豫北传统民居生态化建筑节能研究——以林州市石板岩乡草庙村为例

■ 芦 伟 Lu Wei 张世豪 Zhang Shihao

0 引言

河南省地处中原，是中华文明碰撞交流的中心地带，其建筑技术也受到四方文化的影响，本文选取豫北地区作为研究的区域，文中的豫北包含安阳市、鹤壁市、濮阳市、新乡市和焦作市。

近几年，中国的环境问题已日益突出，在我国进行大规模基建的进程中，建筑废料也成为破坏环境的重要因素，笔者通过对豫北传统民居的调查研究，希望在探索先人建造技术的同时，能总结出对环境造成最小破坏的生态化建筑技术，以应用到日后的建设中。

1 传统民居生态分析

1.1 传统民居选址与院落布局分析

河南省安阳市林州市地处河南省西北部，为豫、晋、冀三省交界，地理位置为东经113°37′～114°51′，北纬35°40′～36°21′，属于暖温带大陆性季风气候带，气候受西北季风与东南季风影响明显，夏季气温高且降雨充沛，冬季寒冷气候干燥，全年平均气温12.8℃，最热月（7月）平均温度25.8℃，最冷月（1月）平均温度-2.5℃。石板岩乡位于太行山脉东南部，由于村落地处高山之中，冬季气温较低的弊端也突显出来。

笔者调研的传统民居所处的豫北山区，夏季以东南风，冬季以偏北风为主导风向。当地居民在村落选址的时候一般会选择在山坡的南侧，这样不仅可以在冬季寒冷天气拥有更多时间的日照，北靠林虑山还可以有效避免冬季西北寒风的侵袭，笔者在调研过程中，总共去了三个村落，分别为草庙村、红土岗村和高家台村，本次作为样本的草庙村与高家台村皆建造在山坡南侧，也见到有依山坡北侧建成的村落，如红土岗村，但现已整村搬迁至南坡。可见村落的选址对村民居住有着很大影响，在村落选址中，一定要适应当地气候环境，充分考虑日照、风向与山形走势（图1）。

河南地处中原，受多方文化影响，院落有着简单明了的平面与空间形式，粗犷的立面造型与清素简约的色彩，在院落布局方面，受北方四合院院落形式影响，院落平面有着明显的四合院建筑风格（图2）。再考虑到冬季西北寒风的影响，在房屋背面还砌筑起一圈围墙，可以防止冬季寒风直接侵袭房屋的整个背面。正房为了冬季获得更多时长的日照，房屋面阔大但进深较小，比例约为3∶1，正房无檐廊，东西厢房设置檐廊增加房屋东西向的宽度，东西厢房的高度比正房低，在遮挡冷风从正向侵袭正房的同时也不会阻挡日照。厨房设置在东南角，防止炊烟吹入院内。

1.2 建筑材料生态分析

传统民居的砌筑使用的都是当地盛产的石材，当地石料为红砂岩，由于地壳变化天然形成的片状岩石，方便开采和加工使用，采出的石材较平整，层层叠落也不会形成非常大的缝隙，整个房屋从屋顶到基础部分全部由石块砌筑。这种石材质地密实，耐水性与抗寒性能良好；在耐用性上，它不会风化，红砂岩是所有砂岩品种中硬度最高的，与大理石、花岗石不相上下，是极佳的建筑材料；在黄土中掺入麦秸秆作为粘结材料和垫层使用，砌筑起密实的墙体。石材的保温性能一直都优于人工烧制的红砖，但由于石材开采不便与形状不规则的原因，在利用度上难度很高，但在石板岩乡，这种天然的红砂岩材料恰巧弥补了这种不足，成为建筑房屋的优异材料。

屋顶则是选用薄片式的红砂岩铺叠构成，与砌筑墙体的红砂岩不同，在房顶选用的石材非常薄，只有30～40mm厚，大块的薄片式的石板岩在夏季炎热时节，能够充当散热片的作用，白天墙体吸收大量热量，夜晚传入室内，再上升到屋顶由石板向室外散出。

图1 村落选址示意图

图2 草庙村某民居院落平面图

2 传统民居生态化建造技术的应用

2.1 建造技术中的防寒

豫北山区属于夏热冬冷地区，冬季时间持续时间较长，又因为海拔较高，全年平均气温仅为12.8℃，所以对冬季防寒的要求较高。传统房屋的热舒适性是从古至今人们居住中最看中的性能，豫北民居通过多种方式来达到这种目的。

2.1.1 房屋选址

在房屋选址上，传统民居沿山形错阶布局，由北向南逐步降低，有效的利用地形的优势阻挡冬季西北寒风对院落的侵袭；在院落布局中，采用合院的方式，院落空间却比较小，比例接近正方形，这种布局方式有着其自身的依据，冬季可以获得充足的日照，夏季院落可以迎纳东南风，满足夏季避暑的要求。

2.1.2 建筑单体

在建筑单体上，豫北传统民居墙体厚屋顶薄，房屋的墙体做得很厚，约为600mm。村中的房屋不同的朝向会采用截然不同的砌筑方式，在正立面与背立面部分，采用厚重的长方形条石水平摆放在墙身的下部，名曰“卧石”，其作用是抬升室内地坪，防止在雨水充沛的时节，院中的雨水漫入室内；在其上部铺设两层竖直砌筑的石块，称为“立石”，这样做会防止房子下部雨水扑溅到墙面后，沿墙身下面缝隙渗透墙面，起到类似于勒脚的作用。在“立石”之上就按照错缝搭接“一丁一顺”的砌筑方法（图3）[1]；在东西山墙方向，下部采用大块石块堆砌，上部则用夯土填充，因为山墙上与屋顶相交处若用石块砌墙会形成较大的缝隙，所以，使用夯土材料可以形成密合度较高的封闭空间（图4）；石块间用夯土填实，外侧用石灰抹面，石灰干燥后可以吸收墙体中的水分，防止室外潮气传入室内，加剧人体对寒冷的感受[2]；建筑开窗面积小数量也少，白天墙体吸收大量太阳热辐射，夜晚传入室内，室内同时燃烧火炕可使室内温度快速升高，外墙热阻大室内热量不易传出。东西厢房设置檐廊，在院落空间产生变化的同时，也改善了室内的气候，冬季太阳高度角较低，阳光可以直接射入室内，提升室内温度，到了夏季，太阳高度角增加，又可以制造灰空间，起到遮阳的作用。

屋顶的构造形式，是豫北山地民居中有别于其它地方瓦屋顶的特有形式。采用支扇式的铺叠方式，在两侧纵墙屋檐开始铺板，每层板与压在上面的板间用石块垫起，从纵墙至屋脊共7层板（图5）。采用了红砂岩板作为屋顶材料，冬季时可以将屋面压实，防止室内暖空气快速散出，既能阻挡寒风，也可防止雨水从屋顶渗入室内。

图3 正房南立面

图4 正房西立面

2.1.3 门窗洞口

当地居民对建筑开窗开门的做法都有着特殊的要求，由于豫北地区冬季寒冷，所以门窗洞的开口都相对较小，长宽都不超过1m，在门洞和窗洞的做法上，都采用由室内到室外逐步缩小并在室内进行切角的做法，这种做法在古代战乱时期有防御的功能，到了现代，这种做法在冬季可以增加室内采光，提高室内的太阳辐射得热量，夏季又可以增加开门和开窗的角度。

2.2 通过软件分析传统民居墙体的防寒性能

为了直观展现传统民居生态化建筑技术的优异性，笔者决定在Ecotect Analysis软件中模拟对比分析，尝试在极端天气下，测试两种不同建筑材料建成的房屋热围护性能。

在墙厚同样为600mm的情况下，红砖的界面换热系数为2.62W/（m2K），水泥砂浆抹灰填缝，红砂岩的界面换热系数为1.78W/（m2K），用黏土作为黏结剂。经过测试数据分析，在石板岩乡草庙村冬季最寒冷的一天，室外温度已经达到-10℃，将石板墙与砖墙进行对比，温度变化曲线如图6与图7所示，石板墙温度变化幅度非常细微，受外界温度影响很小，全天温度都可以保持在0℃以上，展现了其良好的热惰性；而红砖砌筑的民居室内，受温度变化影响很大，温度也下降至0℃以下。

在最热的一天，室外温度高达38℃，温度变化曲线如图8与图9所示，石板墙依旧能够保持非常平稳的温度变化，室内温度一直保持在30℃左右，而红砖墙最高温度已接近34℃。

同等条件下，在最寒日，用红砂岩砌筑的房屋比红砖建筑更能有效地保持室内温度，受太阳辐射造成的温度变化影响也较砖房更小；在最炎日，红砂岩房屋平均温度比红砖房低4℃左右。这也就意味着豫北地区传统民居采用的红砂岩材料热工围护性能，比现代的红砖更加优异，而且更加环保节能，不用经过复杂的烧制过程，减少了能源消耗，对环境的影响非常小，给人们带来舒适的环境。

图5 屋顶形式

图6 石板墙最寒日逐时温度变化

图7 砖墙最寒日逐时温度变化

图8 石板墙最炎日逐时温度变化

图9 砖墙最炎日逐时温度变化

2.3 豫北传统民居生态化建筑技术优势分析

豫北传统民居建筑采用的生态化的建造技术，是长期生活在豫北山区与自然和谐共生的人们对居住环境与自然环境相互磨合形成的理解，最终形成了一整套的建造技术。这对我们现今的房屋建造也有着很大的启示作用。

选址与院落布局的合理性对居住空间小气候有着非常重要的影响，一个合理的建造地点选择可以减少能源的消耗，村落选址应充分考虑当地的气候条件，根据日照、风向、降雨量和地形地貌等影响因素，对整体布局选址进行规划；院落的形式也应根据地域的不同而有所区分，院落的朝向、院落的长宽比、院落的高差和内院的大小都应进行详细合理的考虑，院落的尺度由北至南逐渐减小，以适应不同的气候条件。

对建筑材料的合理应用，豫北传统民居建筑采用的红砂岩材料开采方便，厚重的墙体保温效果优异，砂岩和土的厚墙有巨大蓄热作用，冬季只要提供少量热源就可以长期保持适宜的温度，在今后当地的建设中，应该保留这种材料作为主体建筑材料，只是在材料加工中可以采用现代机器切割工艺，以避免由于石材不规则形状导致缝隙过大造成的热损失。

3 结语

现今，人们依赖人工设备取暖、制冷，解决室内热舒适问题，与自然环境日渐远离，消耗大量的资源，对环境也造成了极大的破坏。反观年代久远的传统民居，却依靠着生态化的技术处理，巧妙地应用被动技术，营造出相对适宜的宜居环境，以极少的能源消耗满足自身需求，建筑与自然环境融为一体，有着独特的地域性。我国处于基础设施建设的高速发展阶段，数以万计的房屋在建造，在新建房屋的同时，也有很多年代久远的传统民居面临着拆除与改造的问题，新建房屋容易对原始建造形式产生较大破坏，很多优秀的建造技术会被抛弃。因此，我们应对传统民居的生态化建造技术尽早进行总结研究，为今后新农村建设提供一些建造技术上的经验和建议。

[1]宋海波.豫北山地传统石砌民居营造技术研究——以林州高家台村为例［D］.郑州大学，2012年.

[2]车元元. 第十五届中国民居学术研讨会. 岭南传统民居生态化建筑技术研究［C］.广州：中国民居学术研讨会, 2007.