沙漠古城對(duì)抗光與熱的分析
——蓋爾達(dá)耶民居氣候適應(yīng)性特征初探

余翔宇，祁曉云

（華南理工大學(xué)建筑學(xué)院）

1 引言

阿爾及利亞蓋爾達(dá)耶是一座矗立在撒哈拉北部已有千年歷史的神秘古城，它曾給柯布西耶、原廣司、山本理顯、隈研吾和西澤立衛(wèi)等建筑師帶來(lái)啟示，默默地影響著世界建筑的走向。蓋爾達(dá)耶在不斷的發(fā)展與更新中衍生出獨(dú)特的聚落特征，對(duì)抗著沙漠中的光與熱，也以其獨(dú)特的格局庇護(hù)著守衛(wèi)它的生靈。

2 區(qū)域與氣候特點(diǎn)

2.1 蓋爾達(dá)耶區(qū)域特征

從規(guī)劃層面來(lái)看，整個(gè)沙漠古城實(shí)際上由五個(gè)綠洲上的村莊組成，蓋爾達(dá)耶只是其中之一。五個(gè)村莊雖然處在不同的地形中，但村莊形成和發(fā)展的理念確是相同的，根據(jù)古城所處的自然條件，當(dāng)?shù)鼐用褚虻刂埔?，形成了?lèi)似于城堡的總體格局。具有宗教意義的清真寺位于正中央，用于儲(chǔ)存起到防御作用的谷物和武器，寺中的尖塔起到瞭望的作用，其他建筑圍繞著清真寺建在同心圓上，周?chē)h(huán)繞著延伸到城墻的高墻。

從建筑層面來(lái)看，蓋爾達(dá)耶的房屋和街道對(duì)于灼熱的陽(yáng)光和高溫天氣做了很多針對(duì)性的設(shè)計(jì)。這些建筑群完好地保留了中世紀(jì)時(shí)期的風(fēng)貌，城內(nèi)建筑被沙子、黏土和石頭嚴(yán)實(shí)地包裹起來(lái)，以隔絕外界環(huán)境，內(nèi)部采光全靠屋內(nèi)的中庭。外立面顏色常常采用白色、粉紅色和黃色，以反射高輻射的陽(yáng)光，立面開(kāi)窗較少且窗洞較小，但每家窗戶(hù)都可以看到山頂?shù)那逭嫠滦Y塔。高密度的建筑之間留出的巷道具有很好的避暑和擋風(fēng)作用。

2.2 蓋爾達(dá)耶氣候特征

蓋爾達(dá)耶屬于炎熱的沙漠氣候，夏天極熱，冬天溫和，晝夜溫差很大，夏季和冬季為5～46℃不等。夏天的風(fēng)干燥、炎熱而強(qiáng)烈，冬天的風(fēng)溫暖而干燥。全年降雨量極少，總量?jī)H為75mm，夏季炎熱季節(jié)降雨量最少，全年有降雨的天數(shù)不足24d，導(dǎo)致7月份的相對(duì)濕度僅為22.3%，1月份達(dá)到54.7%，全年大部分時(shí)間干燥炎熱。此外，每年3～5月是沙塵暴肆掠的季節(jié)。

從氣象數(shù)據(jù)來(lái)看，灼熱陽(yáng)光下的高溫和極少的降雨量是蓋爾達(dá)耶極端氣候的顯著特征，影響著當(dāng)?shù)鼐用竦纳盍?xí)慣、生產(chǎn)方式和居住條件。人們通過(guò)整體的村莊規(guī)劃策略和建筑建造措施，最大限度地與外界氣候進(jìn)行抗?fàn)?，為自身營(yíng)造舒適的空間。

圖1 典型民居各層平面圖

3 蓋爾達(dá)耶的民居特點(diǎn)

蓋爾達(dá)耶的建造史延綿已有千年，在這過(guò)程中進(jìn)行著不斷的演變和改進(jìn)，為適應(yīng)地形和城市環(huán)境等因素，建筑在設(shè)計(jì)和建造的過(guò)程中產(chǎn)生了多樣性的變化。外表各不相同的民居卻有著相同或相似的形制，在很多方面都是按照同樣的建造原則適應(yīng)沙漠中光和熱的變化，尤其是在民居空間的布局特點(diǎn)和建造方式上。蓋爾達(dá)耶的民居具有顯著的相似格局，本文將通過(guò)一個(gè)典型的蓋爾達(dá)耶民居布局進(jìn)行解析。

3.1 民居的空間布局特點(diǎn)與采光

由于民居外圍護(hù)結(jié)構(gòu)較為封閉，建筑空間主要圍繞中間的采光中庭設(shè)計(jì)。建筑從下到上分別是：地下室、入口層、一層和屋頂露臺(tái)，建筑空間包括：中庭、男性接待室、女性活動(dòng)室、廚房、儲(chǔ)藏室、衛(wèi)生間和露臺(tái)等（見(jiàn)圖1）。白天或夏季光線強(qiáng)、溫度高時(shí)，家庭活動(dòng)大多發(fā)生在光線弱、溫度低的入口層，到了傍晚或冬季光線較弱、溫度較低時(shí)，家庭活動(dòng)往往發(fā)生在光線強(qiáng)、溫度高的一層空間。

建筑采光最好的是中庭空間，但上下兩層的中庭大小不一，入口層的中庭大小僅為一層中庭的1/4。幾乎所有的家庭活動(dòng)都發(fā)生在中庭，包括做手工活、做飯、孩子們玩耍和學(xué)習(xí)等，中庭是建筑中唯一充滿(mǎn)光線和溫度的地方。中庭的開(kāi)口位于建筑中間的天花板上，一般情況下呈方形，開(kāi)口的大小取決于采光的需求，但光線的均勻度受太陽(yáng)位置的變化影響較大。此外，中庭受太陽(yáng)直射產(chǎn)生熱壓通風(fēng)，將室內(nèi)產(chǎn)生的廢氣廢物通過(guò)天窗的側(cè)口排往室外。

所有的房間都圍繞中庭展開(kāi)。男性接待室設(shè)置在建筑的一層，通過(guò)與入口連接的樓梯直接進(jìn)入，室內(nèi)有一扇小窗與外面或中庭聯(lián)系，但并不能顯著改善采光。入口層的婦女接待室需要通過(guò)中庭才可到達(dá)，并通過(guò)簾子進(jìn)行視線上的遮擋，這個(gè)空間也作為家庭的起居室，光照通過(guò)中庭的天窗照到房間的墻上，但房間比較密閉，光線只能通過(guò)地面和墻面的反射進(jìn)入沒(méi)有窗戶(hù)的室內(nèi)。在傍晚，由于采光減弱，這兩個(gè)房間幾乎不會(huì)再被使用，全家人會(huì)到更舒適的一層中庭空間開(kāi)展家庭活動(dòng)。

各層角落的房間大小和用途比較靈活，由于采光較差，常用作廚房、儲(chǔ)藏室、衛(wèi)生間和樓梯間等，空間較大時(shí)也會(huì)用作臥室。廚房空間較小，由于只能通過(guò)間接的反射采光，很多烹飪的準(zhǔn)備工作都在中庭完成，只有需要熱處理的環(huán)節(jié)在廚房完成。衛(wèi)生間通過(guò)一個(gè)狹窄的入口進(jìn)入的黑房間被分成兩部分，一部分是只用沙子掩埋的干坑，另一部分是會(huì)用少量的水沖洗的正式廁所。剩下的角落則是樓梯，踏步高度在20～25cm，寬度只能容納一個(gè)人通過(guò)。穿過(guò)中庭，通過(guò)內(nèi)側(cè)狹窄的樓梯可以到達(dá)屋頂露臺(tái)，在炎熱夏季的夜晚可以供人們晚上納涼睡覺(jué)。

3.2 民居的建造特點(diǎn)與防熱

沙漠中的建筑為更好地適應(yīng)氣候環(huán)境，防止墻體因長(zhǎng)時(shí)間照射而影響室內(nèi)的熱舒適性，往往受規(guī)劃布局和朝向的影響較大。但蓋爾達(dá)耶的建筑在緊湊布局下并沒(méi)有過(guò)多考慮關(guān)于朝向的問(wèn)題，而是將抵御惡劣環(huán)境的方式落實(shí)到建造各環(huán)節(jié)。

建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)由當(dāng)?shù)責(zé)岫栊暂^好的厚重石材砌筑，石材兩側(cè)分別用15mm厚的砂漿填縫、包裹，建筑最內(nèi)層涂抹10mm厚的石膏層。在近年新修或改造的建筑中，為更好地隔絕外部炎熱的環(huán)境，石膏層下方還會(huì)添加一層60mm厚的絕緣聚苯乙烯和10mm左右的空氣間層作為絕熱層。

建筑的內(nèi)墻或側(cè)壁通常會(huì)采用150mm的石材砌筑，近年來(lái)，由于技術(shù)的發(fā)展和石材的匱乏，也會(huì)采用隔熱性能更好的空心磚取代部分石材的使用。石材兩側(cè)抹15mm的水泥砂漿找平，最后再在外側(cè)涂抹10mm厚的石膏層。

包括地板和屋頂在內(nèi)的水平構(gòu)件大多用水泥板或現(xiàn)澆混凝土的方式建造。地板上往往會(huì)根據(jù)尺寸鋪上涂有耐腐蝕面層的地磚。屋頂一般是帶有5%排水坡度的平屋頂，在滿(mǎn)足荷載的情況下，處理時(shí)較簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。屋頂在顏色選擇上比較考究，往往會(huì)用天藍(lán)、黃、白和粉紅等淺色系，以最大限度地反射灼熱的陽(yáng)光。

門(mén)窗的設(shè)計(jì)受到當(dāng)?shù)貧夂?、朝向、結(jié)構(gòu)以及私密性的影響，對(duì)門(mén)窗開(kāi)啟的位置和方向都有要求，開(kāi)窗開(kāi)門(mén)的面積都較小，盡量減少與外界熱空氣的接觸。門(mén)窗的材質(zhì)多采用木質(zhì)，以減少熱橋。

4 民居氣候適應(yīng)性策略

民居以聚落的形式存在于世界的各個(gè)角落，將先人在對(duì)抗自然和適應(yīng)環(huán)境中的智慧和經(jīng)驗(yàn)傳承下來(lái)，給后人營(yíng)造了舒適宜人的環(huán)境。蓋爾達(dá)耶的聚落作為沙哈拉沙漠極端干熱氣候民居的代表，體現(xiàn)出了多樣性的氣候適應(yīng)性策略。

4.1 獨(dú)特的街巷法則

蓋爾達(dá)耶古城的城市街道很窄，有些路的寬度據(jù)說(shuō)以一只懷孕驢子的體寬為準(zhǔn)，巷道很深且相互連接。夏季地面最高氣溫可達(dá)75℃的炎熱沙漠氣候，使蓋爾達(dá)耶的設(shè)計(jì)者不得不將巷道設(shè)計(jì)為悠長(zhǎng)狹窄的形式，以擋住強(qiáng)烈的陽(yáng)光。除了避暑，這些巷道還有擋風(fēng)的作用，特別是在沙塵暴肆掠的春夏季節(jié)。簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的巷道設(shè)計(jì)，便給蓋爾達(dá)耶古城提供了一個(gè)適于人居住的環(huán)境。

在較寬的馬路或市場(chǎng)兩側(cè)，相對(duì)寬廣的街道尺度使人行路徑被暴露在毒熱的陽(yáng)光下，人們不得不采用新的方法以避免太陽(yáng)的直射，一種方法是將二層的建筑凸出于道路上方，形成屋檐下的遮陽(yáng)空間，另一種方法是在一層空間加建拱形券廊。

4.2 嚴(yán)密的圍護(hù)結(jié)構(gòu)

為有效抵抗沙漠的酷熱，蓋爾達(dá)耶的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)十分密實(shí)，主要體現(xiàn)在建筑的用材和開(kāi)窗上。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料均取自當(dāng)?shù)?，主要是石材、黏土和黃沙，通過(guò)傳統(tǒng)工藝砌筑的外墻厚實(shí)耐用，熱惰性強(qiáng)，可以有效減少室內(nèi)外的熱傳遞，白色、黃色和紅色等淺色的墻體對(duì)太陽(yáng)的輻射有天然的反射作用，還可以緩解圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受熱問(wèn)題。建筑立面開(kāi)窗面積狹小，此外還加裝了玻璃或防沙網(wǎng)，一方面為減少室外高溫的滲入，保證室內(nèi)熱環(huán)境的穩(wěn)定性，另一方面可以抵御沙塵暴的襲擊。

4.3 緊湊的城市密度

蓋爾達(dá)耶古城的建筑和街道圍繞著中央的清真寺大致呈放射狀排布，但由于街巷尺度狹小，城市建筑密度極大。在沙漠地區(qū)，建筑的朝向?qū)κ覂?nèi)溫度的影響很大，從當(dāng)?shù)匮芯繖C(jī)構(gòu)的研究成果中可以看出，不同朝向的立面接受太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度變化很大，朝向?yàn)檎匣蛘钡姆孔邮艿教?yáng)輻射最少[1]。蓋爾達(dá)耶的建筑并沒(méi)有固定的朝向，但卻能保證室內(nèi)熱環(huán)境的穩(wěn)定，這很大程度上得益于石材較好的熱惰性和緊湊密集的排布秩序。除了狹窄的街巷尺度，相鄰建筑之間往往還會(huì)通過(guò)共用圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式來(lái)減少建筑的體形系數(shù)，最大限度地避免與室外環(huán)境的直接接觸，也在一定程度上使城市更加緊密。

4.4 巧妙的中庭通風(fēng)

嚴(yán)密的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和緊湊的城市密度可以有效減少地域外界環(huán)境對(duì)居住空間的干預(yù)，但建筑內(nèi)產(chǎn)生的廢物廢氣卻仍然需要與外界進(jìn)行交換，蓋爾達(dá)耶民居的做法是利用中庭空間進(jìn)行熱壓通風(fēng)。典型民居的建筑圍繞中庭展開(kāi)，中庭上方的空氣長(zhǎng)時(shí)間受太陽(yáng)輻射而被加熱為熱空氣，當(dāng)居民打開(kāi)一層的門(mén)或窗時(shí)，受熱空氣通過(guò)中庭上方排出，冷空氣通過(guò)門(mén)窗進(jìn)入室內(nèi)，形成熱壓通風(fēng)循環(huán)，降低室內(nèi)的溫度，同時(shí)帶走室內(nèi)的廢氣。

5 結(jié)語(yǔ)

蓋爾達(dá)耶的居民在對(duì)沙漠中的光與熱進(jìn)行頑強(qiáng)抗?fàn)幍倪^(guò)程中，通過(guò)一代代人的思維的積淀，不斷地完善聚落的規(guī)劃理念和民居的建造特色，通過(guò)低技策略，將民居打造為適應(yīng)極端氣候的可持續(xù)建筑，并影響了很多知名建筑師的思想。聚落和民居特征的形成過(guò)程是居民為躲避極端惡劣氣候的傷害自發(fā)性選擇的結(jié)果，也是一種意識(shí)形態(tài)的顯化表達(dá)，一種文化的積淀和傳承。