豫北傳統(tǒng)民居外挑檐的氣候適應(yīng)性——以河南衛(wèi)輝市小店河為例

閆海燕，李洪瑞， 張 萍

(河南理工大學(xué) 建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，河南 焦作 454003)

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豫北傳統(tǒng)民居外挑檐的氣候適應(yīng)性
——以河南衛(wèi)輝市小店河為例

閆海燕，李洪瑞， 張 萍

(河南理工大學(xué) 建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，河南 焦作 454003)

指出了建筑設(shè)計(jì)與氣候密切相關(guān)，建筑適應(yīng)氣候是首要考慮的問(wèn)題。為調(diào)查分析豫北地區(qū)傳統(tǒng)民居外挑檐對(duì)夏季炎熱環(huán)境氣候適應(yīng)性作用，選取了豫北衛(wèi)輝市小店河村典型的傳統(tǒng)民居，對(duì)當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)民居挑檐的構(gòu)造、朝向、測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析對(duì)比，提出了傳統(tǒng)民居外挑檐遮陽(yáng)是解決豫北地區(qū)民居夏季室內(nèi)不舒適的有效策略。

傳統(tǒng)民居;氣候適應(yīng)性;外挑檐;小店河

1　引言

氣候一直是影響建筑建造的關(guān)鍵因素，氣候?qū)ㄖ挠绊懖粌H體現(xiàn)在居住環(huán)境的舒適度上，而且表現(xiàn)在基于地域差異的獨(dú)特的建筑形式上[1]。隨著科技的飛速發(fā)展和社會(huì)生活水平地急劇增長(zhǎng)，科技給人類(lèi)帶來(lái)了巨大便利，同時(shí)也帶來(lái)更加嚴(yán)重的資源環(huán)境問(wèn)題。筆者通過(guò)調(diào)查村落小店河發(fā)現(xiàn)，小店河的外挑檐遮陽(yáng)設(shè)計(jì)被證明是解決夏季室內(nèi)熱環(huán)境良好策略。但現(xiàn)在豫北地區(qū)新建建筑對(duì)建筑遮陽(yáng)并沒(méi)有特別重視，即便是采用了挑檐的設(shè)計(jì)，建筑遮陽(yáng)設(shè)計(jì)也沒(méi)有得到科學(xué)性的應(yīng)用。選取豫北小店河典型的一棟有外挑檐的傳統(tǒng)民居和一棟沒(méi)有外挑檐的現(xiàn)代民居，進(jìn)行了溫度濕度的測(cè)定，并針對(duì)取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，從而反映了外挑檐對(duì)住宅微氣候的影響，展示了傳統(tǒng)民居外挑檐遮陽(yáng)的功效，并且對(duì)其外挑檐的構(gòu)造，及其優(yōu)缺點(diǎn)做出了分析。

2　村落的自然氣候特征

小店河坐落于河南省北部地區(qū)，位于東經(jīng)113°51′～114°19′，北緯35°19′～35°42′之間。小店河地處中原腹部要地、西部臨太行山脈、南部靠黃河，為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季十分明顯，冬寒夏熱，一年之中7月最熱，月平均氣溫為27～28 ℃，1月是最冷月，月平均氣溫為-3～1 ℃，歷史上也出現(xiàn)過(guò)異常溫度最高為43.6 ℃，最低氣溫為-22.4 ℃。

3　村落挑檐概況

小店河現(xiàn)保留的建筑多為明清時(shí)代建筑，古建筑院落中，不管是廳堂還是廂房，95%以上的設(shè)置有挑檐，新建建筑的廳堂80%以上設(shè)置有挑檐。古建筑設(shè)置的的挑檐，從屋頂?shù)教糸芡庑纬是€形式；現(xiàn)代建筑設(shè)置挑檐的房屋為廳堂，廳堂的屋頂和挑檐外形呈水平直線，東西廂房不設(shè)置挑檐。

4　外挑檐的排水構(gòu)造技術(shù)

4.1排水特點(diǎn)

排水技術(shù)巧妙地運(yùn)用了流體力學(xué)的原理，屋頂建造外形呈曲線，脊部屋頂?shù)钠露却螅@樣能夠加快屋頂排水的速度，外挑檐傾斜角逐漸變小，平緩地接近水平，這樣能使雨水流得遠(yuǎn)，從而避免了雨水向廊檐下部回流。

4.2材料特點(diǎn)

小店河的外挑檐采用木結(jié)構(gòu)材料，構(gòu)造采用粘土和植物纖維相結(jié)合的構(gòu)造處理，挑檐的最上層覆蓋著人工燒結(jié)瓦利于排水，并且這種燒結(jié)瓦的物理熱工性能也非常好，其材料自身還具備較好的溫度應(yīng)變能力,能夠很好地起到保溫蓄熱作用。灰漿在屋檐的防水中起著重要的作用，灰漿的功能主要是固定屋頂上方的瓦片、防漏，還具備增加挑檐的重量以至于防止風(fēng)災(zāi)。

4.3挑檐缺陷

古代的外挑檐技術(shù)在某些方面存在不足之處，例如灰漿的灌縫，經(jīng)過(guò)冬季低溫的環(huán)境，尤其下雪后冰凍，然后天氣回溫，這樣的熱脹冷縮很容易導(dǎo)致開(kāi)裂；選用的木材如果不堅(jiān)實(shí)，屋檐的防水性能差，水的滲透侵入木材，這樣就造成木材的抗壓、抗彎能力變差，容易發(fā)生折斷。

5　南向外挑檐遮陽(yáng)的氣候適應(yīng)性測(cè)試

5.1試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

小店河屬于夏熱冬冷地區(qū)，夏季是農(nóng)民繁忙的季節(jié)，有較舒適的熱環(huán)境來(lái)保證農(nóng)民的休息質(zhì)量，對(duì)于農(nóng)民的身體健康至關(guān)重要，冬季人民休閑，可以用木材生火取暖，所以當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)民居建造時(shí)主要考慮的因數(shù)是夏季的熱舒適性[3]。試驗(yàn)對(duì)當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)民居研究的重點(diǎn)就放在夏季的熱舒適方面，影響熱舒適的重要建筑立面是南向，試驗(yàn)重點(diǎn)對(duì)南向立面分析測(cè)試。 試驗(yàn)地點(diǎn)：河南省衛(wèi)輝市小店河； 試驗(yàn)設(shè)備：溫度濕度儀； 測(cè)試的數(shù)據(jù)：溫度、濕度； 天氣狀況：選擇天氣晴朗溫度較高的天氣； 測(cè)試時(shí)間：5月15日。

5.2試驗(yàn)樣本的選擇

根據(jù)小店河居民建議，選擇了兩個(gè)傳統(tǒng)民居，都建于清朝，是當(dāng)時(shí)流行并且典型的傳統(tǒng)民居。這兩個(gè)傳統(tǒng)民居結(jié)構(gòu)形式都是地上兩層、正面朝南，構(gòu)造上都是采用部分運(yùn)用磚墻，部分運(yùn)用土坯進(jìn)行建造。它們區(qū)別是是否具有外挑檐(圖1)，兩個(gè)傳統(tǒng)民居一層的平面布置如圖2。

圖1測(cè)試傳統(tǒng)民居外觀

圖2　測(cè)試傳統(tǒng)民居一層平面

5.3測(cè)試結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)分析，無(wú)挑檐民居室內(nèi)，最高的溫度36.4℃，平均溫度31.7℃，最大的濕度73%，平均濕度59.2%；有挑檐民居室內(nèi)，最高的溫度31.4℃，平均溫度26.7℃，最大濕度66%，平均濕度49.6%。同等條件下，有外挑檐一層室內(nèi)溫度明顯低于沒(méi)有廊檐一層室內(nèi)溫度，兩者相差溫度相差將近5℃左右；有外挑檐一層建筑室內(nèi)相對(duì)濕度明顯高于沒(méi)有外挑檐建筑室內(nèi)相對(duì)濕度，兩者相差將近10%左右。這也就意味著豫北地區(qū)我們民居采用建筑外挑檐的設(shè)計(jì)方式，能夠很大層度上降低夏季民居室內(nèi)溫度，增加民居建筑室內(nèi)空氣相對(duì)濕度，減少了能源消耗，給人們帶來(lái)舒適的環(huán)境(圖3,4)。

圖3　測(cè)試的溫度變化

圖4　測(cè)試的濕度變化

6　東西朝向的外挑檐

6.1西挑檐趨同

豫北地區(qū)廳堂建筑布局多數(shù)為正立面朝南向，這樣的布局與中國(guó)傳統(tǒng)風(fēng)俗有很大的關(guān)聯(lián)，如今的建筑主房廳堂布局仍然延續(xù)著古代的布局形式。大戶民居院落只有主房是很難滿足生活需求的，當(dāng)時(shí)多數(shù)民居具有東西廂房，并且民居中東西廂房也設(shè)置有外挑檐。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn):東西廂房的挑檐的形式和主房的挑檐幾乎同一風(fēng)格，挑出的長(zhǎng)度也基本相同。這樣的設(shè)計(jì)形式，如果被如今的建筑設(shè)計(jì)所傳承是一種很不合理的設(shè)計(jì)形式。

6.2東部挑檐

東部的廂房由于正面朝向東部，主要面對(duì)上午清晨時(shí)分陽(yáng)光的直射。早上陽(yáng)光輻射能力不強(qiáng)，建筑墻體多為泥土砌筑，這種墻體熱惰性指標(biāo)很大，所以對(duì)面向東部房間室內(nèi)的溫度影響其實(shí)并不大。居民早晨起來(lái)神清氣爽，如果挑檐遮擋住早上的陽(yáng)光，未免會(huì)影響到居民心理層面，東部廂房筆者認(rèn)為不必采用挑檐形式。

6.3西部挑檐

西部廂房正立面朝向正西面，夏季太陽(yáng)西曬強(qiáng)烈，對(duì)西面向房間內(nèi)部溫度影響嚴(yán)重，西面向房間設(shè)置挑檐很有必要。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)西廂房設(shè)置的挑檐和主房也幾乎相同，這種設(shè)計(jì)意味著存在不合理之處。下午太陽(yáng)西曬直射西面向廂房，此時(shí)太陽(yáng)照射角度和中午太陽(yáng)照射角度相比要低很多，挑檐向下傾斜角度可以相對(duì)設(shè)計(jì)大一些[2]。

7　新舊建筑外挑檐遮陽(yáng)對(duì)比

7.1新舊建筑灰空間對(duì)比

為了能夠更好了解當(dāng)?shù)赝馓粼O(shè)計(jì)風(fēng)格，筆者特意選擇了一個(gè)新建的建筑，新建的建筑也是朝向正南方向，和傳統(tǒng)老建筑是一個(gè)朝向，并且對(duì)當(dāng)?shù)氐男屡f建筑居民做了訪問(wèn)。從訪問(wèn)的情況看，新建建筑的居民反映傳統(tǒng)建筑的挑檐遮陽(yáng)效果好。中午時(shí)間有很少的太陽(yáng)光能夠透過(guò)傳統(tǒng)建筑的窗戶進(jìn)入到屋內(nèi)，基本上都被挑檐遮擋住，但是新房子挑檐挑出的長(zhǎng)度和老房子基本相同，卻有大量的陽(yáng)光透過(guò)窗戶進(jìn)入室內(nèi)，使房間的灰空間減少。

7.2新舊建筑能耗對(duì)比

從圖4中能夠觀察到，傳統(tǒng)建筑的挑檐和新式建筑的挑檐設(shè)置是有區(qū)別的，新建建筑的挑檐形式是水平的，傳統(tǒng)的建筑挑檐形式有一定向下的傾斜角，由此看來(lái)挑檐有合適的傾斜角度對(duì)建筑的遮陽(yáng)會(huì)有很好的效果。有傾斜角和沒(méi)有傾斜角的挑檐設(shè)計(jì)在達(dá)到民居理想遮陽(yáng)效果的情況下，沒(méi)有傾斜角的外挑檐挑出的長(zhǎng)度要長(zhǎng)一些，這樣的設(shè)計(jì)會(huì)給建筑帶來(lái)材料上的浪費(fèi)，并且增加建筑能耗。

8　結(jié)論

(1)傳統(tǒng)建筑墻體厚、隔熱效果好，但是屋頂過(guò)于薄弱，單層瓦屋面隔熱和保溫性能非常差。夏季酷暑時(shí)期，朝向南向建筑如果不設(shè)置外挑檐，白天太陽(yáng)強(qiáng)烈的照射將進(jìn)入室內(nèi)，導(dǎo)致傳統(tǒng)民居室內(nèi)溫度過(guò)高；有挑檐和沒(méi)有挑檐的傳統(tǒng)建筑室內(nèi)白天溫度相差5℃，濕度相差將近10%。

(2)厚重墻體有隔熱作用，但是磚和土的厚墻還有巨大蓄熱作用。如果民居單獨(dú)建造沒(méi)有設(shè)置外挑檐遮陽(yáng)，則墻體白天受太陽(yáng)輻射將吸收大量熱量，晚上很難冷卻下來(lái)，白天蓄積熱量通過(guò)輻射作用散發(fā)室內(nèi)，會(huì)造成室內(nèi)的溫度過(guò)高。

圖5新舊房屋挑檐對(duì)比

(3)傳統(tǒng)建筑的東西廂房挑檐和主房挑檐設(shè)置趨于相同，并不能更好地滿足建筑與環(huán)境融合；新建建筑挑檐與傳統(tǒng)建筑的挑檐設(shè)計(jì)相比，傳統(tǒng)建筑挑檐設(shè)計(jì)更具有優(yōu)勢(shì)，能更好地遮陽(yáng)。

[1]楊柳.建筑氣候?qū)W[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]張乾.鄂東南傳統(tǒng)民居的氣候適應(yīng)性研究[J].新建筑.2006(6).

[3]劉艷鋒.劉加平.劉繼良.中國(guó)傳統(tǒng)民居外窗遮陽(yáng)系數(shù)研究[J].太陽(yáng)能報(bào)，2007，12(28).

The Climate Adaptability of the Cornice in Traditional Dwelling in the North Henan— Taking Xiaodianhe Village in Weihui City as an Example

Yan Haiyan, Li Hongrui, Zhang Ping

(SchoolofArchitectureandArtDesign,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo,Henan454003,China)

This paper pointed out that building design was closely related to climate, and climate adaptation of building was the primary consideration. In order to investigate and analyze the climate adaptability to hot summer climate of cornice in traditional dwelling in the north Henan, we selected typical traditional dwellings in Xiaodianhe Village, Weihui City in north Henan. The structure, orientation and test data of the cornice in local traditional houses were considered for analysis and comparison. We put forward that the cornice shading was the effective strategy for solving the indoor uncomfortableness of residential in summer in the north Henan.

traditional dwelling; climate adaptation; cornice; Xiaodianhe Village

2016-06-27

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金(編號(hào)：51408198)；中國(guó)博士后科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目(編號(hào)：2015M570818)；河南理工大學(xué)博士基金(編號(hào)：B2014—058)；河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(編號(hào)：162102310421)

閆海燕(1976—)，女，副教授，博士，主要從事建筑與藝術(shù)方向的教學(xué)與科研工作。

TU2

A

1674-9944(2016)16-0221-03