苏州传统民居建筑的地域气候适应原则研究

向少石，洪 杰

（苏州科技大学 建筑与城市规划学院，江苏 苏州 215011）

地域气候环境影响了传统民居的建筑结构。气候环境范围是从建筑热工的角度划分定义的。根据《民用建筑设计通则》（GB 50352-2005）[1]，我国被划分为7个主气候区，20个子气候区。不同的子气候区根据不同的要求而定义，所以，针对不同的气候环境，对当地民居建筑也提出了不同的要求。

民居受地域气候环境的主要影响因素有降水降雪、空气温度、自然风、太阳辐射等。

降水是影响一个地区空气温度与湿度的最直接的因素之一，其直接影响建筑的围护结构和排水系统的设计与构造。空气温度对于建筑的影响主要有建筑的整体形式、围护结构的厚度及对于建筑基础的冻土影响等；空气湿度是影响人体感受非常强烈的气候环境因素，从人体感受角度来说，相对湿度保持在30%～70%的区间之内，生理感受会比较舒适，而不足或超过这个区间都会引起不适。这也是一个决定民居建筑开启尺度的决定性因素。自然风可看作空气相对于地面的水平方向流动，一个地区民居建筑在最初的选址规划布局时，风向和风速是其不可忽视的重要因素之一，需要考虑的是对于自然风的需求还是抵御。太阳辐射对于民居建筑的影响主要体现在日照时数及太阳高度角两方面，日照时数决定了一个地区白天的日照辐射总量及热效应强度，其对于民居而言，主要影响建筑物围护结构的传热性能；而太阳高度角对于民居建筑的影响则更为直接，主要的应对策略为遮阳和减少热辐射，不同地区不同的高度角直接决定了民居的选址布局以及其细部构造，遮阳策略是民居建筑对于解决夏季炎热极其重要的策略之一，其遮阳的程度就取决于太阳高度角的变化。

1 苏州地域气候环境特征研究分析

1.1 苏州地域气候要素特征分析

（1）降水量特征。据有的资料统计，苏州地区年平均降水量约为1 150 mm，年平均湿度约为65%，夏季湿度偏高，有时高达80%以上。春季降水总量约为278 mm，此季度平均降水日为36.3 d；夏季的5-9月份平均降水量为674 mm，占全年的60%，梅雨季雨量集中且强度大；秋季平均降水日为27 d，降水量为220 mm；冬季12月份降水量最小，仅为全年的4%左右。由此可见，苏州处于多雨的气候环境之中[2]。

（2）空气温度特征。苏州地区处于亚热带温润气候区中较为特殊的气候区域，在空气温度方面，其夏季平均温度常年在28℃以上，最高温度可达35℃以上，冬季最低温度可达0℃以下，一年之中气温差很大。根据我国《建筑气候区划标准》（GB50178-93）规定，夏热冬冷地区的定义是7月份平均温度为25～30℃，1月份平均温度为0～10℃的地区。而苏州地区的7月平均温度达到了29.2℃，濒临夏热冬冷地区的高温极限标准；而冬季则是1月份平均气温在0.3℃左右，也濒临夏热冬冷地区的低温极限标准。所以可以看出，苏州地区的空气温度特点，即夏季空气温度较高且时间较长，冬季空气温度较低，夏、冬两季平均温度均接近于夏热冬冷地区的热、冷极限标准。

（3）空气湿度特征。苏州地区常年处于多雨的气候环境之中，特别是六七月份处于梅雨季节的苏州，由于空气温度高和连绵不断的降水，导致苏州地区常年平均相对湿度在52.8%左右，最大年平均湿度为78%；年平均蒸发量为939.4 mm，汛期5月至9月的蒸发量为552.1 mm，占全年的59%[3]。在此期间，空气的相对湿度大，风速较小，空气循环缓慢，潮湿的空气停留。

（4）日照时数及辐射量特征。苏州地区的六七月份是日照强度和辐射量最高的时期，据资料显示，苏州地区全年日照时数在1 400～2 200 h，年辐射总量在4 190～5 016 MJ/㎡，其顶峰值的日照时数及日照辐射量趋近于我国西北陕西甘肃等干热气候地区[4]。苏州地区夏至日北纬30°最高日照高度角可达85°以上，太阳直射地面，日照面积小，导致了一定区域内辐射量较大。苏州地区主要季节日照角度如表1所列。

表1 苏州地区主要季节日照角度

（5）风力风速特征。苏州地区的风速年变化基本可总结为春冬季节较大，夏秋季节较小，据资料显示，苏州地区夏季室外平均风速约为3.5 m/s，一年中最多风向为东南方向，夏季六七月份的梅雨季节是全年中风速最小的时间段，一般在2.0 m/s以下，且苏州地区受台风和海陆风影响不大[5]。

（6）地下水位特征。苏州地区的海拔高度和降水共同形成了其地下水位较高。苏州地区常年降雨量较多，雨水被地面吸收后，经过排水系统的循环处理作用，部分渗透到地下，苏州的年平均水位浅埋深一般在1～2 m之间。随着降雨量的增大，埋深会逐渐减小，意味着地下水位离地面距离更小，地下水位更高。7月份的梅雨季节达到了埋深的最小值。夏季的苏州地区地下水埋深较小，空气温度又高，当环境温度达到一定程度时，地下水会气化水蒸汽，高温蒸发通过毛细作用反作用于建筑地坪，产生返潮现象，湿气会通过承重构件传递到建筑其他部位造成建筑构件受潮损坏。

总体上看，夏季空气温度较高，空气湿度较高、日照强度较大和风力风速较小是苏州地区夏季主要气候要素的特征，其中空气温度及湿度高是导致苏州地区夏季环境炎热的两个主要因素。空气湿度高和温度高形成了苏州夏季湿热的气候环境，空气温度高和风速小形成了苏州夏季闷热的气候环境，太阳高度角较高形成了夏季热辐射强烈的环境。这些因素共同形成了苏州地区夏季生理感受极差的热环境。

苏州的冬季平均气温略低且湿度较大，但风速较小，且无频繁降雪，苏州地区年降雪量次数不多，一般降雪量也不大，所以苏州地区冬季的冷环境并不明显和极端[6]。

2 苏州传统民居地域气候环境适应原则

针对于苏州地区特定的气候环境特征，当地传统民居的地域气候环境适应原则方面主要以解决夏季炎热为核心，以防止建筑受潮为要点，以及对于其尺度的把握和达到兼顾多种适应需求的效果。

2.1 以解决夏季炎热为核心

根据苏州地区特定的气候环境，当地传统民居在气候适应的侧重点选择了以解决夏季炎热为核心的适应原则。其一是苏州地区夏季的热环境可比我国华南地区，其生理感受极差；其二则是苏州冬季的冷环境并不够极端，且可以通过诸多外部物理手段，诸如多穿棉衣、生火烧炭、手炉脚炉等方法来取暖。但夏季的闷热环境是无法彻底解决的，自然风的不稳定性，降雨产生的湿热感，封闭的建筑形式使得苏州地区的夏季成为了最难度过的时期。

在苏州传统民居构造的细节做法中，除了屋面、外墙等承重墙体存在着铺砌望砖、砌筑空斗墙体等保隔冷措施外，建筑空间内部大多只以木板隔断，尽可能争取更大的通风量，即使在封闭性较强的外墙上，苏州东西山传统乡土民居中也有常见的高墙上开小窗的设计手法，除了防御遮阳等功能外，外墙也体现了对通风散热，调节室内温度的重要作用，见图1。此外，在选址方面靠近水体，利用水体改善建筑群落热环境；在布局方面利于紧密的建筑间距达到建筑互遮阳的效果；在单体建筑围护方面侧重于开敞通透。从整体的宏观规划方面到建筑构成的微观构造方面，随处可体现出了对于其热环境的适应。苏州地区特定的地域气候环境决定了其民居在适应需求方面虽然需要兼顾散热和保温，但在选择侧重方向上，仍以合理的通风、遮阳、减少建筑内部热辐射解决夏季炎热的策略为主要设计核心。

图1 苏州传统民居建筑不同界面封闭度对比

2.2 以防止建筑受潮为要点

苏州传统民居之所以选择以防止建筑受潮为要点的适应原则，其原因主要有两点，一是苏州地区的降水量大，地下水位高，空气湿度大形成了较为潮湿的气候环境，从而导致了民居总体建筑环境潮湿；二是民居自身建筑材料与做法易受潮。就屋面而言，其部位是直落雨的主要承担者，屋面主要材料瓦片是吸水率很高的建材，雨水容易浸湿瓦片，继而导致下部望砖、椽子等材料受潮。就围护结构而言，外围护结构墙体的砌筑材料砖石是亲水性材料，在雨水直接间接的影响下极易产生潮湿现象，例如表皮材料破裂剥落，墙体强度降低等。而内围护结构以木质建材为主，也容易受潮，其本身是多孔疏松材料，且与地面有着直接联系，容易受到地面返潮的水分子影响，并在墙体中不断上升，会直接影响建筑室内环境。就承重结构而言，以承重结构木柱为主要研究对象，一般情况下，处于室外的外檐柱更容易受雨水影响，如雨水的直接冲刷，屋檐的落雨、地面落雨的反溅以及室外空气湿度大等影响。因此，导致内柱易受潮的因素主要有地面潮湿和梁等其他木结构的湿热传递影响。

所以在苏州民居的适应现状中，随处可见对于防潮除湿的适应手法。主要可总结为“挑”、“隔”、“排”、“漏”四种手法。“挑”即出挑、外挑，在苏州传统民居建筑中可见的檐口出挑、檐廊出挑、廊棚出挑，都属于此种手法，能有效减少飘雨对于建筑构件的侵蚀。“隔”即隔断，隔断水分和湿气的传递。苏州传统民居屋顶的轩空间设计，屋面材料中望砖与青瓦之间的空气夹层设计等，属于空间夹层隔断；楼地面、外墙及檐柱的基础位置会加设一定厚度的防水材料，属于防水材料隔断；梁坊之间的斗拱等建筑构件可以有效减少建筑构件湿热水分的传递作用，属于建筑构件隔断。“排”即屋面排水，屋面的坡度、檐口及滴水瓦的设计体现了传统民居无组织排水的特点。“漏”即通风，也是苏州传统民居中防潮除湿手法中最重要的一点，其建筑布局、构造形式的通透开启不止可以解决夏季的炎热，对于建筑空间和构件上的湿气滞留也有良好的解决效果。这些细节构造方面的防潮除湿手法，共同形成了苏州传统民居特定的建筑细部形态。

2.3 以适度和兼顾为原则

适度有两方面层次的意义，一是相对于我国其他气候区较为极端的气候环境，苏州地区的气候环境较为折中，所以在适应尺度方面体现出适度原则；二是由于其特定的气候环境，为了达到兼顾多种适应需求的效果，从而遵循适度原则。

（1）平面方面。主要体现于在民居单体平面，其适度指的是平面的尺度适宜，达到兼顾夏季散热和冬季保温的效果，在民居建筑平面的封闭度及天井平面的深宽比两方面有所体现。苏州地区夏季炎热冬季湿冷，所以苏州传统民居在平面的封闭度方面选择利用适度的界面开启尺度来达到夏季散热和冬季保温的兼顾效果。在民居内部布局主轴线上，尽可能减少建筑界面对气流的阻挡，苏州内部布局形式为纵深狭长型，空间引导性很强，有利于穿堂风的形成，所以其主轴线上的建筑较多采用双侧通风模式，即在建筑南北两侧围护结构上均开设不同位置不同大小的洞口。纵观苏州地区传统民居的总平面，会发现其厅堂类建筑的南侧建筑界面通常为可拆卸落地长窗或半窗的组合，开启宽度较大，而北侧却相对开启较小。

以苏州东山陆巷古村遂高堂为例（见图2），其正厅南侧建筑界面三跨开间均为可开启落地长窗，而北侧面向天井的建筑界面则只在其中间一跨开启，以此规律往北侧推进，中部的内厅北侧建筑界面与正厅南侧建筑界面开启尺度相同，而其南侧面对天井的开启尺度却更小。

据实际数据表明，当建筑界面的开启宽度为建筑开间的1/2～1/3、开启面积为建筑面积的15%～20%时，可以达到通风效率最高的效果[7]。苏州地区传统民居这种南侧建筑界面尽可能增大进风面，北侧控制出风面积的开启做法，开启面积由南往北逐渐减小的开启尺度增强了民居整体纵向通风效果，居民还可以通过对于长窗的开启数量进行控制，改变其风速和风量。与此同时，可以有效减少冬季西北风对于建筑内部环境的影响，达到兼顾夏季通风散热和冬季保温隔冷的效果。

图2 苏州陆巷古村遂高堂平面图

在天井平面方面，苏州地区夏季的热环境决定了其民居天井空间呈南北面阔而东西面窄的形式，既可以有效提高通风效率，又可以在夏季起到互遮阳效果。相比于我国北方地区民居的合院式，以及华南地区民居的高墙深井形式，更多的是以一种“天井院”的形式存在。以苏州震泽地区民居为例，传统民居厅前天井深宽比如表2所列，其正落厅前正天井空间的进深和宽度的比例L∶B控制在1∶1.1～1∶1.3之间，苏州传统民居通过控制天井的进深和宽度的比例，来控制其产生的风速和强弱，既能起到垂直方向增强热压通风的效果，又能通过狭窄的进深在夏季起到一定的遮阳的作用。备弄空间的水平通风和天井空间的垂直通风形成了苏州传统民居中一套完整的拔风系统，为夏季通风遮阳，改善室内热环境提供了良好的技术支撑。

表2 苏州地区震泽传统民居厅前天井深宽比

（2）空间方面。空间方面体现的适度是指空间体量的尺度适宜，达到兼顾通风与保温、遮阳与采暖的效果，主要体现在建筑单体空间以及天井空间两个方面。在建筑空间尺度方面（厅堂类建筑的进深与开间尺寸），我国严寒地区的东北民居，其开间开阔进深较小，民居高度矮小且体型规整，檐口高度在3～3.5 m左右，脊高4.3～4.8 m左右，南向展开面较大为了最大程度上的采光取暖，建筑高度低为了减小高度差产生的对流通风，达到更好的保暖效果。而夏热冬暖地区的广东地区民居，以客家西关大屋为例，整个西关大屋继承了传统分割形街坊结构的群体布局方式，形成一种低层高密度的格局；在建筑垂直方向上则充分利用空间，正厅部分一般都是单层，檐口高度约为6.9～7.5 m，整个正厅建筑高敞开阔，其坡屋顶的后坡上还开有活动天窗，通风和遮阳效果极佳[8]。产生这种地域的差异主要是因为前者无需考虑夏季通风散热，而后者则不需要过多考虑冬季保暖，苏州地区民居偏爱小尺度，但相比于东北地区民居，建筑体量在尺度上是明显大于前者；而与广东地区民居相比，却不及其开阔高敞。因为苏州地区独特的地域气候环境决定了其设计构造需要兼顾通风散热与保温隔冷。

在苏州建筑中，一般民居建筑的平房正间宽大多为一丈二尺或一丈四尺（约3 300 mm或3 850 mm），厅堂类建筑的正间宽达一仗四到二仗（约3 850～5 500 mm）[9-10]。以苏州东北街李宅为例（见图3），其布局为两落四进，西侧为主轴，建筑以轿厅、正厅、内厅、堂楼的顺序依次往北，东侧则为鸳鸯厅和花厅。与我国广东地区民居不同的是，即使正厅有足够的垂直利用空间，苏州传统民居的正厅层高的控制上依旧将檐口高度控制在4.4 m左右，一般为正间面阔的8/10。内厅在整体建筑高度上略高于正厅，其二层设置了居住空间，且层高更低，以底层的七折计算，高度仅为3.1 m左右[9]。苏州传统民居利用体量通风散热的尺度需要兼顾冬季的保温，层高过高会导致热压通风强度过大，冬季热量流失过多，而且几乎很少见到苏州民居在坡屋顶上开天窗，此措施针对于南方夏季湿热，冬季温暖的地区，进出风口高度差较大可以形成较强的热压通风效果。显然，苏州传统民居在建筑高度上既不似东北民居那般矮小紧凑，又达不到广东民居的开阔高敞，这种尺度很大程度上受其地域气候环境的影响。

图3 苏州东北街李宅正落部分剖面图

天井空间中的檐高与进深（HH∶L）的比例尺度亦能体现适度与兼顾原则。苏州地区民居其檐高和进深之比在1∶1左右，例如苏州同里古镇的典型民居。在夏季太阳高度角较高的时候，能够减少建筑内部的日照直射深度，通过檐廊等一些建筑构件适度外挑，可以在夏季遮阳的同时，又不影响冬季采光。

（3）构件方面。苏州传统民居中檐廊空间的檐口出挑，檐廊空间主要分布于大型民居之中，其主要承担功能为遮阳挡雨的交通功能，而檐廊空间的进深尺寸能起到兼顾夏季的遮阳以及冬季的采暖的作用。

判断檐廊空间遮阳效果依据其形成的檐廊阴影深度（见图4和图5）。如苏州地区夏至日正午最高日照高度角度约为83°26′（见表1），图4中L代表檐廊阴影深度，B代表挑檐构件宽度，H代表挑檐檐低距离地面的高度，α表示日照高度角，可以得出计算檐廊阴影深度的公式，即

根据调研的部分苏州传统民居遮阳构件的H和B，如表3所列，可根据公式计算得到阴影深度L和其高宽比H/B，其数据见表3。根据公式已知条件高度角可得到，在最小出挑条件下，也就是最不利的情况下，还可以得到0.47 m的遮阳阴影深度，根据公式及表格数据可以得出，当这三种檐廊空间的高宽比控制在1.72左右时，其檐廊对应的阴影深度可以达到约78%，即表示檐廊内部大半处于遮阳构件的阴影之中，表中调研民居挑层及骑廊模式的高宽比均在此数据上下，与苏州地区日照模式相适应。

图4 夏季檐廊阴影深度计算图示

图5 冬季檐廊阴影深度计算图示

表3 苏州地区部分传统民居檐廊遮阳深度统计

苏州地区夏热冬冷的气候环境决定了其当地民居的檐廊空间，夏季能起到遮阳防晒的作用，却不能影响冬季的采光采暖。苏州地区冬至日正午太阳高度角约为35°23′（见表1），根据上述公式得出它们一层室内（见图5）受光光照深度均大于2.8 m，达到正厅建筑进深的30%以上，其北侧天井亦可为其提供北侧采光。

可见苏州地区传统民居檐廊出挑深度既在夏天达到了遮阳防晒的目的，在冬季亦不会影响底层的采光取暖，加上民居布局中穿插的蟹眼天井，在夏季遮阳的同时，还能接收到天井的漫反射光，其空间尺度的适宜是苏州地区传统民居在构造做法上兼顾夏季遮阳和冬季采光的集中体现。

3 苏州传统民居地域气候环境适应原则的现代化应用

苏州传统民居地域气候环境适应策略在现代化建筑中的应用已包含了多重方面，例如民居规划布局形态，民居内部特色空间，以及构造元素的现代化应用，在保持其原有原则不变的情况下，其功能或者形态在现代化建筑中都有着一定的创新发展，突破性的设计利用赐予了这些传统适应策略新的内涵。

在民居内部的特色空间方面，现代化建筑由于高科技的手段运用，可以摒弃传统民居中一些缓冲空间，如天井，备弄等，但越来越多的现代化高层建筑在空间设计中加以利用，在保持其原有功能不变的情况下，利用现代化技术和手法加以创新，例如对于原有天井空间的改造。

（1）形态转化。传统民居天井空间的平面形态除了受到当地地域气候环境因素的影响，还会受到例如儒家文化思想以及等级制度的约束，所以传统民居中的天井空间常呈现出方形或矩形，随着时代的变迁以及建筑技术的发展，在现代化建筑的整体设计中可以根据其不同环境不同要求引入不同平面样式的天井空间，甚至出现了流线型平面的天井空间，例如其在苏州民居中的深宽比例大致在1:1.1-1:1.3之间，这是受苏州地区气候环境因素的影响，而现在突破了气候环境的制约，在平面形态方面更多体现的是一种空间特色与人性化使用要求，而现在却表现出了一种特色空间形式，而不局限于气候环境改善的功能。在天井空间的垂直界面上，现代化建筑中选择将其通高形式打破，在天井空间中寻求上下层的空间联系，加强了空间的开放性与联系性，并在其中引入多元素的空间或界面来丰富天井空间的内部层次，如空中廊桥等。

（2）功能拓展。苏州传统民居中的天井空间更多的是以改善建筑内部气候环境为主要功能的缓冲空间形式存在，而现代化建筑中天井空间更像是一个融合多功能，多文化，多情感的公共开放共享空间。现代办公大楼中常设有此类天井空间，例如苏州中衡设计股份有限公司的设计大楼（见图6），其多个设计所之间穿插着多个开放天井，建筑师们在工作之暇可以在其中休憩交流，繁茂的绿化为办公楼添加了自然的色彩。

（3）技术创新。随着天井空间在现代化建筑中功能的不断丰富，其针对性的技术手段也在不断更新，以一个开放共享交流空间形式存在的天井，必须具有遮风挡雨的措施，所以有些建筑会在其上部安装可动式玻璃天窗，可以通过开关来适应不同的需求和天气状况。其顶部还有加设太阳能板以及安装排风系统的做法。

苏州传统民居的地域气候环境被动式适应的创新发展是对其最好的继承，并不需要拘泥于形式的存在，从实用性，文化性，审美性等多个方面综合继承其精华，才是传统建筑文化真正的重生与发展。

图6 中衡设计大楼四层天井空间

4 结语

通过与我国具有代表性气候环境特征的进行比较分析，总结苏州地区多种气候要素兼备的特殊气候环境特征，其夏季气候环境高温且高湿，而冬季的平均气温濒临夏热冬冷地区的低温极限标准，以及特定的降水量、风力风速、太阳高度角等气候要素，共同构成了苏州地区特定的气候环境特点，在民居气候适应表现中以夏季的炎热为主要矛盾。通过分析得出苏州传统民居在气候适应方面的科学合理的适应原则。本文从气候适应的角度解释了苏州传统民居建筑的形式与构成，希望对现代化建筑的被动式研究提供参考和理论基础。