基于三種媒介的傳統致涼技術及應用

■ZHOU Yili SONG Dexuan

1 炎熱氣候條件下三種傳統致涼媒介

古代農業社會生產力水平相對低下，人們應對惡劣氣候的方法有限，對環境調控的技術手段比較初級，更多地是利用大自然中現存的要素，趨利避害，以適應多變的環境變化。作為中華文明主要發源地之一的長江流域，在夏季（7～9 月）都要面臨長時間濕熱氣候的影響，這種大范圍、降水集中、濕熱同期的地域性氣候對人居環境的發展具有重要影響。

事實上，炎熱夏季并非長江流域專有，地處低緯度的珠江流域自不必說，就連較高緯度的黃河流域，溫度亦處于較高水平，因此，如何應對炎熱氣候始終是我國人居環境中十分重要的內容。在長期歷史發展過程中，古代先民們為減少炎熱氣候所帶來的不適，充分利用自然條件，挖掘致涼智慧，借助有效的熱媒介，獲取基本的熱舒適保障，從而改善居住環境。縱觀我國近代之前的人居致涼技術發展歷史，傳統社會常用的致涼媒介有三種物質：空氣、水和冰，各自具有不同的致涼機制和功效。盡管這三種媒介都是自然界中存在的物質，但需要合理引導和具備一定條件才能發揮致涼作用。

2 以流動空氣為媒介的致涼技術及應用

2.1 風媒致涼原理

空氣的流動形成風，而風可以實現帶動熱量的轉移或熱量形式的轉換。空氣本身是較好的隔熱物質，但含有水蒸氣的濕熱空氣卻成為無處不在的熱源。流動空氣可以提升水分的蒸發速度，水分在蒸發過程中會帶走物體表面的部分熱量，從而促進物體散熱。在炎熱夏季，環境溫度較高（室溫經常超過30 ℃），人體皮膚通過排出汗液維持代謝熱平衡，但在濕熱氣候中，空氣相對濕度較大，往往超過75%，在自然條件下，皮膚表面的汗液蒸發受到一定程度抑制。通過促進流經身體表面或局部空氣的流動，提升皮膚汗液蒸發速度，將人體散發的熱量帶離皮膚，從而獲得涼感，這是以流動空氣為媒介的致涼原理。

2.2 建筑通風

用于致涼的流動空氣包括建筑自然通風帶來的規律性變化氣流和各類工具驅動的局部運動氣流。在傳統建筑中，由于缺乏有效的溫、濕度調控設備，通過組織有效的自然通風獲得熱舒適就成為較為常見而現實的選擇。建筑自然通風里的穿堂風、庭院風、天井拔風等對建筑室內風場形成正向擾動，加速空氣流經人體皮膚表面，達到致涼效果。

建筑空間的自然通風主要依賴外部風場和建筑空間的耦合情況，而外部風場存在風向、風速等諸多不確定性。在濕度較低的干熱氣候地區，由于日夜溫差較大，比較容易形成局部氣候梯度差，靜風率較低，流動空氣可以起到較好的致涼作用。如果流動空氣濕度能得到提高，其致涼效果更佳。在日夜交替之間，建筑外部環境的溫差較大，即使空氣流動速度較慢、風向不定，建筑及其圍合空間也能及時散熱。而在濕度較高的濕熱氣候影響下的區域，如我國長江中下游地區，夏季受副熱帶高壓控制，空氣濕度較大，濕熱空氣中包含了大量潛熱，日夜溫差較小，夜間靜風率較高，單純以風為媒介的致涼技術難以發揮作用，即使在夜間建筑也很難達到順暢散熱。這也是以自然流動空氣為致涼媒介的主要局限性所在。

2.3 “造”風器具

在日常生活中，扇子是一種十分常見的致涼工具，其致涼的機制就是通過手臂的緩慢運動，以輕薄扇面驅動身體周邊局部空氣的運動，從而增加皮膚表面汗液的蒸發，達到加速散熱的目的。這是一種以流動空氣為媒介的主動式致涼方式，由于這種方式以手工方式驅動，仍然是以身體加速代謝產熱為代價。

事實上，中國古代很早時候已有各種風扇致涼的記載。《西京雜記》中：“長安巧匠丁緩作七輪扇，大皆徑丈，相連續，一人運之，滿堂寒顫。”說是長安有一個叫丁緩的工匠發明了七輪扇，直徑一丈左右，七個齒輪相互連接，互相聯動，通過葉輪轉動造成空氣流動。七輪扇雖然需要人工驅動，但好在比較省力，一個人用力轉動，就能使得整個屋子達到“寒顫”的程度，這種扇子的致涼效果可見一斑。有理由相信，這種七輪扇生風原理應該和現在最常見的電風扇基本類似，只是需要靠人力驅動而已。或許是因為這種七輪扇的制作過于精巧復雜，歷史上記載并不多，也沒有圖文流傳下來，可見并沒有在生活中大量應用。在后來的歷史中，只有記載南宋的皇宮里曾經有一臺，“禁中避暑……置茉莉、素馨、建蘭、麝香藤、朱槿、玉桂、紅蕉、阇婆薝卜等南花數百盆于廣庭，鼓以風輪，清芬滿殿”[1]，即將七輪扇放在各種香花后面鼓風，既能降溫，又滿室飄香。唐代“涼屋”采用類似水車的方式推動扇輪搖轉，將涼氣徐徐送入屋中，與室內的熱空氣對流交換，并加速室內空氣流動和流通的速度，獲得致涼效果。

宋元之后，風扇逐漸走出殿堂，走入民間生活。在元朝畫家劉貫道的《消夏圖》中可以看到，床榻之上超逸的高士正享受著右邊仕女揮動長柄扇所帶來的涼意。這種長柄扇面積較大，需要雙手持握，在室內對空氣流動作用范圍較大，全靠人力揮舞（圖1）。明代文震亨的《長物志》中記載：“茉莉、素馨、百合，夏日宜多置，風輪一鼓，滿室清芬。” 明代的孔邇在《云蕉館紀談》中記載：“昇能飲，……夏日畏暑，作露帳，四面架風輪，以花竹簟臥其中。”描繪的是元末在隴蜀一帶割據的明昇用風扇避暑致涼的場景。清代的破額山人在《夜航船》中記載：“花浴室……軒窗畔更置風輪，萬花香氣，隨風送至，輪回輾轉，百合氤氳。”這里主要描述的是浙江蘭溪的一家公共澡堂利用窗畔的風輪往室內送風，順便將花香送入室內，以增加洗澡者熱舒適性和空氣的新鮮度。

2.4 風媒致涼特點

以流動空氣為媒介的致涼技術可分為建筑自然通風和器具造風兩種方式。外部風環境具有不穩定性、間斷性等特點，對建筑自然通風持續、穩定的發揮有所限制；通過扇子、機械風扇等形式可以加速局部空氣流動速度，主要以人力、簡單自然水力等作為驅動力，針對性較強，在一定程度上改善了人體的熱舒適度。

圖1 （元）劉貫道的《消夏圖》（局部）

3 以水為媒介的致涼技術及應用

3.1 水媒致涼原理

水大量存在于自然界中，具有容易獲取、比熱容大、流動性強、易融于環境等特點。以水為媒介的致涼主要是利用水體在夏季明顯低于空氣溫度和吸熱量性能良好的特性，通過傳導、對流和輻射等方式轉移建筑空間中部分多余熱量，從而達到空間致涼的效果。

3.2 井水致涼

眾所周知，水體在自然條件下溫度波動幅度較空氣小，尤其是流動的水體，通常是冬暖夏涼。鑿井是利用淺層地下水最常見的方式。在古代，水井不僅是重要的生活用水來源，由于井水和地表間距離較大，受到氣溫影響較小。在炎熱夏季，井水溫度遠低于地表空氣溫度，因此，人們經常將瓜果浸于井中，猶如置于天然的冰箱，通過熱傳遞獲得低溫飲食，以解暑熱。在南方許多地區有取井水潑于庭院的做法，通過水體蒸發降低庭院地面溫度，在一定程度上可以改善庭院微氣候。

明代出現了直接在室內挖井致涼的做法。高濂在《遵生八箋》中記載：“霍都別墅，一堂之中開七井，皆以鏤刻之，盤覆之，夏日坐其上，七井生涼，不知暑氣。”講的是在堂內開鑿了七口井，井壁鏤空，在上面覆以盤蓋。夏季人坐在盤蓋上，由于井水溫度較低，井中涼氣讓人感覺不到暑熱。室外的井水本來溫度就低，處于室內的井水所受的太陽輻射更少，溫度就更低，通過空氣對流，室內空氣溫度降低，對室內空間具有較強的冷卻作用。

3.3 “水”助涼屋

在我國古代，水作為一種良好的致涼媒介，早已被認識。據相關文獻記載，古代人發明“涼屋”用以消暑度夏。“涼屋”利用機械或自然水力將水抬升至高處，讓水流落到屋頂上沿著屋檐自然往下淌，涼水從屋頂流過，形成“人工水簾”。屋頂流水通過熱量傳遞，帶走屋頂積聚的熱量，對屋頂起到自然冷卻作用。同時，隨著屋頂溫度的下降，密度較大的涼空氣與底下的熱空氣形成對流，促進室內空間頂部空氣的降溫，致涼效果比較明顯。

“自雨亭”是“涼屋”的一種簡易形式，有可能早在北朝時代就在中國出現了[2]。“自雨亭”在亭子頂部引水源或設置儲水罐，在夏季讓水緩緩流出，沿著屋面下落，在檐口形成近似降雨的現象，曾有詩：“千竿竹翠數蓮紅，水閣虛涼玉簟空。琥珀盞紅疑漏雨，水晶簾瑩更通風”（出自劉禹錫的《劉駙馬水亭避暑》）。白居易貶居江州（今九江市）之時，也曾造草堂，利用西面倚靠山崖的地利，利用竹子做管道引泉水至屋頂，緩緩流落屋檐（原文見白居易的《草堂記》）。

相比之下，皇宮中、達官貴族的“涼屋”則顯得更加復雜而精巧，致涼效果更加顯著。據記載，唐玄宗曾造一座“涼殿”，依靠水力驅動將水抬升至屋頂高處，水流沿著殿的四角噴瀉而下，形成水簾奇觀。而在“涼殿”中的御座后面，還設有“水激扇車”，以屋頂下瀉水流沖擊推動扇車運轉。后在該“涼殿”中召見大臣陳知節時，相比室外酷暑，室內寒氣逼人，導致陳知節頓感寒栗、狼狽不堪，可見“涼殿”致涼效果是十分驚人的（出自《唐語林》卷四“豪爽”）。玄宗朝的丞相王鉷也在自家宅院內造了一座“自雨亭”，“從檐上飛流四注，當夏處之，凜若高秋”[3]。可見，這種“自雨亭”的致涼還是很有效的，盡管這種表述存在一定夸張成分。類似的記載還不少，這種利用水力機械驅動的致涼裝置已經舍棄了人力驅動，相比依賴人力驅動的各種扇子、風扇是個很大的進步。

3.4 水媒致涼特點

水作為常見又可用的自然資源，由于其較大的比熱容，在夏季通常室內溫度低于外部氣溫，利用這種溫差，為室內空間營造出較為涼爽的局部環境。以現代眼光看，古代“涼屋”借助自然水力和簡單機械，充分利用豐富的水資源，在不消耗能源的前提下，獲得良好的致涼效果，但由于“涼屋”對流水的抬升要求和相關機械制造有較大難度，使得“涼屋”局限在很小的范圍，主要存在皇宮、高級別官宦的居所之中。盡管這種致涼技術的應用范圍較為有限，但已經暗含了現代綠色建筑中的節能環保等原則，不對自然環境造成負作用。

4 以冰為媒介的致涼技術及應用

4.1 冰媒致涼原理

冰是水的固態形式。在寒冷季節，水自然凝結成冰，可切割、采集、搬運并儲存。以冰作為致涼媒介，主要是利用冰本身溫度低、冰水共同吸熱的特點。冰的熔化熱是3.36×105J/kg，也就是說在1 kg 冰融化成0 ℃水的過程中，將從周圍空氣中吸收336 kJ 的熱量；在冰水從0 ℃再燃升溫過程中，也將從周圍空氣中吸收熱量，溫差越大，可吸熱越多。與空氣和水相比，冰的自然致涼作用更加顯著，可以降低室內空間的空氣溫度，從而達到致涼目的。

4.2 古代用冰歷史

從中國古代發展歷史來看，黃河流域曾經長時期是政治、經濟雙重中心，后來，中國的經濟重心逐漸從北方移到南方，社會統治中心也是數次南遷。竺可楨先生關于歷史氣候研究成果[4]表明：在殷、周、漢、唐時代，溫度高于現代（圖2）。這也意味著在上述歷史時期，北方地區在夏季比現在炎熱。生活在黃河流域的周代統治階層及上層貴族很早就學會儲藏冬季的冰塊，在夏季取出冰塊或在特定空間內使用，稱為“窖冰”，也稱“藏冰”。存放冰塊的地方被稱為“窟室”，也就是地下室，利用地下泥土的熱穩定性保持冷量，在夏季炎熱時取出致涼。這種“窖冰”的做法多見于宮廷、官府，普通百姓很少能享受到這種致涼技術的好處。

圖2 1700 年來世界溫度波動趨勢圖[4]

從周朝開始，設置專人管理冰務，當時稱之為“凌人”（見《周禮》）。冰都取自大自然，通常在每年12 月、1 月，凌人都要帶人到江面、湖面上采冰，將冰塊封存在陰涼處的冰窖里，以備夏季使用。藏冰的冰室稱為凌陰。1976 年，考古工作者在秦雍城遺址上發現了一處春秋時期秦國的凌陰，能藏冰190 m3之多[5]。可見，當時藏冰的規模已經不小，至少說明當時上層統治階級用冰需求比較大。2004年，中國社會科學院考古研究所在漢長安城長樂宮發現凌室遺址[6]，據推測是一種藏冰建筑。據《太平廣記》記載，漢代未央宮有清涼殿，“以畫石為床，文如錦，紫琉璃帳”，“又以玉晶為盤，貯冰于膝前，玉晶與冰相潔”，達到“夏居之則清涼也”的效果，甚至“中夏含霜”（原文見《太平廣記》）。在清涼殿內休息，在當時成為一種特權，以冰用于空間致涼成為一種極為奢侈的生活方式。

魏晉南北朝時期，挖井藏冰的現象越來越普遍，保存冰塊用的“冰井”規模也越來越大。曹操于建安十九年（即214 年）修建冰井臺，高8 丈、深 15 尺，里面建有許多小冰井，與銅雀臺、金鳳臺并稱為“鄴城三臺”，用來藏冰（原文見《魏志》）。鄴城冰井臺后被后趙、前燕至東魏、北齊等政權統治者沿用，并得到整修，仍然以藏冰為主要功能。

在南朝以前, 王朝都城都位于黃河流域, 在冬季藏冰于冰房是完全可行的。東晉王朝南渡之后，定都建康（今南京），由于氣候變冷，南朝在南京覆舟山也建立了冰房，南京冬季結冰也可用于“窖冰”。這大概是我國南方地區夏季用冰致涼的開始。

唐朝末年之前，冰源均來自冬季的自然結冰。在唐朝末年，在開采火藥的時候，開采出一種白色味苦的晶體——硝石（主要成分硝酸鉀，KNO3）。硝石溶解于水時會吸收大量熱量，使水溫降低，甚至結冰。筆者推測，可能是大小容器嵌套關系，在大容器里加水溶解硝石，使得小容器內降溫結冰。硝石溶入水后可以用蒸發結晶法將硝石再提取出來重復使用。對于夏季濕熱的南方地區來說，人工制冰不啻于“天外來物”。這種“反季”的人造冰不僅可用于冰鎮食物，做成各種各樣的冷飲、冷食。但由于硝石需要人工開采，純度較低，數量受限，無法滿足大范圍普通百姓的用冰需求，只是在較小范圍內獲得人工制冰的途徑。

北宋時期，通常直接在距離京都較近的金明池采冰。宋朝南遷以后，北方的采冰方法被“移植”到南方地區，并采用在冰面上撒鹽的方法，結冰時就會一層鹽、一層冰，方便采冰。及至明清兩代，夏季用冰更加普遍了。每年冬季三九、四九天就開始伐冰、藏冰，以待來年的夏季“頒冰”使用。在京師，從夏季暑伏到立秋，官府根據等級獲得工部的冰票，還有的官員通過“賜冰”直接獲得冰塊。據記載，清朝的用冰規模相當大。

盡管冰窖耗資大、成本高，但也是一個不錯的商機。“冰商”實際最早出現于唐代，也是在冬季將冰藏于窖中，待夏季來臨天熱時啟冰，開始將冰當成商品來賣,“清明日始賣冰，以兩銅盞合而擊之”[7]。在宋朝，冰的使用真正走向民間。宋朝民間采冰、藏冰以及冰制食品等都遠超之前。在《東京夢華路》中就有 “冰雪冷元子”“冰雪甘草湯”“冰雪涼水荔枝膏”等記載。南宋詩人楊萬里在《荔枝歌》中就有“市人如炊汗如雨，賣冰一聲隔水來，行人未吃心眼開，甘霜甜雪如壓蔗”，形象地反映出古代冰制食品給食用者帶來的身心愉悅。明劉侗、于奕正的《帝京景物略》中也有賜冰和賣冰的記載。

4.3 傳統用冰致涼

古代用于短時間用冰的裝置容器——“冰鑒”，可以理解為古代的“冰箱”。冰鑒是用木制或青銅制造的箱子，大口小底，底部有直徑很小的排水口，可在冰融化后直接排出冷水，以供使用。冰鑒通常由雙層構成：外為方鑒，內有方壺，冰置于鑒壺之間的腔體內，主要還是用于夏季冰鎮食物、飲品。

《周禮》中有在容器“冰鑒”中保存冰塊的記載。1978 年，湖北省隨縣曾侯乙楚墓就出土了一件“銅冰鑒”。它是一件雙層器，方鑒內套有一方壺（圖3）。這種用于藏冰的“冰鑒”經過不斷演化和普及，到明朝時，已經成為達官顯貴家中的常備之物，只是材料和形態已經發生了較大變化。

圖3 曾侯乙墓出土的青銅冰鑒（來源：中國博物館網站）

古代的銅冰鑒主要是用于食物冰鎮，明清時期的冰箱則有了更大的作用范圍，即在冰鎮的同時，可以用于室內空間的致涼。明代冰箱多選用珍木（如黃花梨）制作，箱體口大底小，呈方斗狀，箱內里通常包一層錫皮，以較好的密閉性保持箱內低溫，減緩冰融化的速度，并減少冷量的散失。箱底還有小孔，可將冰水排出（圖4）。清朝中后期御制掐絲琺瑯冰箱有同樣采用木胎鉛里的構造，蓋板上也留有錢紋孔，便于散發冷氣，與室內空氣形成對流，達到空間降溫效果；相比明代冰箱，這時期冰箱外表面更為講究裝飾，這與當時的家具風格緊密相關（圖5）。

由此可見，這種冰箱的致涼功效比較明顯。事實上，在建筑室內空間用冰致涼并不是將冰體與人體直接接觸，而通常是以風為媒介，通過水力驅動風扇運動，從而讓經過冰冷卻的空氣與室內空氣對流混合，降低室內局部空間的溫度，從而提升人體熱舒適度，這也是將有限冰量的致涼作用發揮到極致的表現。

4.4 冰媒致涼特點

圖4 明代木質冰箱（來源：中國博物館網站）

在古代，以冰為媒介是一種比較高級的致涼技術，但致涼效用和影響范圍始終受制于冰的來源和儲存。盡管北方寒冷氣候區在冬季能方便獲得大量冰塊，但也受到儲藏空間的限制，“窖冰”成本較高，在夏季的日常使用范圍也十分有限。而在夏季濕熱的南方地區，局部地區冬季盡管也有結冰現象，但厚度較薄，窖藏難度非常大。盡管出現人工制冰技術，由于制冰劑硝石的開采和制取技術要求也限制了人工制冰的推廣應用，絕大多數用冰仍然來源于大自然。古代用冰都是利用自然寒冷天氣，實現“冬冰夏用”，不對環境產生負作用。由于冰過于珍貴，主要用于食物冰鎮，只有極少數情況下（皇宮、貴族等）將冰用于室內局部空間的致涼，用冰融化吸熱的特點，降低室內空氣的溫度。

5 結語

在傳統社會，面對夏季炎熱天氣，人們采用了天然的、原生態的、沒有污染的致涼方式，都屬于被動式致涼的范疇，是響應氣候的一種方式。以風作為媒介的致涼技術，則是增加空氣流動，促進人體表面蒸發散熱規律的最直接體現。當流動空氣的溫度較高時，需要空氣作用于人體之前經過預處理，如借用水體或冰進行預冷卻作用，再達到提高人體熱舒適性的目的。以水作為致涼媒介，則是直接利用水比熱大的特點，在高溫下蒸發，液態水轉化水蒸氣，吸收環境中的熱量，降低空間的空氣溫度。在這過程中，水溫度波動小、比熱大的特點得到充分利用。以冰做致涼媒介主要是利用了冰的自然低溫，在融化過程中吸收環境中的熱量，在融為冰水之后仍然屬于空間中的冷源，冰水在繼續吸收空間熱量之后逐漸升溫，直至與周圍空間的空氣溫度熱交換形成平衡。

圖5 清朝乾隆御制掐絲琺瑯冰箱（來源：中國博物館網站）

在我國傳統農業文明階段，古代環境調節技術發展比較緩慢，人居環境對“天時”和“地利”的依賴性較強。在發揮建筑庇護所功用的基礎上，先民們還積極利用自然環境要素來改善人居環境，經長期發展演變，積累了許多樸素的生態智慧，成為中華傳統人居文明的重要組成部分，值得重新審視和評價，從中得到啟發。