故宮里的古代供暖系統

周乾，力學博士，最后跑去故宮爬屋頂，對成百的建筑從學術視角進行過“顯微鏡下的觀察”。故宮擁有數量龐大的宮殿建筑群，是印證我國古代建筑技藝、宮廷歷史文化的寶貴實物，這可把這位故宮博物院的研究員給高興壞了。

編者按：

本專欄將由故宮博物館以“故宮建筑與宮廷生活”為主題，十五期連載，契合時令，對以下內容分別解讀：故宮里的古代供暖系統、故宮冬至日“點亮金匾”的古代智慧、清代皇家“冬運會”、紫禁城皇帝的新年家宴、明清皇家“煙花秀”、紫禁城皇帝愛喝什么茶、紫禁城皇帝愛喝什么酒、明清宮廷娛樂之“秋千”、故宮古建筑的防火方法、故宮古建筑的防震智慧、故宮里的端午宮俗、故宮里的古代冰箱、故宮古代排水系統、故宮古代皇家學校、明清皇家祭月與賞月。

位于北京市中心的故宮又名紫禁城，在明清時期是帝王執政和生活的場所。故宮不僅擁有輝煌壯麗的古代宮殿建筑群，而且包含了諸多的古代宮廷生活智慧，供暖就是其中的典型代表。

北京在明清時期處于我國歷史上第四個寒冷期，為“明清小冰期”，一年中約150天屬于冬天，最冷時氣溫可達零下30攝氏度。即使在極其寒冷的時期，故宮的古建筑的室內也是很溫暖的，因為其有地下供暖系統。明朝太監劉若愚著《酌中志》卷二十“飲食好尚紀略”載：“十月……是時夜已漸長，內臣始燒地炕。”可說明紫禁城在明朝時期已有地暖。據清末民初徐珂編撰的《清稗類鈔》記載：“每年十一月初一日，宮中開始燒暖炕，設圍爐，舊謂之開爐節?！痹谶@里，“開爐”即開始使用爐火之意。開爐節揭開了宮中御冬消寒的序幕。與現代人冬季采用的水地暖（在地板下埋設水管，以熱水為熱媒，在水管內循環流動，加熱地板）或電地暖（在地板下埋設電纜或電熱膜，使之加熱地板）方式不同，明清時紫禁城采取的地暖為燒火供暖，俗稱“火地”或“暖地”?；鸬厥枪蕦m古建筑的一種地下供熱系統，是皇宮取暖的主要方式。

一、供暖原理

故宮古建筑的火地由位于窗戶外面的地下操作口、窗戶里面的地下爐腔、室內地面磚下面的火道（熱量傳輸的通道）、室外臺基側面的出煙口組成（圖1-圖2）。其供熱基本原理為：服務人員（一般為太監）站立于操作口內，將木炭置入地下爐腔內燃燒，加熱空氣；受熱后的空氣沿著火道路徑向四周擴散，其間加熱地面磚，利用地磚自身的蓄熱和熱量向上輻射的規律，使得熱量由下至上進行傳導，從而保持室內的溫暖；散熱后的空氣溫度降低，其夾雜炭火中的少量煙塵從出煙口排出火道。上述原理可包括制熱、傳熱、散熱三個過程，以下進行解讀。

制熱：即燒炭形成熱源的過程。太監進入室外操作口（圖3），往室內地下的爐腔燒炭。爐腔與操作口之間的位置為送炭口，送炭口由鐵箅子及爐門組成。鐵箅子用生鐵鑄造而成，其邊框截面尺寸較大，固定在兩端的墻上，上部支撐檻窗下面的墻體。鐵箅子有利于防止人從操作口鉆入室內。爐門關上后，則可防止熱源往外擴散。爐腔的上方為鐵架子，亦為鑄鐵制造，主要是為了增加支撐強度，以承擔上部地磚傳來的重量，并用于承受燒炭產生的高溫。操作口在不使用時會被厚木板蓋上，可防止小動物鉆入，并有利于宮中人員在室外行走。太監站在操作口內，可隔著窗戶看見室內，便于與室內使用人員交流，并及時增減炭火，以保證室內溫度的適宜。

傳熱：燒炭產生的熱量在地下向室內（圖1中編號3→4方向）擴散，該方向的煙道被稱為主煙道；這期間又會向兩側（圖1中編號4→5及與其平行的方向）擴散，該方向的煙道被稱為支煙道。上述主、支煙道的分布方式猶如蜈蚣，因此又被俗稱為“蜈蚣道”。需要說明的是，由于熱量是由下往上走，因而火源位置位于室內最低點，而主煙道從火源位置向室內延伸時，其高度逐漸增大，剖面呈斜坡上升狀。這樣一來，熱量就可以較為迅速地向遠處位置擴散。一般而言，主煙道截面尺寸較大，上面蓋地磚一層；支煙道截面尺寸小，上面扣瓦（圖4）。為便于熱量在地下擴散，主煙道的地磚之上、支煙道的瓦之上再架空鋪設地面磚，其架空方式為：在灰土（夯土）之上立多個磚制支墩，地面磚搭在支墩上，面磚之間接縫用灰漿抹嚴實。

散熱：地下熱量經過主、支煙道擴散到室內地下的各個位置，然后通過室外臺基側壁的出煙口（圖1中編號6和7、圖3）排向室外。由于火源產生的絕大部分熱量已在室內地下擴散，因而從出煙口排出的熱量已經非常少了。需要說明的是，出煙口相當于紫禁城的“煙囪”，這種“煙囪”與普通建筑立在屋頂之上的煙囪不同，它位于室內地面以下，巧妙地通過室外臺基將煙霧排出，既不影響建筑整體外觀，又能起到良好的排煙效果。這種做法，可以解釋“紫禁城的冬天燒炭取暖，但不見一個煙囪”的說法（坤寧宮背立面有一個煙囪，那是薩滿教祭祀殺豬煮豬肉排煙的通道，與冬季取暖無關）。此外，為避免小動物從出煙口鉆入室內地下，出煙口往往會砌上銅錢紋樣的鏤空磚雕，達到既實用又美觀的效果。

二、供暖效果

盡管冬天室外寒冷，然而紫禁城里的明清帝王感覺非常溫暖舒適。明代文人呂毖所撰《明宮史》卷一載有“懋勤殿，天啟皇剏造地炕于此，恒臨幸之”；卷四載有“（在室內）飽食逸居，無所事事”。上述內容描述了明代帝王冬天喜歡去有火地的室內，且在冬日的夜里，火地提供的熱量，使得室內充滿著溫暖和愜意。清代的乾隆皇帝在《冬夜偶成》一詩中就寫道：“人苦冬日短，我愛冬夜長……敲詩不覺冷，漏永夜未央。”由于室內溫暖，乾隆帝竟然喜歡漫長的冬夜，并通過賦詩表達愉悅的心情。道光皇帝在《養正書屋全集》中寫道：“花磚細布擅奇工，暗熱松枝地底烘。靜坐只疑春煦青，閉眼常覺體沖融?！彼诔錆M暖意的屋內，感受著地底傳來的融融暖意，夸贊火地精巧的布局方式、出色的供熱效果。金易、沈義羚所撰《宮女談往錄》（北京：紫禁城出版社，1991年），從宮女何榮兒的角度，回顧了晚清時期紫禁城內的歷史。其中的“手紙和官房”章節，記載了清代紫禁城建筑的取暖方式：“數千間的房子都沒煙囪。宮里怕失火，不燒煤更不許燒劈柴，全部燒炭。宮殿建筑都是懸空的，像現在的樓房有地下室一樣。冬天用鐵制的轆轆車（鐵火車），燒好了的炭，推進地下室取暖，人在屋子里像在暖炕上一樣。”這段話不僅印證了紫禁城里的火地供暖方式，亦反映了火地具有很好的供熱效果。

三、燃料供應

故宮里的火地供暖所用燃料多用紅籮炭，其質地優異，產生熱量高、煙霧少，且略帶香氣。明代宦官劉若愚所撰《酌中志》卷十六《內府衙門識掌》記載了紅籮炭的來源：“凡宮中所用紅籮炭者，皆易州一帶山中硬木燒成，運至紅籮廠，按尺寸鋸截，編小圓荊筐，用紅土刷筐而盛之，故名曰‘紅籮炭也。每根長尺許，圓經二三寸不等，氣暖而耐久，灰白而不爆?！边@段話說明：紅籮炭的名稱源于炭被盛入刷有紅土漿的籮筐內，而炭產于易州（今河北易縣），由山中硬木燒制而成，被運送至紅籮廠（今北京市西城區大紅羅廠街附近）保存，并被加工成長約1尺（約為0.33米）的小段；紅籮炭在使用時不會產生爆裂，且熱量充足、持時長。而乾隆帝所作《撥火謠》一詩中，有“地爐榾柮撥溫黁，白灰紅炭堪為友”的描述。此處“榾柮”指炭，“黁”指香氣，乾隆帝對紅籮炭優秀的材料性能極為贊賞。

根據清代內廷大學士鄂爾泰、張廷玉等人編纂的《國朝宮史》卷十七記載，由于紅籮炭數量稀少，冬季用紅籮炭的供應，宮中不同身份的人有著不同的規定：皇太后，40斤；皇后，20斤；皇貴妃，15斤；貴妃，15斤；妃，10斤；嬪，8斤；貴人，5斤；常在，無；答應，無；皇子（公主），5斤；皇子福晉，10斤；皇子側室福晉，無。需要說明的是，宮中除了供應紅籮炭外，還有黑炭。上述人員或兼受用紅籮炭和黑炭，或僅受用黑炭。

另據《宮女談往錄》之“手紙和官房”章節記載，紅籮炭燃盡產生的炭灰，還被收集起來，用于馬桶、便盆中的襯墊物，可避免產生臭氣。

四、傳聞考辨

關于故宮里的古代取暖方法，有傳聞認為：“皇宮內的墻壁其實都是砌成空心的‘夾墻，俗稱‘火墻”；“皇帝辦公的三大殿（太和殿、中和殿、保和殿）、養心殿以及部分寢宮的墻均是空心的，殿內地磚下面砌有縱橫相通的火道，直通向殿外的地爐子”。上述觀點都是有誤的。從工程實踐來看，目前尚未發現故宮的古建墻體存在上面所說的“夾墻”或“火墻”。如圖5為故宮某古建筑墻體斷面照片，可見墻體為實心砌筑方式。另火地主要分布在內廷區域（皇帝生活區）。在前朝三大殿，既沒有“火墻”，也沒有“火地”?；实墼诙炫e行重要活動時，在三大殿內的主要取暖方式為炭盆。如《國朝宮史》卷三載有“上諭本月二十七日（雍正元年十月二十七日，即1723年11月24日）太和殿廷試日期，天氣寒冷，著總管將大火盆多為預備”。該段話說明，在雍正元年的冬季，太和殿舉行廷試（皇帝親自出題目的考試），由于天氣寒冷，因而太和殿內預備的是火盆。

另有關于故宮內有暖閣與火炕的傳聞。在故宮內確有這兩種取暖做法，且與火地密切相關。所謂暖閣，即在有火地的建筑內，用木隔斷將這部分區域與宮殿建筑的其他區域隔開，使之成為一個較為封閉的小空間，且能夠保持恒定的溫暖狀態。如位于內廷區域的坤寧宮在明代為皇后寢宮，其最東邊兩間房在清代被改為皇帝大婚的洞房，改造方式與暖閣做法一致，因而被稱為“東暖閣”，見圖6。而火炕則是利用火地的熱源，在建筑內（尤其是靠近窗戶位置的區域）設置木制的或磚砌的長方體臺座，便于帝后在冬天的日常起居活動，見圖7?；鹂辉跐M族一直很盛行，它既是寢息的設施，又是取暖的設施。明思宗崇禎十七年（1644）清入關后，滿族皇室將火炕大規模地運用到了紫禁城的內廷建筑中，成為火地之上的便于帝后開展休閑活動的重要設施。

五、結語

故宮里的古代供暖系統，通過在室外操作口燒火，火源產生的熱量在室內地下擴散，并加熱地磚，達到了室內保溫的效果。這種科學、簡易的供暖方式，體現了我國古代工匠的建筑智慧。