陜北窯洞潮濕成因及改造措施探析★

趙江明 楊 瑞 李 丹

(延安大學(xué)建筑工程學(xué)院，陜西 延安 716000)

0 引言

窯洞是一種古老的生土建筑形態(tài)，具有幾千年的歷史[1]。陜北窯洞作為整個(gè)黃土高原最具代表性的民居形式，積淀著一代又一代勞動人民的智慧。以其冬暖夏涼、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、節(jié)約耕地、耗材少、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)深受人們喜愛，其建造過程充分體現(xiàn)出人與自然和諧共生的綠色建筑理念，具有重要的傳承意義和借鑒價(jià)值。但窯洞內(nèi)部存在的潮濕問題不僅會使實(shí)際居住體驗(yàn)大打折扣，長時(shí)間的居住還會危害到居住者的身體健康。窯洞本身在長時(shí)間水分的侵蝕下，黃土節(jié)理也會隨之發(fā)生改變，使得窯洞自身的安全性能降低，甚至?xí)霈F(xiàn)窯毀的現(xiàn)象。僅2003年秋季陜西省就因連綿陰雨造成15萬孔窯洞坍塌，使20萬窯洞居民淪為災(zāi)民[2]。國內(nèi)外目前針對建筑防水防潮開展過不同程度研究，但針對于陜北窯洞潮濕成因及相應(yīng)改造措施的研究則很少。在對陜北窯洞開展問卷走訪與實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上，本文對陜北窯洞潮濕成因展開分析，并提出相應(yīng)的改造措施，使得陜北窯洞得以更好的傳承和發(fā)展。

1 陜北窯洞現(xiàn)狀調(diào)查

陜北地區(qū)位于黃土高原中心，以黃土塬、梁、峁、溝為基本地形地貌，地表基本被黃土所覆蓋。而黃土具有直立性較好，強(qiáng)度較高的特性，故居民窯洞大多依地順勢建造靠崖式窯洞[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在陜北地區(qū)90%鄉(xiāng)村建筑為窯洞建筑，其中最常見的是靠山式窯洞，約占總數(shù)的70%以上[1]。針對延安市窯洞潮濕問題開展問卷調(diào)查中，發(fā)放共75份問卷，收回有效問卷72份。數(shù)據(jù)結(jié)果表明：1)靠崖式窯洞占調(diào)查總量78%，獨(dú)立式窯洞占調(diào)查總量22%，在河南地區(qū)分布較廣的下沉式窯洞在陜北地區(qū)較為少見。2)如圖1所示，超過55%以上窯洞居民表示窯洞內(nèi)部長時(shí)間處于潮濕或比較潮濕狀態(tài)中。

2 窯洞潮濕成因分析

2.1 氣候影響

延安市位于陜北地區(qū)南部，位于黃河中游。氣候特點(diǎn)是春季干旱多風(fēng)，夏季氣候溫?zé)?，多雷陣雨，秋季涼爽多雨，冬季寒冷干燥，雨雪稀少。降水主要集中在秋季?月～9月降 水量占多年平均年降水量的70%左右，多年年平均相對濕度在59～66之間。在對于窯洞內(nèi)部出現(xiàn)潮濕狀況的問卷分析中發(fā)現(xiàn)，窯內(nèi)潮濕現(xiàn)象主要集中在夏季和秋季，在秋雨季表現(xiàn)的尤為明顯。在持續(xù)性降水的影響下，雨水沿著黃土節(jié)理入滲，黃土被逐漸濕化。如不及時(shí)采取措施，窯洞內(nèi)部的潮濕狀況也會愈加明顯。長此以往，窯洞內(nèi)壁會局部出現(xiàn)水域侵蝕、擴(kuò)大的現(xiàn)象。在常年周期性降水的影響下，窯洞內(nèi)濕度增加明顯，甚至出現(xiàn)窯面剝落現(xiàn)象，如圖2所示。

2.2 窯洞構(gòu)造影響

靠崖式窯洞大都依山而建或者沿溝修造，有避風(fēng)向陽之利。因此靠崖式窯洞相較于獨(dú)立式窯洞而言有著更久的平均日照時(shí)長，但靠崖式窯洞僅依靠于窯臉處的門窗作為采光口，使得窯洞內(nèi)部光照時(shí)長受季節(jié)影響和窯洞朝向影響較大。即使在日照最充足的夏季，窯洞內(nèi)部天然光照度隨著進(jìn)深加大而衰減迅速，對于與光線形成角度的區(qū)域而言，照度低至幾乎不可見[5]。而黃土優(yōu)良的保溫隔熱性能一方面保證了窯洞內(nèi)部舒適的熱環(huán)境，但同時(shí)也使窯洞內(nèi)外形成了較大的溫差。夏季時(shí)，窯洞室內(nèi)外溫差可達(dá)到10 ℃左右，這使得窯洞外部的熱空氣在進(jìn)入窯洞內(nèi)部后迅速遇冷液化，形成了附著在窯洞內(nèi)壁上的小水珠。實(shí)地觀測的結(jié)果顯示：隨著窯洞進(jìn)深的增加，水珠的含量也隨之增加。肖婷等人在《窯洞內(nèi)部環(huán)境初探——以三門峽唐洼村窯洞內(nèi)部窯洞潮濕問題為例》中通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)窯洞內(nèi)部平均濕度與窯洞的進(jìn)深呈正相關(guān)，隨著窯洞進(jìn)深增加，其內(nèi)部濕度也增加[4]。此外，為了增強(qiáng)窯洞內(nèi)部的保溫性能，窯洞頂部通常設(shè)有1 m～3 m厚的覆土層。而黃土天然的蓄水能力，導(dǎo)致被覆土吸收的雨水不能及時(shí)被蒸發(fā)，在窯洞頂部排水體系不夠完善的狀態(tài)下，便會使得雨水對窯洞內(nèi)部的潮濕狀況影響更加顯著。

2.3 其他因素影響

受到經(jīng)濟(jì)條件和地域因素制約，現(xiàn)居窯洞的居住時(shí)長基本都在20年以上，但窯洞居住者表示均未對窯洞進(jìn)行過定期的修繕或改造，而窯洞內(nèi)部的潮濕狀況也隨時(shí)間的推移而不斷加重。在調(diào)研過程中也發(fā)現(xiàn)：只有約30%的居民為窯洞增添了外加的排水或通風(fēng)設(shè)施，而此外的70%居民因?yàn)椴恢啦捎煤畏N改造方案或因?yàn)楦脑斐杀具^高或沒有意識到潮濕的危害而忽略了窯洞的潮濕狀況。

3 窯洞防潮改造措施

針對陜北窯洞潮濕病害問題，有多種措施可以加以實(shí)施。1996年西安建筑科技大學(xué)課題組在延安棗園窯洞建筑示范項(xiàng)目中，運(yùn)用多項(xiàng)現(xiàn)代化節(jié)能技術(shù)，有效改善了窯洞內(nèi)部潮濕環(huán)境，但由于其造價(jià)高、后期維護(hù)困難等問題，難以在居民中進(jìn)行推廣。因此結(jié)合經(jīng)濟(jì)和可行性，筆者提出以下兩種窯洞潮濕的改造措施。

3.1 排水及采光改造措施

通過在窯頂鋪設(shè)防水卷材，疏通窯洞周圍的雨水排放設(shè)施，增設(shè)雨水收集回用方案，促進(jìn)雨水的收集和排放暢通。在窯洞頂部鋪設(shè)防水卷材，蓋塑鋼瓦片，并設(shè)置雨水收集管道，如圖3所示，將雨水引入院內(nèi)水井。在窯洞的內(nèi)壁土坯層表面及窯臉處涂抹防水材料，設(shè)立有效的防水層，內(nèi)部用輕質(zhì)防水材料進(jìn)行吊頂裝飾。完善的排水體系不僅可以有效減少因?yàn)樗譂B入造成的潮濕，還可以對雨水進(jìn)行收集，用于旱季農(nóng)作物的灌溉。

通過改善窯內(nèi)采光，增加光照，減少濕度。一般宜采用淺色裝飾材料，并用細(xì)直分隔的花格窗代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木窗，達(dá)到增加自然采光量的目的。我國GB 50034—2013建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值規(guī)定，住宅建筑的臥室、起居室、廚房應(yīng)有直接采光，室內(nèi)天然光照度不低于300 lx[8]。在窯洞進(jìn)深較大，陰雨天室內(nèi)天然光照度明顯低于標(biāo)準(zhǔn)的窯內(nèi)增加照明設(shè)施，可采用人工光源加以補(bǔ)充。

3.2 內(nèi)部通風(fēng)改造措施

對于獨(dú)立式窯洞，在窯洞盡端開孔安設(shè)換氣扇或壁掛式新風(fēng)機(jī)，加強(qiáng)窯洞內(nèi)部空氣流通；針對靠崖式窯洞，利用太陽能煙囪加強(qiáng)室內(nèi)自然通風(fēng)[1]。此外，借鑒新型窯洞通風(fēng)設(shè)計(jì)策略，筆者設(shè)計(jì)出以下新型通風(fēng)方案，如圖4所示。在窯洞頂部安裝用固體吸附劑填充的空氣干燥箱，內(nèi)部安裝細(xì)紗網(wǎng)管進(jìn)風(fēng)通道，并連接窯洞內(nèi)部新風(fēng)機(jī)設(shè)備。當(dāng)窯洞內(nèi)部濕度較大時(shí)，打開新風(fēng)機(jī)加速室內(nèi)外空氣交換以減少濕度。由于固體吸附劑具有吸附飽和度，故空氣干燥箱工作一段時(shí)間后，需定期打開箱蓋利用太陽的照射烘干內(nèi)部水分，使吸附劑達(dá)到循環(huán)利用的目的。

4 結(jié)語

建筑民居的潮濕問題是建筑中常見病害之一，而陜北窯洞作為一種生土建筑，在其特殊的地理位置下使得潮濕問題的研究有較為明顯方向。本文針對陜北窯洞潮濕成因開展了具體分析，并在排水及采光、通風(fēng)策略方面提出了對應(yīng)的改造措施，是對陜北特色民居建筑的一種繼承和發(fā)展。