冬夏兩季氣候適應性的四川傳統民居空間模式研究

文／李秋實 湖南大學建筑與規劃學院 博士研究生西南民族大學建筑學院 講 師

肖 燦 湖南大學建筑與規劃學院 教 授

引言

近幾年學術界對傳統民居氣候適應性的研究逐漸增多，特別是關注地域性的傳統民居其被動式節能的營造技藝，有利于繼承傳統民居營建的寶貴經驗，同時為當地新建民居改善其居住舒適環境提供了發展方向[1]。然而，研究地域氣候視角下的民居建筑空間布局對傳統民居更有價值[2]。文章選取四川崇州元通古鎮傳統民居建筑為研究對象，實地調研及測繪當地民居建筑夏季、冬季室內溫度、相對濕度、風速等物理參數。從空間布局研究當地傳統民居，試圖尋找空間布局與氣候環境的結合點。利用Ecotect 軟件模擬分析夏熱冬冷地區民居建筑對于不同季節條件下的氣候適應性。發掘四川平原地區代表性氣候條件下的空間模式語言，將適應于當地氣候條件的民居中有益的方式加以繼承和延續，對于當地民居建造方式中存在的不足之處提出更新和改造的設想。

1 四川崇州元通古鎮

四川崇州，漢代稱為蜀川，唐代稱為蜀州，地理區位位于四川岷江中上游四川平原的西部[3]。當地主要氣候特點屬四川盆地亞熱帶濕潤季風氣候。其特點是夏季悶熱多雨，冬季陰冷潮濕，日照較少，常年靜風。年平均氣溫為15.9℃，夏季7～8月最高氣溫平均為31℃～32℃，冬季1～2月最低氣溫平均為2℃～3℃。年平均日照時數1161.5h，年平均降水量1012.4mm。風向頻率以靜風最多，占全年的37%；其次是北風占9%，年平均風速1.3m/s。元通古鎮位于崇州市的西北方位，距崇州市區11 km，地處東經103°7′，北緯30°44′。元通古城處于西江河、味江、泊江匯合處下游的西江河畔。鎮域東西長6 km，南北寬5.5 km，土地肥沃，資源豐富。1600 年前，元通人在文井江邊筑起了場鎮，成為文井江上一個重要的物流的集散碼頭。據方志載，古運通航，元通堪以重任[3]。古鎮依山傍水，鎮上的主要建筑都是沿江而建，上千戶人家臨河而居（圖1）。元通古城核心區保持著明清時的建筑風格，清代中后期的建筑占90%以上，面積達10 萬m2[3]。古鎮傳統建筑形式以“院”圍繞展開[4]，平面布局開敞靈活多變，基本遵循前堂屋、后居室的布局，稱為前堂后室[5]，大致分為一字型、回字型、L 型、T 型。民居內有前庭、內院或天井，提供了良好的防潮、通風及采光功能。檐廊或柱廊將傳統民居串聯起來，繼而形成整個古鎮的肌理和環境。傳統民居建筑結構以穿斗式為主，圍護結構以磚石、生土、竹子、木材結合，屋頂均為單檐青瓦斜屋頂。因地制宜、就地取材、因材設計的自然觀與環境觀，形成了當地民居的選址和建造方式。

圖1 元通古鎮風貌（圖片來源：作者自攝）

2 空間模式分類

本文選擇增福街118 號（1 號民居）、麒麟街164 號附2 棟（2 號民居）、半邊街3 號（3號民居）為觀測對象（圖2）。三個民居的區位和概況如下：1號民居位于古鎮入口處的臨街面，有百年歷史，為磚木混合結構，外墻為磚墻，內墻為木墻。僅在民國時期經過一次整修，屋內無空調及風扇等主動式設備。2 號民居位于古鎮內側，需要通過巷道才能到達建筑，四周有其他民居環繞，門前有庭院，結構為磚木混合結構，外墻為磚墻，內墻為木墻。3 號民居緊鄰河邊，結構形式為木結構，墻體為木墻和竹編墻，以天井為中心展開房間布局。

圖2 從左往右依次為1 號民居、2 號民居、3 號民居模型（圖片來源：作者自繪）

2.1 內部空間、外部空間、過渡空間

元通古鎮傳統民居建筑圍繞庭院、天井布局，空間開敞靈活。古鎮傳統民居可提煉出三種空間模式，分別是內部空間、外部空間、過渡空間。其中堂屋、臥室、廚房等屬于內部空間；院落或天井屬于外部空間；有屋頂覆蓋的檐下長廊屬于過渡空間。內部空間通過過渡空間聯系外部空間，內部空間并列，圍合形成外部空間。夏季，過渡空間有良好的遮陽、通風效果，為居民創造了更加舒適的活動空間，提供納涼、兒童嬉戲、鄰里喝茶、接待賓客之用。

2.2 主要空間、次要空間

元通古鎮傳統民居根據空間使用的頻率及活動的內容將空間分為主要空間和次要空間。其中主要空間分別是堂屋、臥室、臨街店鋪；次要空間是廚房、儲藏室等輔助空間。堂屋、臥室常常并排布置，廚房、儲藏室等輔助空間面積較小，一般毗鄰在主要空間一側。臨街店鋪布置在臨街一面，店鋪的面積往往比堂屋和臥室要大，形成了前店后宅的居住模式。

3 空間模式與氣候適應性

筆者采集數據的時間是分別是2021 年9 月17 日～23 日、2022 年1 月10 日～16 日。測試對象是元通古鎮1 號、2 號、3 號民居的各類空間環境。測試內容是室外環境溫度、相對濕度；室內空氣溫度、相對濕度；室內、外風速。測試所用儀器為RC-4H 溫濕度記錄儀,精度±0.5，每10min 記錄一次；GM816A 風速儀，精度±5%。測試選點在堂屋、臥室、臨街店鋪、庭院、敞廊等處，觀測位置包括了上述所有的空間屬性，并按照空間模式屬性進行了數據的分類處理。同時對當地居民進行了人體熱感覺及舒適度、室內環境的滿意度、風速、潮濕狀況等問卷調查與采訪。樣本數量為25 戶，受訪人數為65人。主觀問卷調查內容包括：受訪者基本信息及民居基本概況；受訪者家里是否采用改善室內熱環境的措施（如：空調、電扇、暖爐等）；人體熱感覺及舒適度調查（如：室內環境的滿意度、風速、潮濕狀況的主觀評價）。

3.1 夏季自然通風調節微氣候

筆者對3 號傳統民居建筑中的堂屋和臨街店鋪的室內空氣溫度進行了24 小時的觀測，3號民居未采用主動散熱設施。將測得的數據與該時刻室外環境溫度進行了對比（圖3）。該地正處于夏季，被測數據顯示白天室外環境溫度最高是31.9℃（紅色波峰位置）；晚上室外環境溫度最低為是19.8℃（紅色波谷位置），平均溫度是25.8℃。堂屋溫度的平均值（橙色）與室外環境溫度相比較降低了4℃，臨街店鋪溫度的平均值（藍色）與室外環境溫度相比較降低了6℃。臨街店鋪室內溫度比堂屋室內溫度平均值降低了2℃。受訪居民在訪談中也認為臨街店鋪要比堂屋涼快。產生溫差的原因是3 號民居的堂屋、臥室、臨街店鋪和其他空間圍合成了一個小庭院，臨街店鋪門窗開敞，為自然通風的效果提供了良好的空間環境。這種組合方式使得臨街店鋪在夏季炎熱潮濕的氣候條件下可以通過穿堂風為室內降溫。四川傳統民居建筑夏季適應氣候策略以遮陽為主，自然通風為輔[6]。經過現場測量，在遮陽措施同等的情況下，自然通風確實達到了通風降溫的作用。元通古鎮傳統民居沿街外窗的窗臺高度為1.5m，窗高延伸至屋頂木梁以下，室內窗戶均只有井字窗框，不糊窗紙，這樣做的目的是使穿堂風暢通無阻。其次建筑的屋頂是傳熱導熱第二大的部位，當地民居通常采用穿斗木構體系，穿斗式構架沿房屋的進深方向按檁數設立一排柱，每個柱子上架一檁，檁上布椽，其上設望板或者望磚，望板上鋪設瓦片[7]。這樣在屋面瓦和望板之間就形成了約60mm 的空氣夾層。這種構造做法有效地調節了民居自然通風的環境，降低室內溫度，改善熱舒適性。臨街店鋪是居民白天商品售賣的場所，其良好的自然通風效果，不僅滿足當地居民商品售賣的要求，同時改善了舒適度。

圖3 夏季室內、外溫度變化曲線（1 次/10min）單位：℃（圖片來源：作者自繪）

元通古鎮街巷空間格局主要由“十二街三巷一河兩橋”構成。十二街為增福街、涌泉街、增福橫街、涌泉橫街、麒麟街、文化街、雙鳳街、東盛街、半邊街、新街、錦江街和紅瓦店街；三巷為橫街子巷、君子巷和皂角巷；一河為西河；兩橋為匯江橋和泊江橋[8]。主要街道呈西北、東南走向，次要街道呈東北、西南走向。臨河主街麒麟街兩側的民居建筑每隔幾戶便會留出一條小巷，這些小巷寬度從0.9 ～2.2m 不等。這些巷子對古鎮街道產生了導風的作用，使得整個古鎮能夠進行空氣循環（圖4）。筆者在最熱時段觀測了有巷道風經過的室外環境溫度，將測得的數據與該時段其他街巷的室外環境溫度進行了對比。夏季有巷道風經過的街巷（橙色）與沒有巷道風經過的街巷（紅色）相比較，其室外環境溫度低了5℃（圖5）。由此可見，河道風降低了室外環境的溫度，同時對建筑自然通風起到了更好的作用。

圖4 巷道導風作用示意圖（圖片來源：作者自繪）

圖5 夏季最熱時段巷道溫度變參數曲線（1 次/5min）單位：℃（圖片來源：作者自繪）

3.2 夏季遮陽調節微氣候

筆者對2 號民居庭院、堂屋、檐廊下過渡空間的環境溫度進行了24 小時的觀測（圖6），該地正處于夏季，被測數據顯示白天正午12 時分室外環境溫度最高是32℃（藍色波峰位置）；此時，檐廊下過渡空間室外環境溫度為23℃（橙色），堂屋室內溫度為22℃（紅色）。檐廊下的過渡空間由于出挑的屋頂抵擋了一定的太陽輻射，溫度比室外環境降低了9℃。由此可見，元通古鎮傳統民居建筑夏季適應氣候策略中，遮陽降溫效果最為顯著。當地居民尤其喜愛在檐廊下納涼、喝茶、下棋。

圖6 夏季最熱日全天檐廊周圍溫度參數曲線（1 次/10min）單位：℃（圖片來源：作者自繪）

3.3 冬季圍護結構保溫測試

建筑的外墻是傳熱導熱最多的部位[9]，四川民居圍護結構所用的材料有土筑墻、片石墻、卵石墻、木板墻等，其厚度相較中國北方傳統民居總體偏薄，蓄熱能力偏弱[10]。元通古鎮建筑圍護結構是磚墻、木墻、竹編墻等。木材作為中國傳統古建筑重要的建筑材料之一，也在元通古鎮有了充分的體現，木材屬于“中性”材料，即為冬季不太冷，夏季不太熱[11]。相比于石材、磚材，木結構對于四川平原當地的氣候條件有著其適應性。當地傳統民居普遍沒有采暖設施，當室外溫度極低時，民居內部才會采取采暖措施。為研究當地民居維護結構在冬季的保溫性能，因此調研在冬季展開。當地民居未采用采暖設施，期間室外環境的最高溫度為10.2℃，最低溫度為2.8℃。臨街店鋪是半開敞空間，溫度略微低于環境溫度的平均值屬于正常范圍。堂屋和臥室是封閉的室內空間，平均氣溫與環境溫度的平均值基本相同。因此需要對主要生活空間采取必要的措施，改善其熱環境，保證冬季居民生活的舒適性。

3.4 冬季、夏季防潮測試

在冬季、夏季對三棟被測民居的堂屋進行了為期一周的相對濕度對比測量，并與元通古鎮室外環境相對濕度進行對比分析（圖7）。被測數據顯示冬季白天波峰位置室外相對濕度最大（藍色），其次是2 號民居的堂屋（紅色），再次是1 號民居的堂屋（灰色），3 號民居的堂屋濕度最小（黃色）；夜晚波谷位置室外相對濕度最低，依次是3 號民居、1 號民居、2 號民居。夏季相對濕度方面，內部空間、外部空間、過渡空間與環境的相對濕度相差不大。

圖7 冬季最冷一周濕度參數曲線（1 次/10min）單位：%RH（圖片來源：作者自繪）

觀測結果發現3 號民居相對濕度比其他民居要低，原因是3 號民居使用了一種特殊的圍護結構，建筑墻體下部為木板墻，上部為竹編墻。竹編墻是一種經濟的建筑墻體材料，被稱為“會呼吸的墻”，它既強化墻壁的支撐作用，又兼具通風排氣的效果（圖8）。另外當地傳統民居在建筑底部使用均勻間隔的磚石以架高室內樓板（圖9），濕氣能夠通過木地板本身的縫隙順利排出。尤其是臨河的民居一般外墻體會抬高勒腳或修建半樁臺。當地傳統民居建筑為了避免雨水對墻面的侵蝕，屋頂做了很大的出挑檐。挑檐可以有效地阻止雨水對建筑上部的竹編墻或是泥墻的沖刷。同時在建筑基腳部分的墻體均采用青磚或是石材等防水的建材，避免了建筑外墻底部受雨水和潮氣的侵蝕。這些做法對于建筑防潮有著積極的影響，通過引導室外空氣流通來達到室內空氣循環凈化、降溫除濕的效果，對于改善該地區夏季室內潮濕的情況效果比較明顯。

圖8 元通古鎮民居竹編墻（圖片來源：作者自攝）

圖9 元通古鎮民居防潮處理（圖片來源：作者自攝）

結語

借助Ecotect 軟件分析數據，有利于科學地分析出民居建筑空間模式與氣候環境適應性有著不可分割的關系。經過本文的分析，在四川平原地區代表性氣候條件下，崇州元通古鎮能夠因地制宜地選擇合理的建筑空間布局、建筑材料、建筑構造等適應當地氣候特點。良好的街巷空間格局對古鎮產生導風的作用，使得整個古鎮能夠進行空氣循環，河道風降低了室外環境的溫度，對建筑自然通風起到了更好的作用。同時，良好的建筑空間模式雖然是建立在資源和技術都非常局限的基礎上的適宜性的生活經驗，但巧妙地滿足了傳統社會人們的生存需要，并對今后的設計依據和相應的技術措施提供了良好的參考和指導。