豫北傳統民居生態化建筑節能研究
——以林州市石板巖鄉草廟村為例

■ 蘆 偉 Lu Wei 張世豪 Zhang Shihao

0 引言

河南省地處中原，是中華文明碰撞交流的中心地帶，其建筑技術也受到四方文化的影響，本文選取豫北地區作為研究的區域，文中的豫北包含安陽市、鶴壁市、濮陽市、新鄉市和焦作市。

近幾年，中國的環境問題已日益突出，在我國進行大規模基建的進程中，建筑廢料也成為破壞環境的重要因素，筆者通過對豫北傳統民居的調查研究，希望在探索先人建造技術的同時，能總結出對環境造成最小破壞的生態化建筑技術，以應用到日后的建設中。

1 傳統民居生態分析

1.1 傳統民居選址與院落布局分析

河南省安陽市林州市地處河南省西北部，為豫、晉、冀三省交界，地理位置為東經113°37′～114°51′，北緯35°40′～36°21′，屬于暖溫帶大陸性季風氣候帶，氣候受西北季風與東南季風影響明顯，夏季氣溫高且降雨充沛，冬季寒冷氣候干燥，全年平均氣溫12.8℃，最熱月（7月）平均溫度25.8℃，最冷月（1月）平均溫度-2.5℃。石板巖鄉位于太行山脈東南部，由于村落地處高山之中，冬季氣溫較低的弊端也突顯出來。

筆者調研的傳統民居所處的豫北山區，夏季以東南風，冬季以偏北風為主導風向。當地居民在村落選址的時候一般會選擇在山坡的南側，這樣不僅可以在冬季寒冷天氣擁有更多時間的日照，北靠林慮山還可以有效避免冬季西北寒風的侵襲，筆者在調研過程中，總共去了三個村落，分別為草廟村、紅土崗村和高家臺村，本次作為樣本的草廟村與高家臺村皆建造在山坡南側，也見到有依山坡北側建成的村落，如紅土崗村，但現已整村搬遷至南坡。可見村落的選址對村民居住有著很大影響，在村落選址中，一定要適應當地氣候環境，充分考慮日照、風向與山形走勢（圖1）。

河南地處中原，受多方文化影響，院落有著簡單明了的平面與空間形式，粗獷的立面造型與清素簡約的色彩，在院落布局方面，受北方四合院院落形式影響，院落平面有著明顯的四合院建筑風格（圖2）。再考慮到冬季西北寒風的影響，在房屋背面還砌筑起一圈圍墻，可以防止冬季寒風直接侵襲房屋的整個背面。正房為了冬季獲得更多時長的日照，房屋面闊大但進深較小，比例約為3∶1，正房無檐廊，東西廂房設置檐廊增加房屋東西向的寬度，東西廂房的高度比正房低，在遮擋冷風從正向侵襲正房的同時也不會阻擋日照。廚房設置在東南角，防止炊煙吹入院內。

1.2 建筑材料生態分析

傳統民居的砌筑使用的都是當地盛產的石材，當地石料為紅砂巖，由于地殼變化天然形成的片狀巖石，方便開采和加工使用，采出的石材較平整，層層疊落也不會形成非常大的縫隙，整個房屋從屋頂到基礎部分全部由石塊砌筑。這種石材質地密實，耐水性與抗寒性能良好；在耐用性上，它不會風化，紅砂巖是所有砂巖品種中硬度最高的，與大理石、花崗石不相上下，是極佳的建筑材料；在黃土中摻入麥秸稈作為粘結材料和墊層使用，砌筑起密實的墻體。石材的保溫性能一直都優于人工燒制的紅磚，但由于石材開采不便與形狀不規則的原因，在利用度上難度很高，但在石板巖鄉，這種天然的紅砂巖材料恰巧彌補了這種不足，成為建筑房屋的優異材料。

屋頂則是選用薄片式的紅砂巖鋪疊構成，與砌筑墻體的紅砂巖不同，在房頂選用的石材非常薄，只有30～40mm厚，大塊的薄片式的石板巖在夏季炎熱時節，能夠充當散熱片的作用，白天墻體吸收大量熱量，夜晚傳入室內，再上升到屋頂由石板向室外散出。

圖1 村落選址示意圖

圖2 草廟村某民居院落平面圖

2 傳統民居生態化建造技術的應用

2.1 建造技術中的防寒

豫北山區屬于夏熱冬冷地區，冬季時間持續時間較長，又因為海拔較高，全年平均氣溫僅為12.8℃，所以對冬季防寒的要求較高。傳統房屋的熱舒適性是從古至今人們居住中最看中的性能，豫北民居通過多種方式來達到這種目的。

2.1.1 房屋選址

在房屋選址上，傳統民居沿山形錯階布局，由北向南逐步降低，有效的利用地形的優勢阻擋冬季西北寒風對院落的侵襲；在院落布局中，采用合院的方式，院落空間卻比較小，比例接近正方形，這種布局方式有著其自身的依據，冬季可以獲得充足的日照，夏季院落可以迎納東南風，滿足夏季避暑的要求。

2.1.2 建筑單體

在建筑單體上，豫北傳統民居墻體厚屋頂薄，房屋的墻體做得很厚，約為600mm。村中的房屋不同的朝向會采用截然不同的砌筑方式，在正立面與背立面部分，采用厚重的長方形條石水平擺放在墻身的下部，名曰“臥石”，其作用是抬升室內地坪，防止在雨水充沛的時節，院中的雨水漫入室內；在其上部鋪設兩層豎直砌筑的石塊，稱為“立石”，這樣做會防止房子下部雨水撲濺到墻面后，沿墻身下面縫隙滲透墻面，起到類似于勒腳的作用。在“立石”之上就按照錯縫搭接“一丁一順”的砌筑方法（圖3）[1]；在東西山墻方向，下部采用大塊石塊堆砌，上部則用夯土填充，因為山墻上與屋頂相交處若用石塊砌墻會形成較大的縫隙，所以，使用夯土材料可以形成密合度較高的封閉空間（圖4）；石塊間用夯土填實，外側用石灰抹面，石灰干燥后可以吸收墻體中的水分，防止室外潮氣傳入室內，加劇人體對寒冷的感受[2]；建筑開窗面積小數量也少，白天墻體吸收大量太陽熱輻射，夜晚傳入室內，室內同時燃燒火炕可使室內溫度快速升高，外墻熱阻大室內熱量不易傳出。東西廂房設置檐廊，在院落空間產生變化的同時，也改善了室內的氣候，冬季太陽高度角較低，陽光可以直接射入室內，提升室內溫度，到了夏季，太陽高度角增加，又可以制造灰空間，起到遮陽的作用。

屋頂的構造形式，是豫北山地民居中有別于其它地方瓦屋頂的特有形式。采用支扇式的鋪疊方式，在兩側縱墻屋檐開始鋪板，每層板與壓在上面的板間用石塊墊起，從縱墻至屋脊共7層板（圖5）。采用了紅砂巖板作為屋頂材料，冬季時可以將屋面壓實，防止室內暖空氣快速散出，既能阻擋寒風，也可防止雨水從屋頂滲入室內。

圖3 正房南立面

圖4 正房西立面

2.1.3 門窗洞口

當地居民對建筑開窗開門的做法都有著特殊的要求，由于豫北地區冬季寒冷，所以門窗洞的開口都相對較小，長寬都不超過1m，在門洞和窗洞的做法上，都采用由室內到室外逐步縮小并在室內進行切角的做法，這種做法在古代戰亂時期有防御的功能，到了現代，這種做法在冬季可以增加室內采光，提高室內的太陽輻射得熱量，夏季又可以增加開門和開窗的角度。

2.2 通過軟件分析傳統民居墻體的防寒性能

為了直觀展現傳統民居生態化建筑技術的優異性，筆者決定在Ecotect Analysis軟件中模擬對比分析，嘗試在極端天氣下，測試兩種不同建筑材料建成的房屋熱圍護性能。

在墻厚同樣為600mm的情況下，紅磚的界面換熱系數為2.62W/（m2K），水泥砂漿抹灰填縫，紅砂巖的界面換熱系數為1.78W/（m2K），用黏土作為黏結劑。經過測試數據分析，在石板巖鄉草廟村冬季最寒冷的一天，室外溫度已經達到-10℃，將石板墻與磚墻進行對比，溫度變化曲線如圖6與圖7所示，石板墻溫度變化幅度非常細微，受外界溫度影響很小，全天溫度都可以保持在0℃以上，展現了其良好的熱惰性；而紅磚砌筑的民居室內，受溫度變化影響很大，溫度也下降至0℃以下。

在最熱的一天，室外溫度高達38℃，溫度變化曲線如圖8與圖9所示，石板墻依舊能夠保持非常平穩的溫度變化，室內溫度一直保持在30℃左右，而紅磚墻最高溫度已接近34℃。

同等條件下，在最寒日，用紅砂巖砌筑的房屋比紅磚建筑更能有效地保持室內溫度，受太陽輻射造成的溫度變化影響也較磚房更??；在最炎日，紅砂巖房屋平均溫度比紅磚房低4℃左右。這也就意味著豫北地區傳統民居采用的紅砂巖材料熱工圍護性能，比現代的紅磚更加優異，而且更加環保節能，不用經過復雜的燒制過程，減少了能源消耗，對環境的影響非常小，給人們帶來舒適的環境。

圖5 屋頂形式

圖6 石板墻最寒日逐時溫度變化

圖7 磚墻最寒日逐時溫度變化

圖8 石板墻最炎日逐時溫度變化

圖9 磚墻最炎日逐時溫度變化

2.3 豫北傳統民居生態化建筑技術優勢分析

豫北傳統民居建筑采用的生態化的建造技術，是長期生活在豫北山區與自然和諧共生的人們對居住環境與自然環境相互磨合形成的理解，最終形成了一整套的建造技術。這對我們現今的房屋建造也有著很大的啟示作用。

選址與院落布局的合理性對居住空間小氣候有著非常重要的影響，一個合理的建造地點選擇可以減少能源的消耗，村落選址應充分考慮當地的氣候條件，根據日照、風向、降雨量和地形地貌等影響因素，對整體布局選址進行規劃；院落的形式也應根據地域的不同而有所區分，院落的朝向、院落的長寬比、院落的高差和內院的大小都應進行詳細合理的考慮，院落的尺度由北至南逐漸減小，以適應不同的氣候條件。

對建筑材料的合理應用，豫北傳統民居建筑采用的紅砂巖材料開采方便，厚重的墻體保溫效果優異，砂巖和土的厚墻有巨大蓄熱作用，冬季只要提供少量熱源就可以長期保持適宜的溫度，在今后當地的建設中，應該保留這種材料作為主體建筑材料，只是在材料加工中可以采用現代機器切割工藝，以避免由于石材不規則形狀導致縫隙過大造成的熱損失。

3 結語

現今，人們依賴人工設備取暖、制冷，解決室內熱舒適問題，與自然環境日漸遠離，消耗大量的資源，對環境也造成了極大的破壞。反觀年代久遠的傳統民居，卻依靠著生態化的技術處理，巧妙地應用被動技術，營造出相對適宜的宜居環境，以極少的能源消耗滿足自身需求，建筑與自然環境融為一體，有著獨特的地域性。我國處于基礎設施建設的高速發展階段，數以萬計的房屋在建造，在新建房屋的同時，也有很多年代久遠的傳統民居面臨著拆除與改造的問題，新建房屋容易對原始建造形式產生較大破壞，很多優秀的建造技術會被拋棄。因此，我們應對傳統民居的生態化建造技術盡早進行總結研究，為今后新農村建設提供一些建造技術上的經驗和建議。

[1]宋海波.豫北山地傳統石砌民居營造技術研究——以林州高家臺村為例［D］.鄭州大學，2012年.

[2]車元元. 第十五屆中國民居學術研討會. 嶺南傳統民居生態化建筑技術研究［C］.廣州：中國民居學術研討會, 2007.