基于熱舒適性改善的傳統建筑緩沖空間設計方法借鑒

肖冰 洪小春/Xiao Bing，Hong Xiaochun

引言

建筑存在的首要意義，在于其能夠有效抵御和緩解外部氣候的影響，為人們提供穩定、舒適的“內部空間”。建筑系統對外界不利氣候因素（高溫、低溫、噪聲、輻射、污染等）的過渡、調和或緩解作用稱為“緩沖”，具備這種特性的空間稱為“緩沖空間”?！疤烊撕弦弧笔前l端于中國農耕文明的本源性概念，體現了中國古人追求與自然和諧相處的思想，與之相承一脈的宇宙觀、自然觀及生態觀，深刻地影響著人們的意識形態、倫理規范、文學藝術及建筑營造。中國傳統建筑中因勢利導的巧思及智慧，是當代建筑可持續發展的動力與源泉。

1 傳統建筑緩沖空間類型

“天人合一”思想使中國古人在面對氣候因素的不利影響時，通常采取過渡、緩沖的“柔性”方式，充分體現出與自然環境融合共生的期愿，這與現代歐美國家將建筑內外“絕對”隔離，以高能耗換取室內高品質的做法很不相同。綜合以往學者的研究，根據緩沖空間所處的建筑部位，將其分為：界面緩沖空間（門斗、門廳、檐廊、騎樓等入口空間）、內部緩沖空間（過廳、中庭、連廊、敞廳、暖閣等）、構造緩沖空間（冷巷系統、內外墻構造、屋蓋構造、門窗構造、吊頂構造等）及地下緩沖空間（窯洞、宗教建筑及地下倉儲、水利、人防等功能空間）。限于篇幅，本文試以院落、建筑入口、架空空間、典型材料與構造及地下空間應用等實例，對傳統建筑中的典型緩沖空間進行分析。

2 傳統建筑緩沖方法分析

2.1 院與入口的結合

“院”是中國古人的生活中心，是傳統建筑的最基本符碼，小如尋常民居、大至宮廷祭壇、園林寺廟，“院”的基因無處不在?！霸骸笔蔷竦?，也是物質的，“院”是一個場所，也是宇宙哲學、人倫禮儀、規矩方圓和天人合一的物質呈現。通過界面的圍合啟閉及視線的滲透融合，“院”成為具有緩沖性質的第三空間，原本二元對立的元素于此得以調和共存；入口代表著建筑的地位和等級，同時兼具遮風避雨、交流休憩、親近自然的過渡功能。傳統建筑的入口形式豐富多樣，且多與“院”緊密關聯，是進入建筑內部最為必須和常見的緩沖空間。以“院”為核、以入口為“閘”，實現對外部氣候要素的吐納與調節，是傳統建筑生態氣候系統的最基本形式。

限于古代宗法倫理及風水禁忌，傳統建筑的規模、等級與布局方式均不可隨心所欲。中軸統領、左右對稱、前后分明、型制完備，是北京四合院的典型特點（圖1）。因需分“內外”（秦紅嶺，2006），所以（院）有前后，前、后院與偏于一隅的入口組合，共同構成建筑的熱環境調節系統（圖7）?！胺諊币辉~的物質基礎即是“氣場”，說明“氣”可以“圍”起來，也可以“分”出去?！伴l”（建筑門窗、尺度較小的前院等）的啟閉，使氣流在單向流場與多向流場之間轉變，通風過程也會隨之加速或減緩，進而實現“氣場”的可聚可散、可變可調（圖2）；有別于北京四合院的方正主院，山西太原、榆次地區的典型民居院落呈縱向的狹長形態（圖4），也無類似北京四合院附屬院落的橫向空間（王其鈞，2015），其建筑入口通常以內部山墻、周邊院墻及其它建筑實體圍和形成，簡單有效地解決了視線遮擋與遮風保暖等問題。無獨有偶，西南地區的漢風坊院雖然相距千里，入口的處理方式卻極為相似（圖3）；對比官式建筑和官話區民居建筑，部分少數民族地區及方言區建筑，對秩序、規模、型制、選材等的思考，則多以實用主義的原則出發，如西南納西族的主、副院民居（圖5；王其鈞，2015），采用在主院（四合五天井式）之側另設橫向副院（三坊一照壁式）的布局方式，以同一建筑入口將主院、副院緊密聯系起來，橫向開式的“院落－入口”組合具備更多的調節方向和調節容度，能夠為建筑系統提供更為穩定、舒適的熱環境，是民間實用主義智慧的集中體現。

圖1 北京四合院①

圖2 白族民居

圖3 西南漢風坊院

圖4 晉中民居

2.2 架空空間使用

架空是取消底部的圍合限定，將主要功能置于二層之上的建筑布局（圖6），是一種與生活方式密切相關的空間類型（高陽，2010）。屋蓋出挑、柱承檐檁的外廊空間是最為常見的架空形態，被普遍應用于傳統建筑當中。在我國炎熱潮濕的南方地區，貴州半邊樓、重慶吊腳樓、湘西土家斜撐干欄及廣州騎樓（圖8～11）等，則以架空為主要空間意向，形成了特征鮮明的地域建筑風格。除去滿足功能、獲得日照、避免水患等作用，架空空間尤其有利于建筑相時、相地的巧妙布局，在保護場址地形地貌及生態環境的同時，還可以局部消除基地內的回流和渦流，部分改善風環境，有效緩解濕熱氣候對人體的傷害，提高建筑的熱舒適性。

圖5 納西民居主副院

圖6 干欄式建筑

圖7 北京四合院游廊

2.3 內部緩沖

吐魯番地屬典型的大陸性干旱荒漠氣候區，當地民居分設“冬屋”和“夏房”，以應對氣溫高、輻射強、溫差大、降水少、風沙猛烈的氣候特點。冬季，入口是建筑保暖、防風的前置過渡區、火炕是居民的生活中心?；鹂贿B灶、火墻（火爐）直接輻射加熱空氣，廚房生活水蒸氣調節濕度共同構成“冬屋”系統；夏日，“冬屋”中的炕-灶-煙囪又成為天然的空調系統，熱壓差下的煙囪效應不斷驅動室內空氣冷卻流動，再輔以半地下及室外棚架（葡萄架）空間，形成了建筑的“夏房”。分設“冬屋”與“夏房”，是綜合運用墻地蓄熱、自然通風及直接（間接）蒸發冷卻等適宜技術進行熱控制與熱調節的實例，有效地解決了該地區夏季防熱和冬季采暖問題（葛翠玉 等，2013）。

2.4 構造緩沖

我國幅員遼闊、地域廣袤、氣候條件差異大，因地制宜的選址、選材與建造，使各地傳統建筑呈現出鮮明的地域特征與形態面貌，同時留下了蘊含樸素生態思想及節能理念的構造方法。

2.4.1 適宜材料的選用

圍護結構是外部氣候因子進入建筑的首道屏障，對室內熱環境起著至關重要的作用。圍護結構的材料選用通常以易于獲取、堅固耐用、性能良好為原則，因而各地傳統民居建造時，常常以生土、夯土、草石、磚瓦、空斗磚墻等“鄉土”材料為首選（圖12～17）。材料是最基礎的建筑構造單元，它們或依靠自身的材質特性（如窯洞建筑對黃土熱工特性的利用）、或以一定的組合方式（如采用空心砌法的磚墻，以構造形成空氣夾層提高墻體的熱工性能）滿足室內熱環境的調節需求。

圖8 湘西鳳凰吊腳樓

圖9 開平碉樓架空廊

圖10 廣州陳家祠建筑外廊

圖11 貴州凱里架空谷倉

圖12 陜西達子梁石板房

圖13 泉州古厝瓦屋面、紅磚墻

圖14 平潭石頭厝

圖15 威海東楮島海草房

圖16 空心斗磚墻、空心斗子墻

2.4.2 通風格墻與分離屋蓋

閩東南地區夏季濕熱，無需考慮冬季保溫，因此通風除濕是需要應對的主要氣候問題?！罢睢保ńㄖ_間通常約4m，進深則在在20m以上）的“手巾寮”，是福建泉州的一種傳統沿街式民居，除設置敞廳、天井、陽臺等多處開口部位外，建筑內部以竹質漏空隔扇門成組排列組成“通風格墻”，同時，室內墻體又以竹蔑窗將屋蓋和墻體虛接起來，形成不到頂的“梳窗子”形式?！敖椤弊中偷慕ㄖ拭婕岸嗫?、虛接的構造特性，既可有效地通風除濕，又兼具有藝術表現力，形成特有的地域風格特征（邱文明，2005）。

2.4.3 開閉式天井

院落通常指露天的室外活動場所，天井雖與之圖形同構、功能類似，但卻往往被視作室內空間的延續。我國的長江中下游地區處于副熱帶季風氣候區，氣候濕熱且高溫期長，天井在各地民居中的運用較為普遍，江西部分地區的傳統民居采用了開閉式天井的做法。開閉式天井由廂房檐口下的導木、活動頂棚（兩側木構架下裝設活動滑輪）及天井面板（防水性能好的油紙、竹席等）構成，通過活動頂棚在導木上的移動實現天井的啟閉。開啟時天井可向陽通風、關閉時可遮陽防曬（圖18），一定程度地改善了普通天井缺乏遮蔽、輻射受熱不均、舒適性差等問題（黃鎮梁，1999）。

2.4.4 系統化的構造緩沖

冷巷指建筑內外的窄巷道，在嶺南、閩南、江浙、皖南等夏熱冬冷地區及部分夏熱冬暖地區具有廣泛的應用，是一種具有降溫效果的典型緩沖空間（圖19）。建筑遮陽是冷巷降溫的首要條件，建筑外部的遮擋或內部屋面與樓板的熱緩沖作用，使位于冷巷的地面輻射得熱量較小，因此地面向空氣及室內的長波輻射也相應減弱。其次，相應地區的傳統建筑多采用生土、石材等重質墻體材料，這些墻體與地面相連，形成溫度更為恒定的蓄冷體(通常指蓄熱系數高的材料，具有溫度改變緩慢，熱穩定性與熱延遲性強的特點)。蓄冷體白天吸收空氣熱量，通過熱轉移實現建筑降溫，夜間則通過自然通風散熱，積蓄冷量以供白天使用，晝夜重復、周而復始。集建筑遮陽、重質材料蓄冷及夜間通風散熱為一體的系統化構造技術應用，是冷巷降溫、調溫的基本原理（陳曉揚 等，2013）

圖17 永昌莊寨瓦土墻

2.5 地下空間利用

穴居是人類最早利用地下空間作為庇護場所，緩解和抵御外界不利因素的居住方式。窯洞建筑充分利用了地下黃土恒溫、恒濕、絕熱性好及開挖靈活等特性（圖20），是我國原始穴居的成熟形態（王其鈞，2010），其材料選用、建造方式及形式語言，均呈現出鮮明的“緩沖”特征。沿溝靠崖窯選址于天然沖溝的兩側坡壁之上，雖然沒有地面靠崖窯的前部開闊空間，卻因溝壁的遮擋，更加有利于減弱太陽輻射強度及遮蔽風沙，局部的小氣候因而更加穩定和可控（圖21）。下沉式窯洞將居室置于窯體當中，既保證主要生活空間的熱舒適性，又通過下沉院落，發揮“院”的氣候調節優勢，同時與出入口、通風口、滲井等輔助空間和構造措施，共同形成完整的地下緩沖系統（圖22、23）。

圖18 開閉式天井示意

圖19 冷巷降溫原理示意

圖20 下沉窯剖面示意

3 傳統建筑緩沖空間熱舒適實證

研究表明，“緩沖空間”的存在能夠緩解、調和人與自然的關系，改善建筑微氣候環境，提升建筑的熱舒適性。本文選取南京地區（夏熱冬冷代表城市，需兼顧夏季隔熱與冬季保溫）5處傳統建筑的典型緩沖空間（甘熙宅邸某配房門斗；箍桶巷128號門廳；凈水寺女水房通道；朝天宮檐廊；愚園某背弄，圖24）為實證對象，通過現場實測、調研及計算，驗證緩沖空間對熱調控的積極影響。具體方法為：先對各選點室外平均空氣溫度（℃）、室內平均輻射溫度（℃）、黑球溫度（℃）、相對濕度（%）及空氣流速（m/s）等基礎數據進行實測，再計算相應的溫度參數，最后與現場調研數據（共計503人次受訪，反饋有效問卷442份）進行比對分析（根據受訪人群的性別、年齡、居住地、職業、文化程度構成，及相應的熱感覺反饋數據），相關指標匯總如表1。

由5處建筑相關調研數據分析可知：

圖21 山西平陸地坑院

圖22 河南三門峽地坑院

圖23 沿溝靠崖窯剖面示意

圖28 南京地區5處傳統建筑的典型緩沖空間

表5 生態系統服務重要性等級面積比例

（1）地區氣候差異及季節時間變化、對環境的控制能力、熱期望、個體耐受力（與性別、年齡、居住地、職業、受教育程度、熱歷史等相關）等是適宜熱舒適溫度的影響因素。采用實測調研分析法，對傳統建筑緩沖空間進行熱舒適性分析有效可行。

（2）男姓受訪者、高（低）齡人群、高知人群、原住地為大城市人群，夏季熱期望更低，冬季熱期望值更高。65歲～71歲年齡段人群呈兩極趨向分布：體弱者對熱舒適的要求較高，而原住地為大城市，有農村生活經歷的受訪對象，及原住地為中小城市（鎮）的相應人群，對熱舒適的要求則相對較低；女性受訪者、20～50歲年齡段人群、文化水平偏低人群、原住地為中、小城市（鎮）人群，夏季熱期望相對較高，冬季熱期望值相對偏低。

（3）由典型季節的調節溫差值（夏季：4.6～5.8℃，冬季：0.4～1.1℃）可知，該地區傳統建筑中的緩沖空間對夏季建筑熱環境的調節與控制作用更優于冬季。

（4）使用者更傾向于在具有緩沖空間的環境活動，5處選點的可接受熱舒適溫度范圍較為寬泛（約10.9～29.9℃），說明緩沖空間的存在，使用者具有更高的接受度與相對降低的熱舒適性期望。

4 結論

傳統建筑緩沖空間凝聚著人們千百年來的生存智慧，具有文化心理、空間藝術及性能改善等多重意義，緩沖空間所蘊含的樸素生態思想、采用的構造措施及技術經驗，值得被重新審視、轉化和繼承發展；傳統建筑中的緩沖空間主要包括：界面緩沖空間、內部緩沖空間、構造緩沖空間及地下緩沖空間4類。通過傳統建筑緩沖空間熱調控原理分析，及南京地區5處傳統建筑典型緩沖空間的實測發現：相對建筑其他區域，具備緩沖空間的建筑部位，通常具有更為舒適的熱環境與接受度。緩沖空間對延續使用者熱適應性、提高環境熱舒適性、實現建筑熱調控及熱環境品質改善等具有積極作用，對當代建筑設計理論與方法創新具有重要啟示。

注釋

① 圖1～5，圖20～23，來源：王其鈞，2015；圖6，來源：王其鈞，2010；圖9、11，來源：中國鄉土建筑初探；圖6～8，圖12～17，圖21、22，來源：網絡；圖18，來源：黃鎮梁，1999；圖19，來源：陳曉揚，2013。