洞中段置入采光井，將窯洞分成兩個部分。第一種在窯洞底部設(shè)橫型庭院，庭院串聯(lián)幾個窯洞，不僅使得窯洞底部采光問題得到解決，也創(chuàng)造一個幾個窯洞共享的庭院空間。缺點是造成土質(zhì)松動，對窯洞堅固度有一些影響，并且這種改造方式對地表形態(tài)改變較大。第二種方式是采用窯洞之間夾雜通風采光井模式。這種模式對地表形態(tài)破壞較少，需要注意采光井的防御問題。相應(yīng)的，其對采光通風的解決不如第一種方式見效。第三種其實是原來就存在的開天井模式。在窯洞中側(cè)網(wǎng)上開大小不等的天井。天井的通風采光效果有限。其對地表形態(tài)的影響微乎其微。三種模式利弊不一，可以根據(jù)具體的通風采光需要采取不同的形式。

通風方面改造前單方面開門開窗，窗戶沒有辦法對流。經(jīng)過后加庭院及天井庭院的改造，通風可以形成對流。進風口低，出風口高，能夠形成最有效的在人體活動有效區(qū)域內(nèi)的空氣對流。

四、結(jié)語

其實，生土建筑能否不被遺忘，能否重新煥發(fā)光彩，能否繼續(xù)傳遞該區(qū)域乃至整個民族國家的建筑文化，關(guān)鍵不在于改善某項技術(shù)提高其性能，關(guān)鍵在于民族建筑文化記憶的喚醒和民族建筑文化自豪感的喚醒。即便在農(nóng)村地區(qū)，人民建造房屋也不是僅以堅固耐用、廉價方便為依據(jù)。即便不像中世紀的歐洲，市民們傾其所有耗費幾代人心血共同建造屬于他們的精神堡壘——教堂，每一個農(nóng)村住宅，也是每個家庭智慧和心血的結(jié)晶。在同樣的條件下沒有誰會愿意建造一個比別人“丑”的住宅。所以關(guān)于生土建筑在通風采光方面的改造只是從技術(shù)上解決一些問題，主要還是要從建筑文化方面入手。

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作者簡介：

王薇，河南工業(yè)大學教授；

陳劍橋，河南工業(yè)大學研究生。