东北传统民居应对严寒气候技术措施的探讨

东北传统民居应对严寒气候技术措施的探讨周立军;于立波【摘要】自然气候和灾害一直影响着人类历史的聚居与发展，在不断的与恶劣气候做斗争的过程中，人类发明出了一系列的技术措施.在中国的东北地区，人们通过自己不懈的努力来适应气候,尤其在传统的民居中，人们在抵抗冻灾的过程中，积累了一系列的经验与实用的技术措施.本文试图通过对我国东北地区传统民居对于抵抗严寒气候的技术措施做出一些探讨，以期做出总结并推文使用.【期刊名称】《南方建筑》【年(卷)，期】2010(000)006【总页数】4页(P12-15)【关键词】东北民居;防寒技术措施;寒地建筑【作者】周立军;于立波【作者单位】哈尔滨工业大学建筑学院,哈尔滨,150006;黑龙江科技学院建筑工程学院,哈尔滨,150027【正文语种】中文【中图分类】TU241.5建筑是人类与大自然不断抗争的产物，其功能是在自然环境不能保证令人满意的条件下，创造一个微环境来满足居住者的安全与健康以及生产生活过程的需要，因此从建筑出现开始，〃建筑”和〃自然环境”两者就是不可分割的。从躲避自然环境对人身的侵袭开始，随着人类文明的进步，人们对建筑的要求以及环保意识的不断提高，至今人们希望建筑物特别是民居建筑应满足安全、健康、舒适、生态、便捷等要求。而人们在长期的建筑活动中，结合各自生活区域的资源、自然地理和气候等条件，因地制宜、就地取材，积累了很多设计经验。东北地区位于我国的最北端，受寒冷潮湿气候的影响比较严重，人们在与气候的斗争中，积累了丰富的经验，尤其是东北传统民居的设计中更是体现着劳动人民的智慧。下面我将就东北传统民居在应对严寒气候的技术措施做出一些探讨。一、东北地区气候环境简介东北地区位于北纬40-55°之间，我国大陆的东北部，地处亚欧大陆东缘，是我国纬度位置最高的区域，其地域辽阔，气候、地理学中的范围包括黑龙江、吉林、辽宁三省和内蒙古自治区东部的三市一盟（赤峰市、通辽市、兴安市和呼伦贝尔盟），地跨寒温带、中温带和暖温带，属于温带大陆性季风气候。东北地区气候的基本特征是：具有寒冷而漫长的冬季，温暖、湿润而短促的夏季。由于北临北半球冬季的寒极——东西伯利亚，冬季强大的冷空气南下，盛行寒冷干燥的西北风，使之成为同纬度各地中最寒冷的地区，与同纬度的其它地区相比温度一般低15°C左右。夏季受低纬海洋湿热气流影响，气温则高于同纬度各地区。因此，东北地区年温差大大高于同纬度各地。东北地区冬季寒冷而漫长，早春寒潮多，夏季短促。为了抵御冬季的严寒、风雪等自然灾害的因素，东北民居在建筑布局与构造上明显显示出与其他地区的不同。同时，与同纬度的其它国家相比，我国东北地区冬季的日照时间普遍较长，冬季需要供暖期间，太阳辐射热量较大，太阳能资源比较丰富，所以东北民居在冬季纳阳以抵御严寒的方面也做出了相应的措施。二、东北传统民居防寒的技术措施针对东北地区漫长而寒冷的恶劣自然气候，传统民居所采用的应对技术措施主要有以下几点：1东北村落总体鸟瞰图[1]2不同体形在空间总量相同时外表面面积差异建筑布局松散，个体以院落式为主我国东北地区寒冷，采暖期一般可达6个月，黑龙江最冷时可以达到-40°C。故在东北地区防寒保暖则成为传统民居的首要考虑问题。为了防寒东北地区的传统民居总体布局上采用了松散布局的形式，从而获得更多的阳光，同时为了满足在漫长冬季的日照采光需求，建筑大多坐北朝南，并且一些民居还把主要入口设置在了南面:从太阳照射的时间和照射的深度方面来说，在东北地区向南的房间具有冬暖夏凉的特点；从主导风向方面来说，东北地区民居在朝向的选择上应该尽量让正房的长轴方向垂直于冬季的主导季风方向，加强建筑之间的挡风作用，降级热损耗。由于东北地区平原居多，地势平缓地带上的村落，主要道路大多沿东西向成带形分布，民居间的距离较大。南北向道路较小，主要起辅助交通的作用。这也是考虑严寒气候下充分采光的结果。在传统民居群体布局形式上，大都采取行列式布局（见图1）,其特点是绝大部分建筑物可以获得良好的朝向，从而有利于建筑争取良好的日照、采光和通风条件。同时有些东北传统民居群体在行列式布局的同时故意错开了一个角度，构成错列式布局，以改善夏季的通风效果。东北传统民居大多以院落的形式存在。院落式的布局具有重要的气候调节功能，封闭而露天的庭院能明显的起到改善气候条件和减弱不良气候侵袭的作用。利用冬夏太阳入射角的差别和早晚日照阴影的变化，庭院天井和廊檐的结合，可以有效地抵抗寒风侵袭，阻隔风沙漫扬。由于北方纬度偏高，太阳高度偏低，东北传统民居大部分院落的宽深比在1.2~1.9之间不等。从外院到内院，房屋的台基和体量也是从低到高的，从而突出正房的高大和宽广明亮。另外，东北传统民居的院落围以矮墙，高度一般低于屋脊。东北传统民居中有很多带前廊的房屋，特别是大型的住宅在正房前端都设有前廊，有时厢房也设有前廊，廊端设置门。在组成院落时正房和厢房的前廊连成一体，在雨雪天，也可以穿行于正厢房之间，拓展了人们的活动空间。挑檐出挑方式为利用椽子出挑，大户人家会有第二道椽子，即所谓的〃飞椽”飞椽既可以让檐部出挑的更远，又可以保证出挑出去的檐部不会遮挡室内的光线。檐部出挑还可以保护墙体在下雨或融雪的时候，屋顶的雨水能够顺利的排下，而不会沿着檐墙留下，从而避免墙体腐蚀。同时通过在建筑南面外侧布置高大乔木，内侧布置低矮灌木，夏季可以遮阳，冬季偏转北面的寒风，对于气候调节起到积极的作用。建筑形体规整东北传统民居个体大都矮小紧凑，形体规整，平面一般呈横长方形，大多采用硬山的屋顶形式，形成这样的外形特征可以从体形系数的角度来解释。体型系数是衡量一个建筑物是否有利于保温的重要参数，对于同样体积的建筑物，在各向外围护结构的传热情况均相同时，外围护结构的夕卜表面积越小，传出的热量越小。建筑的体型系数与耗热量基本呈线性正比光系。如图2所示，以立方体为基准，不同建筑体形在空间总量相同时外表面面积的差异。尽管东北地区冬季气温很低，但大部分地区日照辐射还比较强，因此南向和东西向的夕卜界面在向夕卜散失热量的同时也接受太阳辐射，尤其是南向，受热吸收的日照辐射热量大于其向夕卜散失的热量，因此建筑的体型不能只以外界面越少越好来评价，还要以南向外界面足够大，同时其他方向外界面尽可能少为标准来评价。通过建筑热工中的有关计算得知，在冬至日，单位面积墙面南北向接受日照获得的热量大于东西向单位面积获得的热量。由此可以得知，东北地区建筑的体型对寒冷气候的适应在平面上，一方面要尽量增大进深以减小体型系数，使建筑平面形式尽可能向四个方向扩展，接近于正方形，以减小围护结构的外表面散热面积；另一方面由于体型系数相同时（建筑朝向、底面积和高度都相同的两座建筑），南向面积越大，得到的太阳辐射热量越多。因此建筑的平面布局在维持一定进深的基础上沿面阔方向增加开间数量，而并非单纯为减小体型系数而向四个方向同时扩展。民居的平面选则，综合考虑了体型系数和日照的影响，形成了现在东北传统民居的这种横长方形的平面形式（见图3）。如果单从体型系数上看，同一建筑采用平屋顶体型系数最小，但实际上综合考虑雨雪等其它气候因素的影响，东北传统民居普遍采用了硬山顶的形式，坡度较缓，这样有利于冬季屋面积雪的适量保存，使雪本身作为一种有效的自然保温材料，加强屋面在寒冷冬季的保温效果，这是适应本地区气候的一种方式。另外从屋顶形式上看，硬山顶也是较其他类型的坡屋顶来说体型系数最小的屋顶形式。同时，东北传统民居的空间布局紧凑、功能流线短捷，具有较高的功能运作效率，这也就促使了东北传统民居平面形成较小的体型系数。建筑构造特殊东北地区冬冷夏热，温差极大，这就有可能因温度的变化和低温的作用而造成建筑冻害。这里的冻害一方面是指建筑构件由于温度变化而造成建筑构件热膨胀冷缩的变形和损坏；另一方面是指由于建筑构件内部或建筑构件之间的湿度变化，使水汽潮气遇冷结冰体积变大而造成建筑材料性能的改变和构件的变形与损坏。冻害造成的损坏或裂缝不仅会影响到建筑的寿命，也会极大地增大热损耗。东北民居在建筑防冻构造方面主要做法有：3面阔三间横长方形传统民居4草屋顶（1）厚重的墙体墙体作为建筑中重要的组成元素，不但起到维护和分割空间的作用，而且是保温隔热的重要环节。东北传统民居的墙体厚重而且在维护结构中所占面积比例很大，东北民众历来就非常注重墙体的保温，形成了独特的做法。一般来说，为了抵御冬季寒令的西北风，北墙最厚，南墙其次，山墙再次，室内隔墙由于不承重，而且不需要保暖隔热，普遍做的很薄，经济状况差的用草泥墙，经济状况好的用木板墙。具体的夕卜墙的做法主要有复合墙体和火墙两种。复合墙体东北传统民居的墙体大都是几种材料组合而成，纯木、纯草、纯石头的民居较少，即便是采用单一的材料为主体，也会进行添加或涂抹泥土等保暖措施。传统民居的墙体，砖墙由于当时技术和经济水平的限制，为了节约用砖，采用内夕卜两侧砌砖，中间是碎砖并灌白灰浆使其结合紧密，保温性能优于单一砖墙保温效果。而木骨泥等复合墙体或纯木、春草、纯石头形式的民居，由于取材容易，建造简便、造价低廉，并且能够有效的抵御冬季的寒冷。火墙火墙是中空的墙体，一般与灶台连接，取暖做饭两用，通常设在炕面上。火墙的应用可以弥补单纯靠火炕供热的缺陷，使室内温度分布更均匀，形成更为舒适的活动空间，后来广泛传播到东北各地。火墙的一般做法是用砖立砌成空洞形式，厚度约30cm，而长度、高度则视室内空间大小决定。内表面用砂子加泥，以抹布沾水抹光，这样可以使烟道内烟气流通毫无阻碍，升温更快，夕卜部涂以白灰或石膏，以减轻雨水的冲刷。夕卜墙的防冻处理夯土墙是东北传统民居常采用的墙体类型，雨水残留在墙体中是不可避免的。东北地区的昼夜温差极大，尤其冬季，晚间气温极低，这样残留在墙体中的水分就会结冰使体积膨胀，反复的冻融循环容易引起墙体开裂。而在粘土中加入稻草可以使砌块空隙率大，具有弹性，这样既使有残留水分结冰，也可以有效的减小墙体的破坏。另外东北传统民居平面规整，以长方形为主。温度变化时，各处受力较均衡，不宜出现因某处受力相对其它地方过大而引起的墙体开裂等冻害现象。同时广泛采用的火炕、火墙等采暖有助于防止冻害。室内的炕体对直接与外界接触的墙体有一定的热保护作用，避免其温度过低，也有效地减轻了冻害的影响。墙体内部充满灰浆，吸湿能力强，而且其极强的粘结力，足以抵抗因热胀冷缩而弓I起的应力变化。东北传统民居采用以木结构为主的承重形式"隼卯坚固，柔韧性好，山墙处也用壁柱加以固定，所以整体性强，不易因温度变化而引起变形破坏。另夕卜还通过比较深远的出檐，防止雨水过多的积聚在防冻害的薄弱环节——墙脚。满族民居把位于建筑外墙部位的柱子全部埋在墙体之内，防止在柱子处产生〃冷桥”，提高保暖性能，同时柱子也能免受外力损害。而汉族的民居中，砌墙时在平面上砌一个〃八”字形的豁口，把木柱暴露在外面，以防止木料受潮腐烂。特殊的门窗处理为了接受更多的阳光和避免北方袭来的寒流，东北民居一般将房屋长的一面向南，大部分门和窗设于南面为了实现采光充足、便于通风。传统满族民居南北均设置窗户，南面的窗户较宽大，北面的窗户较狭窄，既通风又保暖。窗户纸糊在窗外，不仅可以加大窗户纸的采光面积，抵御大风雪的冲击，还可以避免因窗户纸的一冷一热造成脱落的现象。为了增强窗户纸的经久耐用性，通常将其用盐水、酥油浸泡，从而不会因风吹日晒而很快损坏。窗户在下面固定，可以向夕卜翻转，避免大风吹坏窗户。在房门的设计上采用双层门，分内门和风门，有效的抵御冷风进入室内。复杂的屋面东北民居的屋面设计主要通过与日照、风、雨、雪的关系及其保温、防水的性能等方面综合来考虑。屋顶按屋面材料分有瓦顶和草顶两种形式。瓦屋面一般采用小青瓦仰面铺砌，瓦面纵横整齐。瓦顶的屋脊上，有的用瓦片或花砖做些装饰，梁头椽头皆不做装饰。屋瓦全部用仰砌，屋顶成为两个规整的坡面以利雨水的流通。在坡的两端做两垅或三垅合瓦压边，以减去单薄的感觉。在房檐边处以双重滴水瓦结束，既有装饰作用，又能加快屋面排水速度。同时还能避免反复的季节冻融，而造成的屋瓦脱落的危险。草屋顶是在东北传统民居中较为多见的屋面形式。一般草房都建在立柱上，首先置檩木再挂椽子，多为三条椽子。椽子以上铺柳条或者苇芭或秫秸。在这些间隔物顶上再铺大泥，称作望泥，厚度约10cm。为了防止寒气透入，再加草泥辫一层，这样可以防寒又可延长使用。最顶部分稗草，铺置平整（图4）。草房做法，屋檐苫草要薄，屋脊苫草要厚，以防止冷风的渗透与雨雪的渗透。屋脊的样式主要有两种，一种是实心脊，即屋脊全部为实体，造型简洁；另一种是花瓦脊，屋脊用瓦片或花砖装饰，又叫〃玲珑脊”，做法比较讲究。花瓦脊的具体做法是：在铺完瓦屋面后，在两排青瓦的接缝上方正扣青瓦一排，在空隙部分填充泥灰。这样的构造做法可以在泥灰渗水时依然可以防止雨雪渗入屋内。之后在上面铺砌一皮或两皮的胎子砖，铺一层脊帽盖瓦，在上面用瓦片拼出图案。上面再设一层脊帽盖瓦，两端则用青砖砌实。在做实心脊时则将拼花瓦片部分以青砖代替。（4）火炕技术的应用东北地区传统民居大量采用火炕取暖，提高室内温度。富户人家也兼用火盆、火炉取暖。火炕以砖或土坯砌筑，高约60cm左右。火炕有不同地做法，按照炕洞来区分，可分为长洞式、横洞式、花洞式三种。炕洞一端与灶台相连，一端与山墙外的烟囱相连，形成回旋式烟道。炕上以草泥抹面，铺苇席炕褥等。灶台做饭时，烟道余热可得到充分利用，加热炕的表面。土坯砖蓄热能力强，散热时间长，因此更常用。对于东北地区的满族传统民居，无论青砖瓦房还是土坯草房，烟囱不是建在房顶，而是安在山墙一侧。烟囱不安在房顶，不仅可以减小烟囱对房顶的压力，避免火灾，同时还可以避免在房顶上修烟囱时造成烟囱底部漏水、渗水，春天雪化的时候水从烟囱底下流入房里，腐蚀房屋结构。由于这种烟囱距房体有一段间隔，其间不仅有内留烟道的短墙相连接，而且烟囱坐在地面上，不仅可以延长室内烟道的长度，提高供暖效力，还适应了满族烟囱过火量大