适应性生态思想在满族民居营造技术中的应用

适应性生态思想在满族民居营造技术中的应用

满族是中国的主要少数民族之一，形成于16世纪30年代。到20世纪30年代，人口为1068.23万人，主要分布在中国东北部。满族有着悠久的历史文化,周代的肃慎、汉代的挹娄、北朝的勿吉、隋唐的靺鞨人和唐末到宋代的女真族,都是满族在历史上不同时期的先人(1)。传统满族民居建筑所蕴含的一系列适应性地域营造技术是满族人民在寒冷地区移住定居后,经过长期的历史发展所积累的宝贵经验。采用适应性技术手段、形成适居性环境的地域技术已成为满族住居营造中不可分割的一部分。满族民居尤以其独特的炕居生活空间,因其长久不衰的生命力和在当代的生态学价值,获得传统文脉和建构地域风格的技术思路。1受东朝冷气候影响，满族通居空间及其结构1.1地震烈度较高,建筑平面布局形成新宾满族自治县和清原满族自治县(以下简称新宾县和清原县)所处辽宁省东部长白山余脉,地形为丘陵地带。平均海拔300m以上。冬季极端温度-36.5℃,夏季极端温度35.1℃;冬季平均气温-14℃,夏季平均气温22~24℃,冬冷夏热,季节分明。年平均降水量859.8mm,无霜期130天,地下水位距地表4m,最大冻结深度1.5m,地震烈度7度。由于植被覆盖率较高以及地形特点,很少出现风沙和扬尘。气候因地域不同而存在差异,在寒冷气候的影响下,辽东村镇建筑必然存在对这种气候的适应措施,同时基于满族的生活特征和文化习俗,形成了传统满族民居独特的平面布局形式和建筑立面特色(图1~2)。在古代严寒的东北地区,人们就产生了对太阳的崇拜,认为房屋的入口应该朝向太阳升起的地方——东方,便产生了古代满族的筒子房(图3)。后来出于对环境的适应,入口逐渐转为南向。如《建州闻见录》中所述“窝舍之制……门必向南”,说明元明建州女真时期满族民居已采用南向入口,以防止北向寒风侵入。满族民居建筑平面有五开间和三开间之分。进入正门为灶间,灶主要是为了烧南北大炕和兼做饭。西间“万字炕”的空间布局是满族传统炕居空间的典型形式。炕沿南北西三面墙体布置,形成南北大炕和西炕。南北大炕做日常起居之用,西炕及上方的山墙上供奉有祖宗牌位,体现出满族传统中以西为尊的习俗。东侧房间一般设“一字炕”的南北布局形式(在清故宫中称“暖阁”),南北炕分别沿南北墙设置,形成房屋东西两侧跨海烟囱。1.2纸媒:水面质的地面铺装满族民居火炕的构造形式主要由加火口(炉灶)、烟道、炕板(石板)和跨海烟囱组成。这里有两点比较重要的因素影响着火炕的使用效果:一个是烟道的砌筑,砌筑从灶口到烟囱底部必须有合适的坡度,以利于排烟,炕垄的砌筑采用多种组合形式,使烟能够在烟道中迂回,维持火炕温度的均匀性,另一个是烟道和烟囱的连接,在烟囱和烟道的连接处设置“狗窝”,以防止冷空气倒灌到室内(图4)。现代满族住宅随着时代的发展和生活水平的提高,无论在房间的组成、规模、布局及标准方面都发生了较大的变化。首先是适应现代起居生活的需要,逐渐取消了南炕而增加厅室空间,形成南厅北炕的复合型空间布局(图5~6);其次,为增加居住生活的私密性,北炕由火墙分隔成两部分,中间设置隔断,以满足家庭不同成员的空间需要。随着满族民居空间的发展和演变,炕的形式也产生了一系列的适应性发展,出现了节能型“吊炕”、“燃池”、地热炕等多种形式。①吊炕:传统的火炕搭建在地面上,散热面小,炕洞过高(地面距离炕面的高度很大),要耗费较多的能源才能把炕烧热,而节能型吊炕的做法是将炕整体架空,距地面20cm左右,用混凝土板作为底板,下面用砖叠砌支撑。这种做法的优点在于:一是降低了炕洞的高度,使热量集中,并增大了炕的散热面积,有利于室温的提高;二是这种做法符合空气动力学的原理,使柴禾能更充分地燃烧,消除了滞烟的现象;再者,炕下面的空间可以作为储藏空间,使室内空间简洁、卫生而经济(图7)。②燃池:燃池的构造做法是在室内地面以下挖出深2.0m左右的长方形坑道,用砖砌筑,再用水泥沙浆抹面,上面盖钢筋混凝土预制板作为地面形成燃烧池。在燃烧池中蓄存1m厚的锯末压实点燃,通过地板面散发大量的热供给室内。一次投放燃料就可以维持一个冬季的燃烧。这种做法的优点在于:一是减少了每天烧火取暖的麻烦和烟尘对室内空气的污染;二是明显提高了地面的温度(一般室温可达20℃左右,地面温度可达40℃左右),符合人体舒适度的要求;再者,燃料集中在燃池中燃烧,减少热量的散失,有效节约能源。这种做法在清原地区有着广泛的应用,利用当地木材加工的废料,就地取材,比较经济。在没有锯末的地区还可以用稻壳、高粱壳来代替(图8)。③地热:楼房中的地热取暖方式运用到了农村,对农村采暖方式的改变有着划时代的意义。在抚顺市顺城区前甸镇大道村见到了这种采暖方式。家里安装水箱和小锅炉烧水供给地热,地面以及室内的温度都很舒适。地热的水管盘法很简单,在地面上呈蛇行间距30~50cm盘摆,再用水泥沙浆或木条固定,上面用地板砖或复合地板铺装地面,其供热系统类似于土暖气的做法,供热效果更好,可以赤脚在地上行走,而且温度基本稳定并且可以调节(图9)。“吊炕”的出现是应用了混凝土材料和现代结构技术创造出的一种能够充分发挥炕的热辐射作用的新型火炕形式。如果说“燃池”是适应了林区就地取材、因地制宜的一种火炕形式,那么地炕则体现了满族民居中“全屋炕”对其影响和融合。2满族居住区的区域设计技术2.1居住建筑的平面布局在长期的发展演进中,传统满族民居已形成背风建宅的选址原则。背风建宅又可分为在山脚、山腰、台地三种不同气候影响下的情况。在山脚一般来说是选址建宅的理想场所,旁边的山体可以遮挡冬季寒风的侵袭,但对辽东寒冷地区来说,容易产生霜冻效应且不利于防洪。这里产生霜冻效应的原因主要是由于冬季晴朗无风的夜晚,冷空气沉降并滞留在较凹地形,犹如池水一样集聚在一起,使地表空气温度比其他地方低很多,从而对建筑形成霜冻侵害。背风向阳的山腰和台地便成为满族人民建宅的理想选址,后来建州女真人从山区到丘陵及平原地区,也较多采用在高处筑城建宅的习惯。在台地和较高的房屋基座上建宅,既满足居住上的安全防卫,又有较开阔的视野(图10)。由气候条件和生态效应而兴建的我国北方广大村镇建筑,在院落总体布局上方正宽敞,冬季日照充分,具有防风沙侵袭,并适合植物栽植等优点。据调查,新宾县和清原县满族民居庭院是我国较为开敞的庭院,除了土地条件宽裕,生活习性所致以外,北方寒冷的气候使人们渴望更充沛的日照。在单体建筑平面布局中,早在勿吉和靺鞨人居住的房屋里就出现了沿房墙三面(北、西、南)布置的火炕(2),以阻止来自西北向寒冷气候的侵袭。后来的“女真”型火炕由于空间组成的复杂化,结合“火墙”既分割空间,又增加采暖面积,这时的火炕技术已经成熟,在平面布局中完全适应了地域性气候特点(3)。在调查中发现,当代满族住宅增加了具有保温防寒功能的内外部过渡空间——门斗,这样既减少了冬季的风力,又具有控制建筑热损失的功能。同时,住宅采取双进深平面布置,将厨房、仓库、卫生间等辅助用房布置在北向,构成防寒空间,住宅和起居室争取布置在阳光充足的南向(图11)。由于新宾县和清原县有着丰富的太阳能资源,日照充足,在住宅建设中采用被动式太阳能方案,即通过增加南向卧室和厅室的开窗面积和开窗方式,构成阳光间,使得阳光充满整个室内。另外利用对流原理,在内窗和前后室的隔断间设置通气孔,南向被加热的空气由于对流进入北向的房间,如此达到提高室内温度的效果。2.2农作物纤维在纺织品加工方面的应用满族民居中的墙体基本采用三种不同的材料:砖、石和草泥。传统木构架体系的房屋早期大都采用土坯、草泥为维护结构,其优点是比较经济,保温防寒性能也较好,但室内环境条件较差和易破损(图12)。该地仍以农耕为主,产有大量的稻草可供回收利用,如能在技术上对其进行加工处理,则可成为一种理想的保温材料。农作物纤维在人类的建造历史上占据着重要的位置,欧洲、俄罗斯东亚北部地区,包括日本都有用茅草覆盖屋顶的做法。日本的榻榻米就是用农作物纤维块编制而成的。所以,本地区亦可以利用当地丰富的稻草资源,加工制作稻草板墙体和屋面保温材料,在热工方面将取得较好的效果(图13)。同时要利用被动式太阳能利用的基本原理,对保温墙体(包括窗体的性能)的种类、厚度和位置进行仔细的考虑,热量通常在其主墙体内的传输速度大约为每小时20~30mm,因此一面200mm厚的保温墙体在中午吸收的热量大约会在晚上8点左右进入到起居空间。2.3温度调节及保温效果屋面是一个散热量很大的地方,因此屋面的保温至关重要。满族传统木结构屋面材料与构造采用的是以粘土和植物纤维相交结的塑性构造处理,热工物理性能好,天然材料自身具备较好的温度应变能力,且能起到更好的保温蓄热作用。传统满族住宅屋顶中采用一种当地产的油质泡白灰青灰背,其油性大,防水性能好,工艺虽然复杂一些,但能够就地取材,成本低廉。而在昼夜温差较大的情况下,工艺过于简单的现浇或预制混泥土的屋面结构往往容易产生开裂以致保温性能不佳。在现浇混泥土屋面基层上采用传统的泥土混合植物纤维作为保温和防水层,在实践中证明也是行之有效的做法,能显著地减少热量的散失,同时利用其热惰性大的特点起到一定的保温防寒作用。2.4建筑材料特点的应用乡土建筑材料具有可持续利用性,其可持续利用的价值在于它的生态适应性、经济性和就地取材的方便性,是材料、结构、形式对自然环境与生活的真实反映。传统住宅由于条件限制往往就地取材,并保持材料的原生性,像土坯砖、木材、稻草等等。满族民居中使用的材料大致分为两类:一类是木、土、石(块石、石板、卵石)、草(稻草、稻秸)等天然材料;另一类是砖、瓦、石灰等人工材料。传统满族民居大量运用石材、草泥、生土混合材料,用毛石砌筑房屋基础,块石砌筑窗下墙体,采用木屋架结构作为支撑,然后用碎石、土坯加草泥作为外围护填充材料。在今天的农村,这一类构造方式得到了进一步的发展,砖得到了大量的使用,并出现了发挥多种材料优势的构造方法。如双层复合墙体和稻草板保温墙体的运用:双层复合墙体采用内砌120mm厚土坯砖外包砌240mm厚烧制砖的做法,充分发挥各自的特性。稻草板保温墙体则采用压制稻草板作为墙体的保温层,外包240mm厚砖墙,内衬120mm厚砖墙砌筑(图13)。另外,在寒冷的北方,住宅在材料的选择上要充分考虑吸热和蓄热的性能,改变人们一味追求白色光亮的陶瓷镜砖外贴面的做法,应选择颜色较深和蓄热系数大的外墙砌筑材料,有利于充分利用太阳的日照而储存热量,以达到节能的效果。常用的采光面或太阳能收集器是窗户,热吸收装置是指蓄热材料的表面,一般为深色、硬质,其材料的颜色对阳光中短波辐射的吸收率较大,而材料的粗糙程度对短波辐射吸收率影响较大。蓄热材料指保留或者储存阳光产生能量的材料,如砖石砌筑墙体、盛水的容器、相变的材料等,常位于热吸收装置的下面。需要根据采暖需要计算所需蓄热材料的面积和厚度。3舒马赫的技术策略在发展中国家和地区的经济区域化建构中,技术策略是及经济政策与文化政策相配套的。E.F.舒马赫为发展中国家设计的技术策略是使传统技术、现代技术、中间技术各得其所,并强调以中间技术的灵活运用为重点。中间技术是现代技术和传统技术的媒介。在建筑学意义上,还应强调技术的文化——生态特性,那么中间技术就不仅是一个水平的判断,还有了适应性的地域关怀。3.1住宅节能设计与生态化建设的重要性当前世界正面临能源短缺的危机,而在我国村镇住宅建设量大面广,开展村镇住宅节能设计和生态化建设就显得尤为重要。在新宾县和清原县农村仍然以秸杆为主要能源来取暖和烧饭,而这种利用能源的方式效率很低,只有15%~30%,所以提高燃料的利用率是一个亟待解决的问题。(1)位一体太阳能猪舍的组合技术沼气的开发利用已经有很长时间了,但是绝大多数用于南方,在北方并不多见,主要是由于北方天气过冷而沼气的产生需要较高的温度,所以只有很少量的沼气产生,甚至不能产生而无法使用。新宾县永陵镇运用了三位一体太阳能猪舍的组合方式,成功地解决了这一问题。所谓三位一体即猪舍、厕所、沼气池都设在太阳能猪舍中,提高了沼气池的温度,使沼气能顺利地产生,同时易于将猪和人的粪便投入沼气池得到充分利用(图14)。(2)燃气生产技术秸杆气化技术是一项新兴的对生物质能利用的技术,是把各种农作物的秸杆粉碎后投入到气化设备中生产出燃气的技术。该设备的技术含量较高,主要由政府投资建造。该流程为:秸杆粉碎——进入气化炉——除尘器——净化器——分离器——过滤器,即可生产出燃气来。其中燃烧过程在气化炉中进行,燃气为CO。这种技术使秸杆的燃烧值充分地体现出来,使能源的利用率达到80%以上,远远高于农户直接燃烧所获取的热量(图15)。这种技术主要由政府出资建设秸杆气化站,农民投入部分资金购的燃气设备,通过收购农户的秸杆用于生产燃气。该气化站总共投资78万元,一罐燃气的容量为200m3,每天生产两罐燃气可供给300户村民使用,约需要15~20捆玉米秸杆来供应。通过出售秸秆获得的资金完全可以满足基本燃气的费用,既有效利用了资源,又通过减少燃烧木材和煤而保护了生态环境。3.2生态适应性技术传统民居中蕴含的一系列地域性营造技术,是在长期适应特定气候条件和生态环境中形成的,它不依赖耗能设备,而在建筑形式、空间、布局和构造上采取措施,以改善建筑环境、实现微气候建构。所以,建构适应性技术是传统建筑走向现代化的基本途径和保障,也是村镇建筑生态化建设的主要手段。适应性技术应是特定气候、地形地貌、地方材料等自然因素综合诱导的产物,能够最大限度地减少营造对生态系统和环境的破坏,并且具有相应的生态补偿性与还原性。同时,任何特定技术的适用都是有其阶段性的,随着社会的发展和科技的进步,先前的某些技术可能变得滞后,要求技术变化和进步应反映出传承性。以动态性原理作为适应性技术的理论前提,这样适应性技术才具备相应的生命力,才具有可持续性,才能保证新的营造不会丢失