山西省窑洞式生态建筑的设计与研究

王 秀（北京理工大学，北京100000）

一、窑洞主要概述和窑洞式生态建筑优势

1.窑洞主要概述

窑洞建筑是西北地区一种民居形式，原生态民居建筑，展现了因地适宜、冬暖夏凉的特征。不仅是千年历史文化的沉淀，也是勤劳人民伟大的创举，也是资源珍贵的遗产。此种建筑形式，不仅造价低廉，还可以就地取材，展现冬暖夏凉的特征。在很大的程度上，受到了不少人的欢迎[1]。

2.窑洞式生态建筑优势

生态学建筑在受到大家的关注之后，自然环境所建的供人聚居的场所当中，就得到了很好的依附性作用。不仅可以适应于自然环境与文化区域，还可以结合自身的实际情况，将人类和自然有机地结合起来，实现有效的和谐相处。用天材，就地利，顺应自然，为我所用。窑洞十分适合人类居住，不仅温度适宜，还可以降低辐射对人类的影响，减少哮喘等疾病。窑洞式生态建筑的主要优势可以分为以下的几点内容：第一，环境意识中的因地制宜。第二，资源利用中的土尽其材。第三，资源消耗中的“减法”施构[2]。第四，宜人品质中的冬暖夏凉。第五，自然生态中的和谐景观。从窑洞优势在现代建筑中的体现上看，首先，利用地下空间可以改善城市交通状况。其次，开发地下空间可以改善城市整体环境。再次，开发利用地下空间有利于节约能源。

二、窑洞式生态建筑及室内设计特点和窑洞式民居中的生态思想

1.窑洞式生态建筑及室内设计特点

从传统的窑洞建筑材料当中看，可以分为石窑洞和砖窑洞、土窑洞几种类型。黄土层本身有一定的稳固性，一般的情况下，不会出现塌陷的情况。在这里就会使用拱顶的方式，增加墙体的厚度，提高窑洞的保暖性。从西方环境建筑学的角度，窑洞建筑就是在自然的情况下，没有得到破坏的建筑。材料上，人们加建了木制的檐口，接着，涂一层细泥并粉白。以火为中心构筑的原始形态，展现了很强的实用性功能。一是火炕，另外一个是灶台。其散发的热量也起到了保暖的效果。

从现代化的角度看，当代窑洞建筑材料和形式，主要是使用砖石或混凝土结构，运用钢筋、水泥等材料形成的建筑物。从当代窑洞建筑功能和房型结构上也可以看出，使用了“一进两开”三孔窑（三间房）的结构，空间功能分区明确，动静分离[3]。改进窑洞采光通风，提高窑洞功能。完成了实用与美观之间的相互交叉，展现了良好的视觉美感。现代窑洞总体的水、电、暖等全部齐全，提高了人们的生活品质。具体的参见图1。

2.窑洞式民居中的生态思想

第一，窑洞民居是一种自然生发的生态建筑，聚落布局的形成，展现了遮风避雨、御寒抗暑及防卫的功能。第二，聚落布局的文化。体现了“天人合一、师法自然”的理念，功能齐全、布局严谨[4]。第三，因材致用的生土材料当中，展现了就地取材、因材施构的思想。第四，从舒适安全的室内环境上看，温度、照明、防噪声都可以实施很好的处理。第五，从敦厚质朴的装饰陈设上看，像“喜鹊登门”“嫦娥奔月”等全部都展现了美好的寄托和愿望。

三、山西省窑洞式生态建筑的设计问题解决措施

1.通风防潮

窑洞建筑是山西省黄土地区民间广泛使用的一种居住形式，不需要建筑师的参与，仅仅需要具备一定的匠人精神，就可以浑天而成。换句话说，窑洞是自然生成的生态建筑，本身具有冬暖夏凉的功效，可以起到节约土地、保护环境的重要作用。在这样的环境下居住，不仅延长寿命，还可以降低发病率。相关的调查发现，山西省窑洞居民的比一般结构房屋的居民可以平均多活六年。在可持续发展的今天，重新审视窑洞建筑，可以发现，不仅可以实现自我调节的功能，还可以达到防潮和安全的作用。

一般的情况下，窑洞内部的气体流动速度是在0.1m/s到0.15m/s之间，这个空气流动速度所造成的室内温差，在夏季的时候，温度可以保持在21摄氏度左右，外部的温度是30摄氏度左右[5]。当温度低的时候，空气的重量就会提高。当空气从底部挤压的时候，窑洞里面的底部空气就会向外部流动，这个时候窑洞当中的空气就会减少，空气一旦减少，气压也就会降低。外部的空气很快就会填补进来，出现了对流的状况。但是速度还是不足，需要解决内部的湿度等问题。最终发现，当窑洞当中的对流速度大于1m/s以上的时候，湿度也就会下降，这个时候，就需要强制性的让空气保持着这个流速，可以达到完成湿度的下降[6]。也就是说，温度在21摄氏度的时候，湿度就需要保持在70%以下，这样的环境，才是人类所需要的居住环境。为了通风防潮，在这里使用的是兜风装置，这样就可以产生风压，保持窑洞当中1.5m/s的速度。速度加快了，温度就降低了。

2.吸湿加层的做法

使用强压空气的装置的方式，就可以加快风气流，紧接着，空气的压强就会减低。吸湿层当中的水分就会向着内壁的方向转移。这样就可以加大水分的蒸发，达到永久性吸湿的作用。

3.土坯衬砌的做法

此种方式属于比较经济实惠的一种。不仅可以提高窑洞内壁结构强度，还可以起到防潮的主要作用。在砌土坯之前，需要按照土壁做防水层。在这里主要是使用氯丁胶乳喷涂壁面。减少水分蒸发，提高稳固性。一般的情况下，每天土坯需要吸收6g的水分。七月份到8月份正好是潮湿的天数。山西省条件比较的干燥，当土坯的水分散发出来的时候，土坯吸湿放湿周就会得到恢复，这样就可以保持窑洞当中的空气湿度[7]。

4.自动再生装置式硅胶吸湿防潮措施

在这里，窑洞防潮的方式，也可以使用化学吸附剂的方式。但是存在一定的困难性。这里选择的是用硅胶吸附水分的方式。需要先使用太阳能聚光，之后加热，在加热之后，就可以出现一个再生的装置。这个装置在150摄氏度的温度的时候，就可以实现硅胶再生。硅胶吸附剂需要使用到筒状管当中。在自动滚动加热器的时候，就可以达到窑洞防潮的作用。在这个时候，硅胶吸湿防潮的理念就可以呈现到大家的视野当中，窑洞的功能性也会得到更好的体现。

四、古为今用，振兴中国建筑业

在可持续发展的战略下，窑洞建筑的魅力就是可以利用强大的地理位置，满足中华民族的需要。“土”文化的科技含量和审美价值都展现了可持续发展的文化魅宝。在振兴现代建筑业的过程中，需要融入窑洞建筑的理念，吸取其精华，剔除其糟粕，将窑洞的建筑特色和现代化的科学技术相互结合起来。因材施构，因材施用。窑洞建筑所采用的以劳力换取空间的“减法”。可以为沿海地区的建筑物向着高空、地下及水上水下的方向延伸。另外，在广大的农村地区，也可以多建造一层农舍，为大家争取更多的生存空间。另外，也可以利用窑洞等传统建筑的一些细节作为符号，并不是倡导大家模仿或者是照搬照抄，主要的目的就是在原有的基础上，实现有效的创新。在绿色、环保、友好型、生态环境的基础上，不断地与时俱进，不断地提出新的理念，为我国其他地区的生态建筑建设，提供良好的发展基础和理论依据。在近几年的发展过程中，不少设计师提出了“城市窑洞”构想和理念。

结语

随着社会的进步，窑洞作为历史的产物，虽然留存已经不多，但是随着时代的发展，窑洞营建也呈现了与时俱进的表现。传统理念下的窑洞，需要针对问题，制定良好的除湿计划。现代化的窑洞设计，在新的历史条件下赋予新的任务。山西省窑洞建筑所蕴含的精神需要继承，但是还需要克服传统理念下窑洞阴暗、潮湿、功能单一的局面。让窑洞建筑焕发青春万古长存，为中华民族创造出更多的可持续发展的生态生存空间。