基于气候适应性的吐鲁番传统民居空间模式研究

徐 强 刘吉源 郑秋玲 闫海燕

(1:吉林建筑大学 建筑与规划学院，长春 130118; 2:河南理工大学 建筑与艺术设计学院，焦作 454000)

0 引言

吐鲁番传统民居综合了当地独特的自然环境和人文风俗，反映出人类合理的利用自然资源创造出适应地域性的建筑形式.近几年，学术界对吐鲁番传统民居的研究逐渐增多，但主要集中在地域性和人体热舒适研究两个领域，为该地区的被动式节能和改善人居的热舒适环境提供了依据.民居的营造技艺和空间模式不尽相同，研究地域气候视角下的空间模式、平面布局对民居的节能同样意义重大.目前，国内外学者对于空间模式的研究相对较少，本文以吐鲁番地区传统民居为研究对象，对调研资料进行分类整理，归纳总结了当地几种典型的传统民居，并对其室内外的热环境进行实验测试和分析研究，从空间的平面布局上深入剖析当地传统民居的特点，试图寻找功能、空间和气候三者的结合点，总结出适应吐鲁番气候特点的空间模式语言，有助于提高当地民居设计人员的经验性认识.

吐鲁番又称“火洲”，夏季地表温度常超过70℃，冬季寒冷，全年降雨量少，湿度较小，属于典型的干热气候区.为适应这种独特的气候特点，吐鲁番民居外表硬朗厚重，室内外空间联系紧密，形成了独特的空间形态，根据调研及对测绘资料的分类，同时借鉴其他研究人员关于吐鲁番民居的调研，按照平面布局将吐鲁番的民居分为并列式、套间式、穿堂式、混合院落式4种[1-3].本文在研究吐鲁番民居的空间模式时，将其分为3种不同的空间模式进行分析.

(1) 室内空间、中介空间和室外空间. 中介空间是一种连接室内和室外的空间，空间界定不确定，性质趋于模糊，在使用的过程中又表现出功能的多样性.中介空间主要包括高架棚下空间、廊下空间、露台和屋顶空间等构成，是当地居民生活的重要空间.

(2) 主要空间、次要空间、生产活动空间. 住宅空间一般由3类性质的空间组成，即主要空间、次要空间和生产活动空间.主要空间包括客厅、卧室、礼拜室等用房;次要空间为厨卫、储藏等生活辅助用房;生产活动空间包括因家庭收入方式而决定的劳作性空间等.

(3) 集热空间、过渡空间、采暖空间和非采暖空间. 由于节能和人们的生活习惯的考虑，住宅中的不同房间要有针对性的改善不同时间段的热环境.根据冬季的热环境需求，把建筑平面分为:集热区、过渡区、采暖区和非采暖区等四个区域[4].一般意义上，厨房、卫生间、楼梯和储藏间等为非采暖空间;过道为过渡空间;位于南向的空间接受的太阳辐射较多称为集热空间;客厅、卧室和餐厅为采暖空间.

1 空间模式的分类研究

本文选取了吐鲁番地区亚尔乡克孜里土尔村和鄯善县吐峪沟乡麻扎村四种典型的传统民居，对其建筑概况、室内外热环境等情况进行了测绘和记录.通过测绘将四种民居的平面布局按照不同的空间模式进行了分类，绘制出空间分布示意图.

1.1 室内空间、中介空间和室外空间

吐鲁番传统民居3种空间的面积比例关系趋于固定，见图1所示，室内空间作为最主要的使用空间，通过中介空间联系室外空间，室内空间多与中介空间并列或由中介空间围合.地域的原因使室外空间作为农业生产的主要空间，保证居家生活的一些必要供给.同时室外空间一般被开发作为绿植区域或者蓄养区，空间内绿植多为瓜果蔬菜，鲜有高大乔木，并且一般位于院落的尽端.在重要性方面，室内空间大于中介空间，室外空间次之，但是在炎热的夏季室内空间和中介空间地位同等重要.

图1 室内空间、中介空间和室外空间分布示意图Fig.1 Schematic diagram of indoor space, intermediary space and outdoor space distribution

麻扎村民居聚集片区有顶盖的空间面积远远大于无顶盖的外部空间(巷道和院子)，有效解决了遮阳需求.密集条件下民居的外表面相对减少，冬季热散失也随之减少，在一定程度上缓解夏冬两季和白昼黑夜的热环境变化.由于围墙使院落与外界隔绝，空间的整体组织呈内敛状态;室内空间围合的墙体非常厚，开窗少而小或不开窗，显得封闭、厚重，私密性很强;中介空间在民居占有很大的比重.完全意义上的室外空间则由于中介空间的出现，功能显得比较弱化.人群在聚落内的活动范围大部分被包含于有顶盖的空间之内，在应对太阳辐射、风沙和低温上民居为人类提供了庇护作用.

1.2 主要空间、次要空间、生产活动空间

主要空间在住宅所有空间中的热环境比较理想，考虑居住生活的便利性，主要空间内各房间并列和组团连接.次要空间是居住生活的辅助空间，一般紧邻主要空间.也有与主要空间交叉设置，如前后院落式住宅.次要空间为满足住宅整体的协调性而设置，面积较小且布局比较随意，多为适应地形而产生不规则的形状，重要性较小.因为地域的原因，生产活动空间面积较大，基本上相当于主要空间和次要空间的面积之和.次要空间的重要性大于上文的中介空间，是家居生活的纽带.在特殊的季节当中，生产活动空间的主要性甚至略重于主要空间.

图2 主要空间、次要空间和生产活动空间分布示意图Fig.2 Schematic diagram of main space, secondary space and production activity space distribution

1.3 集热空间、采暖空间、过渡空间和非采暖空间

采暖空间和集热空间位于南向，非采暖空间位于北向，采暖和非采暖空间之间为过渡空间，这样可以结合自然循环太阳能给低温墙体辐射采暖，减少低温墙体的数量，在冬季极端寒冷的气候下，南向位置的房间作为客厅和卧室等重要生活空间.集热空间在夜晚需要供暖，因此，采暖空间作为主要的居住使用空间与集热空间紧密结合，呈并列或聚团式分布.过渡空间与集热空间、采暖空间直接联系，过渡空间在住宅中面积较大，在热环境分区中起到中心连接的作用.非采暖空间一般结合使用功能位于住宅的北侧，为过渡空间提供一个屏障，对集热空间和采暖空间冬季热环境的改善有很大的作用.

图3 集热空间、采暖空间、过渡空间和非采暖空间分布示意图Fig.3 Schematic diagram of heat-collecting space, heating space, transition space and non-heating space distribution

2 空间模式的热环境研究

本次调研分为两次进行，分别为4月7日～10日和1月7日～11日.在调研期间对当地民居的温度和相对湿度进行了测试记录，采用的仪器为日本TR-72U双通道温度湿度记录仪.本次研究主要在客厅、卧室、院落、高架棚、室内走道等处布置测试仪器，测点包含了上述所有空间属性，按照测点的空间模式属性进行数据的分类处理.

2.1 室内空间、中介空间和室外空间

对室内空间、中介空间和室外空间测试的时间为4月7日～10日，为该地区的过渡季节，测试房间室内均无采暖措施，测试期间室外环境的最高温度为31.9℃，最低温度为9℃，平均值为20.45℃，同时参照文献[5]如表1所示，温度方面，3种空间的温度平均值与室外环境的温度平均值基本相同，但是振幅变化差别较大，室内空间的温度变化振幅为6.5℃，相对较小，中介空间次之.由参考文献[6]可知，这样的温度变化情况是当地人觉得比较舒服的温度.相对湿度方面，中介空间、室外空间与环境的相对湿度基本相同，室内空间相对湿度较大，但三者相差不大.

表1 室内空间、中介空间、室外空间测试温度和相对湿度Table 1 Test temperature and relative humidity of indoor space, intermediary space and outdoor space

2.2 主要空间、次要空间和生产活动空间

对主要空间、次要空间和生产活动空间测试的时间为4月7日～10日，室内均无采暖设施，测试期间室外环境的最高温度为31.9℃，最低温度为9℃，平均值为20.45℃.见表2所示，同时参照文献[5]，温度方面，3种空间的平均温度基本保持一致，且与环境温度相近，3种空间的振幅变化远远小于环境温度，其中主要空间的温度变化较小，振幅仅为3.1℃.相对湿度方面，3种空间的相对湿度平均值和振幅基本相同，都略小于环境的相对湿度.因此主要空间、次要空间和生产活动空间三者平面布局关系对于民居热环境的变化影响不大.

表2 主要空间、次要空间、生产活动空间测试温度和相对湿度Table 2 Test temperature and relative humidity of main space, secondary space and production activity space

2.3 集热空间、采暖空间、过渡空间和非采暖空间

当室外温度极低，民居内部才会采取采暖措施，因此研究此种空间模式必须在冬季进行，测试的时间为1月7日～11日，测试民居普遍有采暖设施，测试期间室外环境的最高温度为5.8℃，最低温度为-17.1℃，平均值为-10.1℃.见表3所示，同时参照文献[7]，采暖空间的温度最高，过渡空间和非采暖空间的温度过低，平均温度接近于环境温度的平均值.因为非采暖空间大部分是半敞开性质的空间，温度较低属于正常范围，但过渡空间是封闭的室内空间，其温度变化范围不理想，需要对过渡空间采取必要的措施，改善其热环境保证非采暖空间向集热空间和采暖空间等冬季主要使用空间的过渡.

表3 集热空间、过渡空间、采暖空间、非采暖空间测试温度和相对湿度Table 3 Test temperature and relative humidity of heat-collecting space, transition space, heating space and non-heating space

3 空间模式语言

3.1 空间的组合

室内空间作为住宅最主要的使用空间，要利用室外空间和中介空间为其营造良好的过渡关系，满足居住的热环境.中介中间应直接联系室内空间，尽可能做到室内空间被中介空间全部围合，充分考虑中介空间作为主要使用空间的缓冲区.室外空间一般被用作植被区域或者蓄养区，位于院落的尽端，或者与室内使用空间并列设置，室外空间作为一种被孤立但又与日常生活密不可分的空间.主要空间和次要空间为室内的封闭空间，空间布局自由度较大.次要空间作为生活的辅助空间，一般紧邻主空间设置.考虑到冬季的热环境，吐鲁番民居中的集热空间、采暖空间、过渡空间和非采暖空间应由南向北依次分布，但是因为夏季酷热通风方面的需求，一般情况下集热空间和采暖空间组团与过渡空间纵深方向平行，非采暖空间位于北侧作为收尾.

3.2 特殊空间

与其他地区的合院民居空间组织有很大的差别，以四合院为例，房间围合的是无顶盖的院落，而吐鲁番民居则是是两面或者三面围合的一个有顶盖的高架棚空间，顶盖一般高出屋面檐部1m以上[8-9]，这一空间南北通透，无任何遮挡，在夏季会形成风压和热压，产生空气流动.同时，吐鲁番民居的二层空间会加设晾房，这是一种四面空透的花格墙，这种匀质空间既提供了一种生产活动空间，又很好的为下层空间起到了遮蔽阴凉的作用.另外，南面靠近外墙种植的落叶乔木，西面茂密的乔木和灌木结合.夏季树冠起遮阳降温作用，冬季落叶后则透射阳光不影响太阳辐射得热.北侧紧密布置的常绿乔木和灌木，在冬季起到防风的作用.

3.3 主要房间的空间形态

目前我国大量城镇住宅房间的进深一般都限定在5m左右，不能任意扩大[10].表4为调研记录的样本中主要使用房间的情况统计，可见吐鲁番民居主要使用房间的进深明显大于5m，进深与开间的比值大于等于1.5的占92%，比值大于等于2的占30.5%，主要使用房间形状较为狭长.

表4 吐鲁番民居主要使用房间情况统计Table 4 Statistics on the main use of rooms in Turpan dwellings

4 结语

(1) 吐鲁番民居的室内空间和中介空间联系紧密，是最重要的居住空间，室外空间只是充当劳作空间，中介空间是作为一种中心空间起到连接室内和室外空间的作用.室内空间和中介空间的面积基本相等，室内空间多与中介空间并列或者由中间空间围合.

(2) 树立整体内向的空间观，吐鲁番民居应该尽可能的设计有顶盖的半开敞式空间，对室外的热环境变化有较好缓冲作用，在应对气候方面为人类提供庇护作用.

(3) 主要空间、次要空间和生产活动空间中包含主要使用房间的分布关系与民居热环境变化的关联性较弱，其平面布局自由度较大.

(4) 综合夏季炎热的通风和冬季严寒的保温需求，集热空间和采暖空间组团与过渡空间纵深方向平行，非采暖空间位于北侧作为收尾.

(5) 民居的边界空间应注重微空间的营造，结合气候特点设计高架棚、晾房及植被空间，合理的协调建筑与环境，走可持续发展之路.

(6) 不同的空间布局对气候引起的室内热环境变化关系密切，适应气候性的空间模式能够有效改善室内的热环境，合理的空间布局对于生态民居建设意义重大.