沙漠古城對抗光與熱的分析
——蓋爾達耶民居氣候適應性特征初探

余翔宇，祁曉云

（華南理工大學建筑學院）

1 引言

阿爾及利亞蓋爾達耶是一座矗立在撒哈拉北部已有千年歷史的神秘古城，它曾給柯布西耶、原廣司、山本理顯、隈研吾和西澤立衛等建筑師帶來啟示，默默地影響著世界建筑的走向。蓋爾達耶在不斷的發展與更新中衍生出獨特的聚落特征，對抗著沙漠中的光與熱，也以其獨特的格局庇護著守衛它的生靈。

2 區域與氣候特點

2.1 蓋爾達耶區域特征

從規劃層面來看，整個沙漠古城實際上由五個綠洲上的村莊組成，蓋爾達耶只是其中之一。五個村莊雖然處在不同的地形中，但村莊形成和發展的理念確是相同的，根據古城所處的自然條件，當地居民因地制宜，形成了類似于城堡的總體格局。具有宗教意義的清真寺位于正中央，用于儲存起到防御作用的谷物和武器，寺中的尖塔起到瞭望的作用，其他建筑圍繞著清真寺建在同心圓上，周圍環繞著延伸到城墻的高墻。

從建筑層面來看，蓋爾達耶的房屋和街道對于灼熱的陽光和高溫天氣做了很多針對性的設計。這些建筑群完好地保留了中世紀時期的風貌，城內建筑被沙子、黏土和石頭嚴實地包裹起來，以隔絕外界環境，內部采光全靠屋內的中庭。外立面顏色常常采用白色、粉紅色和黃色，以反射高輻射的陽光，立面開窗較少且窗洞較小，但每家窗戶都可以看到山頂的清真寺宣禮塔。高密度的建筑之間留出的巷道具有很好的避暑和擋風作用。

2.2 蓋爾達耶氣候特征

蓋爾達耶屬于炎熱的沙漠氣候，夏天極熱，冬天溫和，晝夜溫差很大，夏季和冬季為5～46℃不等。夏天的風干燥、炎熱而強烈，冬天的風溫暖而干燥。全年降雨量極少，總量僅為75mm，夏季炎熱季節降雨量最少，全年有降雨的天數不足24d，導致7月份的相對濕度僅為22.3%，1月份達到54.7%，全年大部分時間干燥炎熱。此外，每年3～5月是沙塵暴肆掠的季節。

從氣象數據來看，灼熱陽光下的高溫和極少的降雨量是蓋爾達耶極端氣候的顯著特征，影響著當地居民的生活習慣、生產方式和居住條件。人們通過整體的村莊規劃策略和建筑建造措施，最大限度地與外界氣候進行抗爭，為自身營造舒適的空間。

圖1 典型民居各層平面圖

3 蓋爾達耶的民居特點

蓋爾達耶的建造史延綿已有千年，在這過程中進行著不斷的演變和改進，為適應地形和城市環境等因素，建筑在設計和建造的過程中產生了多樣性的變化。外表各不相同的民居卻有著相同或相似的形制，在很多方面都是按照同樣的建造原則適應沙漠中光和熱的變化，尤其是在民居空間的布局特點和建造方式上。蓋爾達耶的民居具有顯著的相似格局，本文將通過一個典型的蓋爾達耶民居布局進行解析。

3.1 民居的空間布局特點與采光

由于民居外圍護結構較為封閉，建筑空間主要圍繞中間的采光中庭設計。建筑從下到上分別是：地下室、入口層、一層和屋頂露臺，建筑空間包括：中庭、男性接待室、女性活動室、廚房、儲藏室、衛生間和露臺等（見圖1）。白天或夏季光線強、溫度高時，家庭活動大多發生在光線弱、溫度低的入口層，到了傍晚或冬季光線較弱、溫度較低時，家庭活動往往發生在光線強、溫度高的一層空間。

建筑采光最好的是中庭空間，但上下兩層的中庭大小不一，入口層的中庭大小僅為一層中庭的1/4。幾乎所有的家庭活動都發生在中庭，包括做手工活、做飯、孩子們玩耍和學習等，中庭是建筑中唯一充滿光線和溫度的地方。中庭的開口位于建筑中間的天花板上，一般情況下呈方形，開口的大小取決于采光的需求，但光線的均勻度受太陽位置的變化影響較大。此外，中庭受太陽直射產生熱壓通風，將室內產生的廢氣廢物通過天窗的側口排往室外。

所有的房間都圍繞中庭展開。男性接待室設置在建筑的一層，通過與入口連接的樓梯直接進入，室內有一扇小窗與外面或中庭聯系，但并不能顯著改善采光。入口層的婦女接待室需要通過中庭才可到達，并通過簾子進行視線上的遮擋，這個空間也作為家庭的起居室，光照通過中庭的天窗照到房間的墻上，但房間比較密閉，光線只能通過地面和墻面的反射進入沒有窗戶的室內。在傍晚，由于采光減弱，這兩個房間幾乎不會再被使用，全家人會到更舒適的一層中庭空間開展家庭活動。

各層角落的房間大小和用途比較靈活，由于采光較差，常用作廚房、儲藏室、衛生間和樓梯間等，空間較大時也會用作臥室。廚房空間較小，由于只能通過間接的反射采光，很多烹飪的準備工作都在中庭完成，只有需要熱處理的環節在廚房完成。衛生間通過一個狹窄的入口進入的黑房間被分成兩部分，一部分是只用沙子掩埋的干坑，另一部分是會用少量的水沖洗的正式廁所。剩下的角落則是樓梯，踏步高度在20～25cm，寬度只能容納一個人通過。穿過中庭，通過內側狹窄的樓梯可以到達屋頂露臺，在炎熱夏季的夜晚可以供人們晚上納涼睡覺。

3.2 民居的建造特點與防熱

沙漠中的建筑為更好地適應氣候環境，防止墻體因長時間照射而影響室內的熱舒適性，往往受規劃布局和朝向的影響較大。但蓋爾達耶的建筑在緊湊布局下并沒有過多考慮關于朝向的問題，而是將抵御惡劣環境的方式落實到建造各環節。

建筑的外圍護結構由當地熱惰性較好的厚重石材砌筑，石材兩側分別用15mm厚的砂漿填縫、包裹，建筑最內層涂抹10mm厚的石膏層。在近年新修或改造的建筑中，為更好地隔絕外部炎熱的環境，石膏層下方還會添加一層60mm厚的絕緣聚苯乙烯和10mm左右的空氣間層作為絕熱層。

建筑的內墻或側壁通常會采用150mm的石材砌筑，近年來，由于技術的發展和石材的匱乏，也會采用隔熱性能更好的空心磚取代部分石材的使用。石材兩側抹15mm的水泥砂漿找平，最后再在外側涂抹10mm厚的石膏層。

包括地板和屋頂在內的水平構件大多用水泥板或現澆混凝土的方式建造。地板上往往會根據尺寸鋪上涂有耐腐蝕面層的地磚。屋頂一般是帶有5%排水坡度的平屋頂，在滿足荷載的情況下，處理時較簡單經濟。屋頂在顏色選擇上比較考究，往往會用天藍、黃、白和粉紅等淺色系，以最大限度地反射灼熱的陽光。

門窗的設計受到當地氣候、朝向、結構以及私密性的影響，對門窗開啟的位置和方向都有要求，開窗開門的面積都較小，盡量減少與外界熱空氣的接觸。門窗的材質多采用木質，以減少熱橋。

4 民居氣候適應性策略

民居以聚落的形式存在于世界的各個角落，將先人在對抗自然和適應環境中的智慧和經驗傳承下來，給后人營造了舒適宜人的環境。蓋爾達耶的聚落作為沙哈拉沙漠極端干熱氣候民居的代表，體現出了多樣性的氣候適應性策略。

4.1 獨特的街巷法則

蓋爾達耶古城的城市街道很窄，有些路的寬度據說以一只懷孕驢子的體寬為準，巷道很深且相互連接。夏季地面最高氣溫可達75℃的炎熱沙漠氣候，使蓋爾達耶的設計者不得不將巷道設計為悠長狹窄的形式，以擋住強烈的陽光。除了避暑，這些巷道還有擋風的作用，特別是在沙塵暴肆掠的春夏季節。簡簡單單的巷道設計，便給蓋爾達耶古城提供了一個適于人居住的環境。

在較寬的馬路或市場兩側，相對寬廣的街道尺度使人行路徑被暴露在毒熱的陽光下，人們不得不采用新的方法以避免太陽的直射，一種方法是將二層的建筑凸出于道路上方，形成屋檐下的遮陽空間，另一種方法是在一層空間加建拱形券廊。

4.2 嚴密的圍護結構

為有效抵抗沙漠的酷熱，蓋爾達耶的建筑圍護結構十分密實，主要體現在建筑的用材和開窗上。建筑圍護結構材料均取自當地，主要是石材、黏土和黃沙，通過傳統工藝砌筑的外墻厚實耐用，熱惰性強，可以有效減少室內外的熱傳遞，白色、黃色和紅色等淺色的墻體對太陽的輻射有天然的反射作用，還可以緩解圍護結構的受熱問題。建筑立面開窗面積狹小，此外還加裝了玻璃或防沙網，一方面為減少室外高溫的滲入，保證室內熱環境的穩定性，另一方面可以抵御沙塵暴的襲擊。

4.3 緊湊的城市密度

蓋爾達耶古城的建筑和街道圍繞著中央的清真寺大致呈放射狀排布，但由于街巷尺度狹小，城市建筑密度極大。在沙漠地區，建筑的朝向對室內溫度的影響很大，從當地研究機構的研究成果中可以看出，不同朝向的立面接受太陽輻射的強度變化很大，朝向為正南或正北的房子受到太陽輻射最少[1]。蓋爾達耶的建筑并沒有固定的朝向，但卻能保證室內熱環境的穩定，這很大程度上得益于石材較好的熱惰性和緊湊密集的排布秩序。除了狹窄的街巷尺度，相鄰建筑之間往往還會通過共用圍護結構的形式來減少建筑的體形系數，最大限度地避免與室外環境的直接接觸，也在一定程度上使城市更加緊密。

4.4 巧妙的中庭通風

嚴密的圍護結構和緊湊的城市密度可以有效減少地域外界環境對居住空間的干預，但建筑內產生的廢物廢氣卻仍然需要與外界進行交換，蓋爾達耶民居的做法是利用中庭空間進行熱壓通風。典型民居的建筑圍繞中庭展開，中庭上方的空氣長時間受太陽輻射而被加熱為熱空氣，當居民打開一層的門或窗時，受熱空氣通過中庭上方排出，冷空氣通過門窗進入室內，形成熱壓通風循環，降低室內的溫度，同時帶走室內的廢氣。

5 結語

蓋爾達耶的居民在對沙漠中的光與熱進行頑強抗爭的過程中，通過一代代人的思維的積淀，不斷地完善聚落的規劃理念和民居的建造特色，通過低技策略，將民居打造為適應極端氣候的可持續建筑，并影響了很多知名建筑師的思想。聚落和民居特征的形成過程是居民為躲避極端惡劣氣候的傷害自發性選擇的結果，也是一種意識形態的顯化表達，一種文化的積淀和傳承。