豫北传统民居院落形制的气候适应性

李道一，张 萍，闫海燕

(河南理工大学建筑与艺术设计学院，河南焦作454003)

1 引言

目前国内有不少学者对传统民居气候适应性进行了研究，刘加平院士主要研究了建筑节能、传统民居的可持续发展方向;李保峰、李晓峰教授团队着眼于建筑表皮与气候适应性的关联研究;湖南大学、华南理工大学等院校在其区域范围内做了相关的研究。这些研究主要集中在特殊气候的地区，如新疆、西藏、关中、甘肃等，因其气候特征显著，故而建筑形式特殊，深具研究价值，但对于豫北地区建筑气候适应性的研究并不多。围合庭院是构成我国传统民居最基本的空间形态，从大的方面来讲，传统民居的气候适应性是通过围合庭院的形态和尺度变化来体现的。笔者通过实地调研和测绘豫北的两个传统村落，试图从院落的围合形制及院落高宽比、开间进深比等比例关系分析院落与气候适应性的关系。

2 村落概况

寨卜昌、北朱村同处于焦作市区周边的平原地带，这里气候为暖温带大陆性季风气候。四季变化鲜明:春旱多风，夏热多雨，秋高气爽，冬寒少雪。年平均气温在14.9°C，7 月份最热，月平均气温 27.3°C。1 月份最冷，月平均气温为－2.9°C。本文所述的传统民居皆指保存较好的明清古民居，这些建筑真实的再现了豫北传统民居的原始面貌。北朱村有省级文物保护单位两处，即忠烈公张昺祠和北朱村古民居;系国家第二批列入中国传统村落之一。寨卜昌先后于2000年9月、2013年5月被列为省级、国家级重点文物保护单位。

3 测绘结果分析

3.1 围合院落形制

寨卜昌的院落形制以主次并列式院落为主，另外还有一进式的四合院。主次并列即一座正常的二进院子为主院，其旁另加一座次院(图1)。次院的特点是比主院面宽窄但与主院等长，共同形成一座大型院落。次院一般只布置一排厢房，四面都有单体建筑围合成庭院空间。从图中可以看出外部院落平面形式为极窄的长方形，宽度是两厢房檐口间距且等于正房明间面阔。紧密围合的空间减弱不良气候的危害，窄长的南北向围合庭院避开冬季以西北风为主导的冷风影响，面积较小围合紧密也可以减少建筑的热损失。夏季，打开向内开放的门窗洞口，窄长形式的南北向围合庭院形成了一条通风走廊可以迎纳以东南风为主导的凉风，改善建筑内部的自然通风。

图1 寨卜昌典型民居平面

北朱村传统民居院落基本构成要素有宅门、倒座、院落、厢房、正房等(图2)。入口大多设置在合院正南向，与主导东南风有一定角度，夏季通过入口引风进入庭院。北向迎风面开小窗或基本不开窗以阻止寒风侵入室内，建筑在体量上北端的主房通常高于其他房屋，处于最高位置，这样有利于遮挡寒冷的西北风，使庭院处于风影区，形成较稳定的庭院环境。

寨卜昌和北朱村这种外封闭内开敞的院落格局，使院落整体受外部环境的影响较小，院落内部的空气可以通过上方的开敞空间与室外空气进行交换，使院落与民居室内有较好的空气质量，还可以有效的适应豫北多风沙的天气。在南向主入口处通常设置影壁或花墙，除了遮挡视线外还起到冬季防止冷风倒灌的作用。同时坐北朝南的布局与建筑避冬风纳夏风相契合。

图2 北朱村典型民居平面

3.2 围合院落高宽比

高宽比指围合庭院檐口高度与进深之比，它反映民居围合庭院遮阳和纳阳的能力。通过测量和总结，寨卜昌传统民居围合院落的高宽比在0.3～0.7之间。其中高宽比在0.3～0.4之间的占41%，在0.4～0.5之间的占32%，在0.5～0.6、0.6～0.7之间的分别占18%和9%(图3)。可见，寨卜昌围合院落的高宽比多集中在0.3～0.5之间。

对于北朱村这样的三合院、四合院来说，南向的遮挡物大多是倒座。北朱村的主屋南向通常开大窗，充分接纳阳光。由图4可知，处于过度气候区的北朱村传统民居的庭院高宽比在0.3～0.4之间的占36%，在0.4～0.5之间的占45%，在0.5～0.6、0.6～0.7之间的分别占14%和5%。同样，北朱村院落的高宽比在0.3～0.5之间的较多。

在空间上减少围合庭院空间南侧遮挡物对于东西厢房的遮挡，有利于东西厢房的纳阳。由于很小的高宽比，故南边的遮挡物基本不影响主屋的纳阳。当太阳高度角比较大时，自身的屋顶挑檐在避阳中起到重要作用，能够遮挡大部分太阳辐射，而此时南侧的遮挡物遮挡效果就可以忽略。当冬季的太阳高度角较小时，较深的的院落进深更加有利于空间的纳阳。因此较大的院落进深与较小的高宽比可以解决冬季纳阳问题(图5)。

图3 寨卜昌院落高宽比

图4 北朱村院落高宽比

图5 太阳高度角与院落遮阳分析

3.3 围合院落开间进深比

围合院落开间进深比是指院落开间的距离比上院落进深的比值。开间进深比的大小主要影响到东西面厢房对主屋的遮挡效果。

寨卜昌的院落开间进深比大都集中在1～1.2之间，在所测绘的22个院落空间中其比例占了59%。其中0.6 ～0.8 之间的占14%，0.8 ～1 之间的占18%，1.2～1.4之间的占9%(见图6)。由北朱村院落开间进深比统计图(图7)分析可知，开间进深比同样大多集中在1～1.2之间，占55%。其中0.6～0.8之间的占14%，0.8～1之间的占18%，1.2 ～1.4 之间的占 9%，1.4 ～1.6之间的占4%。

在一天内正午时段的太阳入射角最大，故东西两侧的厢房对主屋的遮挡作用十分微小，并不影响主屋的采光。而在太阳入射角较小的上午、下午时段，厢房的投影对主屋产生的荫蔽虽然在一定程度上影响了采光，但是在酷暑难耐的夏季，东侧厢房的遮挡对夏季西晒的调和有着重要的作用。加之厢房与主屋都开高窗，故较大的开间进深比对采光的影响并不大，其开间较窄，建筑较高的空间模式更加有利于夏季主屋的避阳，主要是西厢房遮挡西晒从而减少主屋内热量的积累。另外较大的开间进深比减少了冬季来自西北的寒冷风沙对主屋的侵蚀，门窗关闭后形成避风的负压区，从而起到了冬季保暖的作用。

图6 寨卜昌院落开间进深比统计

图7 北朱村院落开间进深比统计

4 结语

传统民居在应对不同的气候和自然地理条件，所表现出来的不同的空间形态变化是呈现一定规律的。通过对寨卜昌和北朱村的部分典型传统民居的测绘和分析得到:(1)院落高宽比大多集中在0.3～0.5之间。经过计算，此比例下高度与进深所形成的夹角与冬至日太阳高度角相差不多，这说明了建筑基本能够在冬至日太阳高度角最小的时候仍然能够保证室内采光。(2)院落开间进深比平均为1∶1.2。东北合院开间进深比最大可达到1∶1.9，处于寒冷气候区的北京四合院，庭院开间进深比基本是1∶1，布局比东北合院相对紧凑。这主要是因为东北严寒地区冬季寒冷，太阳高度角低，为了充分接受太阳辐射的缘故。北京由于太阳高度角比东北地区高，厢房无需对正房进行退让。而本文所调查的村落属于太行山向豫北平原的过渡地区，具有特殊的气候特点，庭院开间进深比在1～1.2之间更为合适。

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