基于生态技术视角的吴越地区民居改造创新——以杭州滨江区陈家村177号民居改造为例

陈裕夫，李建勋，郑锐锋，王梓懿，华超楠

(浙江科技学院 土木与建筑工程学院，杭州 310023)



基于生态技术视角的吴越地区民居改造创新——以杭州滨江区陈家村177号民居改造为例

陈裕夫，李建勋，郑锐锋，王梓懿，华超楠

(浙江科技学院 土木与建筑工程学院，杭州 310023)

摘要:传统的地域乡村建筑居住环境差强人意及热舒适性远未达标，并且民居地域风格日趋减弱，因而难以应对不断加剧的能耗压力和文脉传承的文化需求。采用生态技术对杭州白马湖自建现代民居进行建筑节能和风格改造，以明晰传统吴越文化和现代建筑生态技术的平衡支点，总结吴越区域性民居生态节能改造的设计思路和应用方法，以期为推广浙江一带“美丽乡村”建筑的生态改造提供借鉴。

关键词:吴越文化；建筑生态技术；浙江自建现代民居；美丽乡村计划

面对乡村经济的快速发展和城市化进程加快的现状，城乡一体化是人类发展进步的必然趋势。为此，浙江省提出了“美丽乡村”实施行动计划。然而，目前部分乡村改造依旧存在建筑风格模糊、热环境较差、传统建筑文化流失和生态污染等问题。因此，本研究在遵循传统吴越文化与借鉴传统民居被动式调节经验的基础上，利用生态技术对民居进行实际项目改造，以探讨传统吴越建筑形式与生态技术之间的结合与创新，探索区域性建筑不断加剧的能耗压力和中国传统建筑文脉不断流失的问题的解决办法。

1研究背景、意义及已有成果

1.1研究背景

近年来，随着社会主义新农村建设的快速发展和建筑技术的稳步提升，浙江省委、省政府提出了新一轮新农村建设计划，即“美丽乡村建设行动计划”，美丽乡村建设由此上升为省级战略目标[1]。然而在实施的过程中，一些问题也随之显现了出来：一部分传统乡村建筑被拆除，建筑的地域性特征被较多地削弱了；新建建筑的热环境不稳定，建筑能耗大。这些问题加剧了中国乡村建筑能源紧张的形势，导致建筑本身所根植的历史文化也逐渐流失。

1.2研究意义

根据发达国家的实践经验，当个人经济收入达到一定水平后，乡村建筑的能耗量将非线性增加。尽管目前乡村建筑的热环境差，但能耗量普遍较低，能耗问题并不突出。但是，当乡村建筑热环境的质量达到城市建筑的水平，其采暖和制冷等设备运行的能耗量将大大超过城市建筑，此时就急需一套适合乡村建筑发展的完善的生态技术去支持和解决相应的问题。

乡村建筑具有鲜明的地域性特征，根植于悠久的历史文化和丰富的自然环境之中，是文脉传承的重要标志。而近年来乡村建设项目中，乡村文化流失现象十分普遍，较多的新建建筑往往只单纯地模仿欧式建筑或者商业化的外衣，致使新乡村建筑不能很好地与区域文化融合。

考虑到地域性乡村建筑是中国一种基本的建筑类型，是居民根据自己的生活习俗、经济条件、生产需要、审美观念，并结合当地的环境与资源，因地制宜、因材致用而设计和营造的，具有相当大的历史文化价值，并且中国的能源问题日益严峻，解决能源问题刻不容缓。因此，本研究通过对实际参与项目的分析，思考及总结，以谋求传统吴越建筑形式和生态技术相统一的新原则，从而达到传承中国传统建筑文脉及缓和地域性建筑能耗增加的目的。

1.3国内外研究成果

1976年，生态建筑运动先驱A·施耐德强调利用自然采光和通风，以及使用天然的建筑材料，倡导一种有利于人类健康和生态效益的建筑艺术，并在西德成立了“建筑生物与生态学会”(Institute for Building and Ecology)[2]。Ryn等在1993年揭示了以生物界与人类作为设计基础，如何运用生态学原理探求其融合共生的方法和途径[3]。以设计具有独特建筑形式的“热带摩天楼”著称的杨经文，在其著作《设计结合自然——建筑设计的生态学基础》中展示了他在生态建筑理论探索方面作出的尝试，陈述了设计与生态的关系[4]。在新卡里多尼亚传统的海边棚屋中找到设计灵感的建筑大师伦佐·皮亚诺，用现代建筑材料模仿传统棚屋的通风技术，建造了传统与技术、自然与人工、回忆与创新达到临界平衡的新卡里多尼亚的吉巴欧文化艺术中心[5]。

中国学者顾孟潮先生在20世纪80年代就提出了“未来的世纪是生态建筑学时代”的观点；90年代随着可持续发展思想的深入人心，建筑界已经认识到：可持续发展思想将推动建筑学的新发展。1998年国家又将“可持续发展的中国人居环境研究”列为重点资助项目，对推动生态建筑的研究提供了有力的支持。在理论探讨的同时，生态建筑的实践探索也相继展开，例如，上海地区的高层生态建筑，北方地区的建筑节能及西北地区的传统窑洞改造等方面，都进行了一些有益的尝试[6]。

从国内外理论研究及实际案例中可以看出，国外的生态理论体系和技术应用已经相对成熟，而中国虽然取得了初步成绩但依旧处于起步阶段，建筑生态技术尚存在不足，主要包括：建筑生态技术整体优化研究不足，仅有简单的技术堆砌；生态技术与地域性建筑文化缺乏融合；生态建筑的技术应用复杂，影响其推广效率。

2绿色乡村民居建筑改造项目背景及要求

2.1吴越文化及吴越乡村民居建筑特点

2.1.1吴越文化特点

从这些年出土的春秋吴国大墓的玉器、青铜器和良渚文化时期的玉器中可以看出，吴越人已具有从粗犷中追求蕴涵精雅的审美心理和实践创造力。唐宋时期，杭州作为浙东唐诗之路的起点，李白、杜甫、白居易等文人墨客及高士名流都经游此地，并留下众多脍炙人口的诗文[7]，使得吴越文化愈发向文弱、精致的方向发展。随着明清手工工商业的发展，吴越文化除阴柔、精细之外，又平添了奢华之习。到乾隆康熙盛世之时，苏杭已成为人们心目中的天堂，其间不论是经济、教育、科技，还是文学艺术、学术思想，都成为这一文化走向高峰并在全国领先的标志，影响一直延续至今。

而吴越一带作为古时农业及手工业最发达的地区，其水稻种植的成功[8]，使得民众得以饱食安居，子孙繁衍；蚕丝业的发明[9]，是吴越族人民对人类物质文明的巨大贡献，体现了吴越人民的智慧；印陶纹的制作[10]，体现了越族人民对美的追求和艺术的初探。这些都是吴越文化的瑰宝，是人类发展的巨大进步。

2.1.2吴越乡村民居建筑特点

吴越民居建筑属于江南民居建筑中较有代表性的一个分支，另外一个分支是皖南民居。吴越中的“吴”是指江苏地区，“越”是指浙江地区，本研究的重点是浙江地区的民居特点。

由于吴越地区水网交错，夏季闷热多雨，古人在建造时会充分考虑环境因素，争取建筑与环境的融合和平衡，所以吴越民居建筑(图1，图2)有以下特点：屋顶坡度大，檐部出挑大，利于夏季遮阳和疏导雨水；采用可拆卸的落地长窗，在夏季将它拆卸，利于室内通风；门窗以木材为原料，其形式由直棂窗演变而来，展现了古代的木工艺术；沿水网建游步长廊，廊内单侧或两侧布置美人靠，并由斜撑或立柱架起屋顶，长廊或与住宅相连，或独立而存，展现了古人游刃有余的园林技艺。

图2　浙江黄南乡林坑Fig.2　Linkeng,Huangnan， Zhejiang

2.2项目概况及区位分析

2.2.1项目概况

绿色乡村民居建筑改造项目为国家级大学生创新训练项目，是学生在教师的指导下进行的美丽乡村创新改造项目。旨在遵循吴越传统文脉和运用本土材料的前提下，将课堂教学的生态技术及建筑设计技能作为核心技术，以解决地域乡村民居建筑乱、居住舒适性差等综合问题，打造新时代生态乡村改造的样板。

项目周边已有部分民居改建完成，开发商计划将乡村原生态景观与创意文化结合到整体设计之中，以更新产业和生活服务功能，提升乡村聚落生活环境质量。但经调查发现，改建仅仅美化了原民居建筑外立面形态，落于表面工程，且地域性特征不强，风格模糊，而生态技术的运用也微乎其微。

经详细测量，项目建筑高度13.88 m，一层大厅高3.5 m、标准层高3.3 m、局部4层,建筑面积424.8 m2，框架结构，功能空间单一(图3)。该项目建筑保留了传统的木结构屋顶，但整体建筑造型又采用了西式做法，建筑风格模糊。其窗墙比远高于夏热冬冷地区的节能规范要求，且建筑围护结构的蓄热性能较差，易造成冬夏两季室内热环境不舒适，以及建筑能耗过大等问题。业主希望该项目能够在遵循当地吴越文化的基础上，结合生态技术的应用，使之能够传承当地文化并缓解建筑能耗压力，为全村推广美丽乡村计划提供基础。

2.2.2项目区位

该项目位于浙江省杭州市滨江区长河街道陈家村177号。该地区为吴越文化发祥地之一，属于平原地貌，夏热冬冷，降水丰沛，雨热同季，深受太平洋东南季风的影响。项目地块周围自然景观极佳，南邻公园，西临白马湖，有丰富的绿地资源及湖泊，为项目营造了良好的微气候(图4)。

2.2.3项目内容及要求

该项目在设计中沿用吴越地区优秀的传统建筑的元素，在营造、装饰等方面对其有所借鉴，即汲取民间优秀的传统文化符号，从中提炼出与当下设计契合的素材，并运用到新的建筑中去，从而使新建的乡村建筑体现出对传统文化的传承。由于土壤、水文等因素的差异，建筑需要考虑与自然的结合，以免造成对自然的破坏。该项目运用当地生土、木材、卵石等本土材料，将现代建造工艺与环境融合，减少了工业材料和木材的用量，降低了建造活动导致的环境负荷。项目在实施过程中强调采用自然采暖、制冷、通风的方式，进一步降低环境负荷，通过生态节能技术对实际项目进行改造，并对方案施工后实用效果进行数据测算。最终项目组成员将提炼总结示范性被动式节能技术，尽可能将建筑能耗下降到最低限度，使建筑物的功能更加符合人类生活需要，并将核心技术在整个白马湖陈家村推广普及，从而使之成为浙江省生态建筑的示范村落。

该项目以浙江吴越文化乡村民居改造实际项目为载体，以生态技术实施为研究对象，理论和实践结合，创造性地激发学生主动性、创新性、积极性研究。

3乡村民居建筑改造及生态技术实践措施

通过实地调研和分析，并结合业主的要求，将生态技术融入传统建筑中，让居民在保留历史文化记忆的同时能享受生态技术所带来的优良品质生活(图5)。该项目在研究设计过程中注重创新设计，综合考虑地域性建筑的历史文化因素与生态节能核心技术的结合。并通过屋顶太阳能技术、秸秆等乡土建材、垂直绿化、屋檐的结构改造、雨水收集系统、沼气转化系统等方面，在安全性能、环境效益、经济效益上的检验和计算，为生态技术在地域性乡村建筑上的应用提出了可推广的方案。

图5　方案最终效果图Fig.5　Effect of final project

3.1建筑形式与生态技术的融合

在遵循地域文化的基础上，将生态技术理念融入到建筑设计中，谋求技术和建筑形式之间的统一性。

3.1.1双坡屋顶与太阳能技术的融合

调查中发现，周围大部分民居采用的是立体式太阳能热水器，破坏了建筑整体外观形象。通过对现有太阳能技术应用案例的查阅，笔者认为太阳能瓦片不仅在太阳能利用方面表现优越，而且能很好地与传统坡屋顶结合。

图6　光伏发电瓦片屋顶Fig.6　 Roof with photovoltaic tile

数据表明，在相同的气象参数下，双坡屋顶的太阳辐射的热量比平屋顶的太阳辐射的热量少[11]，所以在设计中保留了建筑原有的坡屋顶，并在双坡屋顶的基础上安装太阳能供暖系统。

用太阳能光伏发电瓦片[12](图6)代替原有的屋顶瓦片，该瓦面能将太阳能转换为电能，为建筑提供照明和供暖。与真空集热管相比，它能与传统吴越建筑更好地融合。这种瓦片吸水率只有普通瓦片的1/10，具有优越的耐热耐寒性能，所以寿命比普通瓦长。发电装置装配在瓦件(绝缘体)当中，能够确保居民雨天使用时的安全。

若是100 m2的屋顶，只有50 m2向阳面需要装太阳能屋顶，每平方米装9块太阳能瓦，剩下的面积铺设与光伏瓦相似的普通瓦。光伏瓦每块市场价100元，安装和接入电网成本约14元，总安装费用在5万元上下。并且国家电网公司推出的新政策明确指出，6 000 kW以下的小型太阳能发电设备可接入国家电网。这意味着居民瓦房上发的每一度电都送入社会电网，居民用电和普通家庭一样，由国家电网提供。在少云的白天，每栋有光伏瓦屋顶的房屋都是一个发电厂，在阴雨天和夜晚，它又变成了电力消费者。比如一栋房屋一年发电3 000 kW·h，所有发电量都送入电网供大家使用，若是这栋房子一年的耗电总量也恰好是3 000 kW·h，那么就能实现自给自足，而国家电网的庞大供电网络就相当于屋顶发电站的蓄电池。

在浙江，一块瓦片的发电功率是8 W，平均每瓦功率的太阳能瓦片一年可发电1 kW·h，50 m2的屋顶有450块瓦片，一年大致发电3 600 kW·h，足以满足浙江多数家庭的用电所需。光伏瓦的寿命约25年，25年可发电9万 kW·h，节约电费6万元左右，能保证建设成本的回收并且有盈余(普通瓦屋顶的建设成本也在1万元左右)。

3.1.2保温墙体

项目建筑原本用红砖砌筑，热工性能极差，且红砖的生产工艺不环保。但为了降低改造成本，最终决定保留原有红砖，通过对废旧轮胎、当地的玉米秸秆和一些环保材料的利用来改善墙体的保温性能。首先在原有砖墙的外侧50 mm处架设木龙骨，并在上面铺设废旧轮胎作为保温层。砖墙和保温层中间的空隙作为空气间层，这种方式既节约了成本，也进一步提高了墙体的热惰性。最后，选择使用玉米秸秆、水泥及表面改性材料(聚合物乳液)混合而成的秸秆水泥复合墙体材料[13]，将它涂抹在砖墙的内侧和保温层的外侧(图7)，既增添了墙体的纹理感(图8)，也为室内营造了更加舒适的热环境，同时还对秸秆等废弃物进行了再利用。

图7　外墙外保温构造图Fig.7　Method of insulated outer wall

图8　预期内墙效果图Fig.8　Predicted result of interior wall

就建筑院落的围墙而言，采用由吴越文化中印纹陶的纹饰演变而来的青砖与石块的砌筑方式(图9)，对这些材料进行重新堆砌，使之反映出乡土材料在传统工法下的形态与肌理。

3.1.3外立面与立体绿化的融合

绿化对小气候调节起着十分重要的作用，它能调节气温，减轻大气污染，降低噪声，遮阳隔热，节约建筑能耗。选用当地的紫藤、木香和多花蔷薇等植物进行组合,利用棚架将绿化固定在距集装箱立面150 mm处,增强集装箱内部与立体绿化之间的空气流通换热。

该组墙面绿化从早春到夏秋会变换不同的花色，大大提高了建筑观赏效果(图10)。夏季植物通过对阳光的遮挡和蒸腾作用，降低了立面的热负荷；冬季植物凋谢后，既能使室内得到太阳辐射热，同时枝茎又形成了一层保温层，减少室内的热散失。由于植物的光合作用，住户还可以获得更多的新鲜空气[14](图11)。同时，在集装箱顶部种植水稻，既为集装箱顶部增加了一层生态隔热层，又促成了吴越文脉中水稻文化的再现(图12)。

图9　印纹陶及该纹饰式样围墙Fig.9　Stamped pottery and bounding wall with its decorative pattern

图10　立体绿化效果Fig.10　Effect of vertical planting

图11　立体绿色化系统Fig.11　System of vertical planting

图12　水稻种植屋面构造Fig.12　Method of roof planted paddy

3.1.4传统屋檐与遮阳的融合

传统吴越建筑的屋面弯曲较其他地区幅度更大，屋脊高耸，屋檐远挑。一方面体现了“上溜急而出水远”的物理原理，有利于建筑物在多雨的气候条件下疏导雨水，并且避免了雨水对地基的侵蚀[15]；另一方面，檐口的反翘能在冬季加强采光,根据当地的太阳高度角，在保持屋檐基本样式不变的前提下，计算得出最适宜当地夏季遮阳、冬季采光的屋檐曲率，尽可能遮挡夏季(6—8月)直射室内的太阳光，同时又让冬季(12—2月)室内获得更多的太阳光照(图13)。

3.2雨水收集系统

雨水收集系统[16]是一项资源循环利用的生态技术，该项目使用了2种雨水收集系统。

3.2.1坡屋顶雨水收集系统

利用该项目具有多个坡屋面的形式特性，在每个屋檐处装配水槽，以达到最大化收集雨水的目的，并在水槽一端设置集水斗，将雨水导入一个配有沉淀池和消毒装置的蓄水池，然后通过砂石过滤等程序变成中水，可用于花园浇灌、厕所冲洗，如图14所示。

图13　不同曲率屋檐日照分析图Fig.13　Sunshine analysis chart of differently bended roof

图14　坡屋顶雨水收集系统Fig.14　System of collecting rainwater on sloping roof

整套污水处理系统约1万元，一户人家按3个人计算，每月节水3 t，每年节约100元。虽然污水处理系统投入成本较高，并且收益较少，但是中国的人均水资源相对比较匮乏，所以市民应当具备节约用水的意识，承担起保护水资源的责任。

3.2.2集装箱顶部雨水收集系统

该系统(图12)由多块蓄排水板组成，装配在防水层和过滤层中间。雨季时可在顺利组织屋面排水的同时存储一部分雨水在蓄排水板中，屋顶绿化土壤层一般都较薄，温度高，水分蒸发快，因此独特的蓄水槽设计，可保证多余水量蓄在凹槽里。这部分收集的雨水将在非雨季时通过渗透作用(水分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象)被植物吸收。并且蓄排水板具有双层架空空气层，使土壤更透气，利于植物生长。通过它的架空功能，也能够将热气阻隔在外部，使温度无法传导到屋面上，从而降低室内温度。蓄排水板的价格为20元/m2，铺满15 m2集装箱屋顶的成本为300元，与普通防水层的价格相同。

3.3沼气转化系统

图15　沼气转化系统Fig.15　System of transforming methane

沼气是一种清洁环保能源，可用于炊事、照明、采暖，还可以用于农业生产中，如发电、烧锅炉、加工食品等。修建一个6 m3的发酵池，每天投入相当于4头猪的粪便发酵原料，每年大约能产生12 960 m3的沼气，就可以基本解决一家三口一年四季的燃柴和照明问题。修建6 m3发酵池的成本大致为5 000元，预计2年能回收成本。人、畜的粪便，以及各种作物秸秆、杂草等，通过发酵后，既产生了沼气，发酵剩余物还可作为肥料，用于花草培育、家禽养殖[17]，而且由于腐熟程度较高使肥效更高。同时，粪便等沼气原料经过发酵后，绝大部分寄生虫卵被杀死，可以改善农村卫生条件，减少疾病的传播。

把发酵箱安置在民居室外花园内(防止沼气泄漏意外发生时影响居民的生命安全)，将每层厕所管道与之相连(图15)，使原料方便补充。并通过煤气管道将产生的沼气运输到厨房，用于日常炊事。发酵的最终产物可用于屋顶水稻的种植和培育，以及用于家禽的养殖。

4结语

在传统意识逐渐淡薄和生态环境日益严峻的今天，世界各国建筑师都不约而同地在传承文化与保护生态环境方面做出努力，力求将传统符号与生态技术整合纳入到自己的创作理论体系中。无论建筑师的设计风格是什么，在实践中尊重当地文化和应用适合的生态技术已经成为现代建筑发展的必然趋势。

从文化效益和环境效益的角度出发，通过对传统建筑的研究和对生态技术的分析，研制出一套适应中国传统建筑发展的生态技术来指导实践是相当必要的，有了正确的方向才能使浙江民居乃至中国民居走上真正的美丽乡村之路。

本研究以浙江吴越文化乡村民居改造实际项目为载体，以建筑生态技术和传统建筑形式的融合为研究对象，理论与实践结合，研究了6种适用性生态技术的应用。由于本研究意在探讨技术和建筑形式的结合与创新，在仔细调研原民居现状和吴越文化后，提出了将生态技术与吴越元素相结合并应用到建筑改造中的设计思路及方法，从而使改造后的乡村建筑体现出对生态环境的尊重和对传统文化的传承。用这样一种结合和创新，试图将陈家村的实际改造项目打造为示范建筑，成为白马湖示范村落，并为推广适用于浙江一带“美丽乡村”建筑的生态改造提供一定的借鉴。

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Renovating and innovating Wuyue’s residences in view of eco-technologies-Taking renovated residence of 177 Chenjia village,Binjiang,Hangzhou as an example

CHEN Yufu，LI Jianxun，ZHENG Ruifeng，WANG Ziyi，HUA Chaonan

(School of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023,China)

Abstract:The living environment of traditional regional rural architecture is barely satisfactory, in addition, its thermal comfort can not reach the standard and the regional style of the residences become weak increasingly. Therefore, it’s hard to cope with the aggravated pressure of energy consumption and the needs of the culture inheritance. Thus, we have to adopt eco-technologies to carry out building energy-conservation design and style transformation for the modern residences built by owners at Hangzhou White Horse Lake, clearly understand the balance point between the traditional Wuyue culture and the eco-technologies of modern architecture and summarize the design thought and applied method of the ecological energy-saving renovation for the regional residences in Wuyue, in order to provide reference for the promotion of the architecture’s ecological reconstruction for “beautiful villages” in Zhejiang area.

Keywords:Wuyue culture; eco-technologies of architecture; modern residences built by owners;“beautiful villages” plan

中图分类号:TU241.5；TU201.5

文献标志码:A

文章编号:1671-8798(2016)01-0058-09

通信作者：郑锐锋，讲师，硕士，主要从事绿色建筑研究。

作者简介:陈裕夫(1992—)，男，浙江省余姚人，2011级建筑学专业本科生。

基金项目:国家级大学生创新创业训练计划项目(201511057009)

收稿日期:2015-09-03

doi:10.3969/j.issn.1671-8798.2016.01.011

浙江科技学院学报,第28卷第1期,2016年2月

Journal of Zhejiang University of Science and Technology

Vol.28 No.1, Feb. 2016