豫中方顶村建筑节能技术萃取策略

◎张世浩，张栩冉

（郑州大学建筑学院　河南　郑州　450000）

豫中方顶村建筑节能技术萃取策略

◎张世浩，张栩冉

（郑州大学建筑学院河南郑州450000）

中国国内掀起了一场绿色建筑革命，本文希望以传统建筑为突破口分析区域性建筑技术。文章浅析豫中方顶村村落的布局、道路规划以及景观现状，分析现有村落与环境之间的关系，萃取出院落间的空间设计手法与单体建筑的结点构造方式，并提出节能技术萃取策略。

方顶村；传统民居；节能技术；因地制宜；萃取策略

如今国内掀起了一股绿色建筑的潮流，各地相继建成一系列具有示范作用的绿色建筑，同时也涌现出很多新的建筑技术。由于绿色建筑技术的研究与实践的高成本，绿色建筑在我国还一直处于初步的实验性发展阶段。与此同时，绿色建筑研究人员却忽视了我国传统建筑中的一些优良特点和技术手段，而恰恰是这些特点和技术手段，能够较好地满足特定环境下的建筑要求，因为这些特定的建筑技术是一个地域的人们千百年来总结出来的经验，这些经验对绿色建筑研究或者是区域性绿色建筑技术研究都有一定的借鉴意义。我们以河南省郑州市方顶村为案例，分析豫中传统建筑的一些体现绿色建筑理论的经验与技术，发掘中国传统建筑中的绿色节能技术，并让新科技、新手段赋予这些古老技法新光彩。

方顶村位于郑州市上街区峡窝镇西南部，是一处保存相对完整的中原明清建筑群落。该古村落建筑群保留有黄土高原特有的窑洞、中原地区传统的房屋、独特的单面坡顶房等。

1　方顶村规划的节能技术

1.1选址布局

1.1.1地形地貌

方顶村地处丘陵地带，依山就势，围聚了村落，构筑了村民生活、劳作、交往的社群聚落，民居体现出人与自然的和谐统一。村落选址北高南低（地势见图1），可有效的引导夏季风向，抵御冬季风的影响。这种居住的观念也逐渐形成了豫中方顶村的基本格局：“坐北朝南，背山面水，负阴抱阳”。

图1　方顶村地势图

1.1.2气候条件

受地理位置的影响，方顶村气候四季分明，冬季寒冷雨雪少，春季干旱风沙大，夏季炎热雨水丰沛，秋季晴朗日照充足。由于光照条件好，方顶村的建筑物充分考虑到夏季遮阳问题，以避免光照过强使室内温度升高过快；为适应该地区夏季盛行的东南风，多数建筑坐北朝南，利用南向风压增强室内通风能力，结合地形特征，在迎风坡面由于地势的上升，风速会增加，更加有利于通风降温。

1.2道路规划布局

方顶村的道路等级比较低，属于县镇小路等级，其主干道呈东西方向布置，是古代洛阳往郑州、开封去的古官道，贯通整个村落。还有另外一条通往荥阳郑州的古商道、一条往北通往汜水及黄河以北的商道，方顶村正位于3条古道的交错处，村落被3条古道分成顶门、底沟、程湾三个部分，三个部分的结合点则成为两个大的村落结点（见图2）。

图2　村落肌理示意图

1.3绿化布局

方顶村绿化布局可分为以下几种：庭院绿化、宅旁绿化、街巷绿化、道路绿化、村内集中公共绿地。

1.3.1庭院绿化

方顶村多数民居庭院绿化与生活紧密相关。植物类型主要是高大的乔木，为当地居民在夏日提供遮蔽。也有少量果蔬类植物，但是这些植物并不作为大规模种植的生产性作物来种植，主要起装饰点缀效果。图3所示。

图3　庭院绿化图

1.3.2宅旁绿化

方顶村宅旁的绿色手段主要体现在两个方面。一是院落两侧遮荫的乔木（图4），可以形成一个临时性的开敞空间，为邻里的交流提供一个空间。二是依丘陵而建的山坡绿化（图5）。古村落的部分宅院依丘陵山坡而建，窑洞背靠山坡，因此依山势自然生长着一些松柏类的植物，为山坡的防风固沙，防止滑坡、保护宅院起到一定作用。

图4　宅旁绿化图

图5　宅旁绿化图

1.3.3街巷绿化

村落街巷是联系村落各部分的网络，是整个村落的骨架，而街巷绿化则是自然景观和人文景观的复合体。通过古村落的街巷绿化，我们可以看到这个村子的历史变迁，尤其是处于交通节点的百年古树，是村子绿化中的关键点。（图6）

图6　街巷绿化图

1.3.4道路绿化

方顶村自古就是“三条古道穿村过”的交错处，虽然古时的繁华景象一去不复返，但古道两侧郁郁葱葱的各种植被高低错落，生机勃勃。（图7）

图7　道路绿化

1.3.5公共绿化

村落公共绿化是指以栽种植物来保持和改善村镇生态环境为目的的活动，包括农村绿地的建设以及原有植被的维护工作。方顶村公共绿地的现状是公共场地中缺乏公共绿化，仅存在随机性的自然绿化。这与古村落逐渐走向没落有很大关系。

2　方顶村建筑的节能技术

2.1院落的组团布局

2.1.1院落布局与地势的关系

方顶村民居多以靠崖窑为主，靠崖窑无法摆脱黄土崖壁的束缚，故选址深受自然条件的局限。首先，平民阶层只能随形就势，将住宅修建在山坡两侧。其次，院落的分布还与当地气候密切相关。方顶村冬季盛行西北风，气候相对寒冷，靠崖窑达到保温取暖的条件是有限的。因此人们就力求通过选址来争取日照、躲避寒风。由于村内“沟壑”多为东西走向，因此靠崖窑形式的院落多集中在避风效果较好的北向山坡，极个别院落由于地势原因集中在西侧的山坡。

2.1.2院落布局与里巷的关系

方顶村多数里巷垂直于主街而建，巷门临街开启的院墙往往成为巷与巷的分隔标志，此与建筑环境中坐北朝南的理念相呼应。在西侧山地地区，院落受地形影响较大，将坐北朝南的合院逆时针旋转九十度，形成了东西朝向的里巷关系。（图8）

图8　里巷关系图

方顶村的院落布局受地形影响，住宅依坡而建，形成高低错落的景观，轮廓变化丰富、立体，前排住户的上房窑洞顶可以成为后排住户的院落或前院空间，自然倾斜的地势造就了街道空间的立体格局，形成了多维的街道景观，体现了人与自然的和谐。

2.2单体院落布局

2.2.1建筑的空间格局

方顶村民居大多为合院，层数多为一层（有些上房会有两层），沿街道延伸开来。布局自由、紧凑，平面布置对称，沿轴线或纵向发展，以中庭为单元组成全户活动中心。

平面形式主要分为四合院和三合院两种，以四合院布局为大宗（图9）。整座院落坐北朝南，主要由上房、东西厦子、临街房组成。上房为窑洞，因靠崖凿土为窑，这种窑洞也称为“靠崖窑”。东西厦子为单坡顶，坡向内院，临街房作为整座院落的主要出入口（图10）。三合院的布局形式与四合院基本相同，区别在于三合院不建临街房。从室内环境的角度分析，由于郑州冬季风盛行，当地居民为了缓解冬季的寒冷，靠崖窑修建在山坡上，背靠山，面朝开阔地带，利用地热，使冬季窑洞内较为温暖；在夏季，崖窑内较为凉爽，冬暖夏凉，形成了良好的室内物理环境。同时，这种窑洞由于有层层黄土包裹，而黄土的热工性能在通常情况下较为稳定，所以洞内温度受外界气温影响较小，非常适合人类居住。

图9　院落实景图

图10　院落平面布局图

2.2.2合院的空间

合院空间的形成虽然与文化相关联，但是也与当地的气候环境息息相关。在南方，合院会变形为天井，将四周的房屋连结在一起，中间围合而成，这与南方湿热多雨的环境密切有关。而在郑州地区，干旱少雨，冬季寒冷，所以南方的天井不适宜当地的环境，于是便产生了四合院形式的院落布局形式。

四合院的产生，使得室内物理环境得到显著的改善。首先，由于合院在院落各房间之间形成一个缓冲空间，使得阳光能够直接入射到建筑内，有效的增加了室内采光。其次，合院在各房间之间预留了较大的空间，使得地面与屋面间温差较低，减少了烟囱效应，降低冬季风对民居室内物理环境的影响。

另外，合院还有聚集雨水的功能。屋檐下设置有水缸等集水装置，在干燥的季节调节湿润度，在郑州这种干旱少雨地区尤为适用。（图11）

图11　合院的采光与集水图

2.2.3正房（靠崖窑）采光

大部分的靠崖窑增加了“梁担”，用木梁支撑窑顶的土层，增加结构的稳定性与坚固性。梁头隐在窑内的一段砖拱内，为窑洞增加高窗提供了空间，此举不仅改善了室内采光照明，也增加了装饰面积。（图12）

图12　靠崖窑梁担结构及高窗采光图

2.3建筑结点构造方式

2.3.1墙体构造方式

方顶村传统民居的墙体为三层空心砖墙（图13），内外两层沿丁向各砌有一层砖，中间填充有松散草土、碎石、植物枝杈等材质（图14）。因此，传统古民居的墙体导热系数较小，保温性能良好，同时又可以就地取材，重复利用废弃的砖块儿、泥土等，符合舒适、环保、节能的绿色建筑设计理念。这样的“三明治”夹心保温墙构造形式，几乎就是今天夹心保温墙的雏形。正是有了这样的保温措施，才能够保证传统建筑具有较为舒适的室内热环境。建筑物的下部墙体大多采用当地常见的红石砌筑，这样既可以防潮、加固了墙体，又彰显了古民居的地方特色。

图13　墙剖面图

图14　剖面图

2.3.2门窗洞口构造方式

方顶村古民居的门窗过梁大多为木材料，木过梁的宽度大约有两皮砖的宽度，其构造方式是镶嵌在窗洞口的上方，支撑窗洞口上部的荷载，同时木过梁正上方有大约相等宽度的压顶构造作为固定。木梁具有良好的热工性能。该地区夏热冬冷，在门窗洞口的构造中使用热工性能良好的木梁，在冬季可以减少室内热量的散失。（图15、16）作为上房的窑洞建筑则采用砖发劵的方式作为建筑的承重结构，既结实耐用，又能充分节省结构层所占空间，腾出更多的空间为人所使用。这也是此处建筑的一大特色。

图15　窗户照片图

图16　窗剖面图

2.3.3屋面构造方式

屋顶作为建筑物的顶层，是建筑物与外界接触的界面中受到太阳辐射热最严重的界面，其构造措施应该具有良好的隔热性能和排水防水性能。

方顶村建筑的屋顶一般采用瓦面坡屋顶，雨水顺着坡屋顶排入庭院中，进行收集回收再次利用。其屋顶的构造层次从下往上依次为结构层（檩条）、找平层、防水层（防水材料）、面层（青瓦）。传统建筑的青瓦屋顶具有良好的防止太阳辐射的作用，可以使屋顶保持良好的隔热性能。（图17、18）。

图17　屋顶构造图

图18　方顶村建筑屋顶图

2.3.4山墙通风口构造方式

方顶村民居的东厢房一般是作为厨房使用的，许多厢房背面山墙的顶部会留有一个小小的洞口（图19）作为通风使用。该洞口在室内中所处位置位于屋顶下方，与现代建筑的厨房中排风扇所处的位置相似，其功能是将室内废气排出建筑外部，可以说是现代建筑中机械排风扇的雏形。

图19　山墙通风口图

2.4建筑材料的选取

2.4.1结构材料

方顶村的建筑结构中使用材料多为传统的砖材和木材，外墙的使用材料多为砖材，作为竖向承重材料，屋顶的骨架使用木檩条，承受屋面维护材料的荷载。

砖材作为块状的砌体材料，具有强度高、耐火性能好、构造灵活、结构稳定等各种各样的优点。方顶村房屋的两皮砖墙与中心保温材料所形成的传统的夹心保温墙，这种构造方式体现了方顶村传统居民的聪明才智。砖材的制造也可就地取材，制作方便。传统的砌体材料作为结构承重材料显然已经不适合当今社会的需求了，但是作为围护材料而言，其构造方式和就地取材的理念对于现代房屋的建造而言，还是具有很强的指导意义和现实价值的。

木材是中国传统的屋面承重材料，不仅在方顶村中，几乎全国各地的传统民居都会使用木檩条作为屋面的支撑材料。木檩条作为传统的屋面支撑结构已经渐渐地退出了历史舞台，但是木材在室内装饰行业仍然占据着举足轻重的位置。

2.4.2维护材料

方顶村传统建筑中的维护材料多为土坯抹面、树枝枯草填充夹心墙、门窗洞口的木结构过梁、木质门窗和瓦屋面。其维护材料有一个共同的特点就是遵循就地取材的原则，这种就地取材的建造手法还是很值得当今社会借鉴和使用的。

3　结语

我国建筑产业发展速度越来越快，国家对于绿色建筑技术与绿色建筑构造的研究进入到了一个新的阶段。如果我们能够去研究一些特定区域的古建筑，就会发现前人千百年来的建筑经验，能够为我们的绿色建筑研究提供很大的参考。

［1］谢浩.从黄土高原窑洞到现代掩土建筑［J］.混凝土世界，2009：74-78.

［2］AK UBUE JIDEOFOR ANSELM.Passive annual heat storage principles in earth sheltered housing，asupplementaryenergysavingsystemin residential housing［J］.Energy and Buildings，2008，40（7）：1214-1219.

［3］王立昕.旧瓶装新酒：浅谈掩土建筑的复兴［J］.建筑创作，2004：28-33.

［4］GB/T50378—2006绿色建筑评价标准［S］.北京：中国建筑工业出版社，2006.

［5］唐丽，丰莎.郑州方顶村传统民居空间形态分析［J］.华中建筑，2015（07）.

［6］YAN D，SONG F T，YANG X D，eta.An integrated modeling tool for simultaneous analysis of thermal performance and indoor air quality in buildings［J］.Building and Environment，2008，43（3）：287-293.

GreenDesignMethodfortheConstructionofHenan'sConventionalVillage

Zhang Shihao，Zhang Xuran
（Zhengzhou University，Zhengzhou 450000，China）

Nowadays，China has set off a green building trend，in terms of the high-cost of green building technology research and practice，so the development of the green building in China is still in a starting stage.This essay makes the Henan's village of traditional architecture as the breakthrough point，though the analysis about the ancient village of layout，road planning and greening actuality of，to found that the relationship betweenancientvillageandtheenvironment，andfinallyfindoutthespacedesign techniques and distinct building structure and energy saving technology strategy.

FangdingCounty；ConventionalVillage；EnergySavingTechnology；Adaptation of Local Conditions；Extractt

TU201.7

2015-10-31

张世浩（1993-），男，专业方向为建筑学。张栩冉（1993-），女，专业方向为建筑学。