基于热舒适性改善的传统建筑缓冲空间设计方法借鉴

肖冰 洪小春/Xiao Bing，Hong Xiaochun

引言

建筑存在的首要意义，在于其能够有效抵御和缓解外部气候的影响，为人们提供稳定、舒适的“内部空间”。建筑系统对外界不利气候因素（高温、低温、噪声、辐射、污染等）的过渡、调和或缓解作用称为“缓冲”，具备这种特性的空间称为“缓冲空间”。“天人合一”是发端于中国农耕文明的本源性概念，体现了中国古人追求与自然和谐相处的思想，与之相承一脉的宇宙观、自然观及生态观，深刻地影响着人们的意识形态、伦理规范、文学艺术及建筑营造。中国传统建筑中因势利导的巧思及智慧，是当代建筑可持续发展的动力与源泉。

1 传统建筑缓冲空间类型

“天人合一”思想使中国古人在面对气候因素的不利影响时，通常采取过渡、缓冲的“柔性”方式，充分体现出与自然环境融合共生的期愿，这与现代欧美国家将建筑内外“绝对”隔离，以高能耗换取室内高品质的做法很不相同。综合以往学者的研究，根据缓冲空间所处的建筑部位，将其分为：界面缓冲空间（门斗、门厅、檐廊、骑楼等入口空间）、内部缓冲空间（过厅、中庭、连廊、敞厅、暖阁等）、构造缓冲空间（冷巷系统、内外墙构造、屋盖构造、门窗构造、吊顶构造等）及地下缓冲空间（窑洞、宗教建筑及地下仓储、水利、人防等功能空间）。限于篇幅，本文试以院落、建筑入口、架空空间、典型材料与构造及地下空间应用等实例，对传统建筑中的典型缓冲空间进行分析。

2 传统建筑缓冲方法分析

2.1 院与入口的结合

“院”是中国古人的生活中心，是传统建筑的最基本符码，小如寻常民居、大至宫廷祭坛、园林寺庙，“院”的基因无处不在。“院”是精神的，也是物质的，“院”是一个场所，也是宇宙哲学、人伦礼仪、规矩方圆和天人合一的物质呈现。通过界面的围合启闭及视线的渗透融合，“院”成为具有缓冲性质的第三空间，原本二元对立的元素于此得以调和共存；入口代表着建筑的地位和等级，同时兼具遮风避雨、交流休憩、亲近自然的过渡功能。传统建筑的入口形式丰富多样，且多与“院”紧密关联，是进入建筑内部最为必须和常见的缓冲空间。以“院”为核、以入口为“闸”，实现对外部气候要素的吐纳与调节，是传统建筑生态气候系统的最基本形式。

限于古代宗法伦理及风水禁忌，传统建筑的规模、等级与布局方式均不可随心所欲。中轴统领、左右对称、前后分明、型制完备，是北京四合院的典型特点（图1）。因需分“内外”（秦红岭，2006），所以（院）有前后，前、后院与偏于一隅的入口组合，共同构成建筑的热环境调节系统（图7）。“氛围”一词的物质基础即是“气场”，说明“气”可以“围”起来，也可以“分”出去。“闸”（建筑门窗、尺度较小的前院等）的启闭，使气流在单向流场与多向流场之间转变，通风过程也会随之加速或减缓，进而实现“气场”的可聚可散、可变可调（图2）；有别于北京四合院的方正主院，山西太原、榆次地区的典型民居院落呈纵向的狭长形态（图4），也无类似北京四合院附属院落的横向空间（王其钧，2015），其建筑入口通常以内部山墙、周边院墙及其它建筑实体围和形成，简单有效地解决了视线遮挡与遮风保暖等问题。无独有偶，西南地区的汉风坊院虽然相距千里，入口的处理方式却极为相似（图3）；对比官式建筑和官话区民居建筑，部分少数民族地区及方言区建筑，对秩序、规模、型制、选材等的思考，则多以实用主义的原则出发，如西南纳西族的主、副院民居（图5；王其钧，2015），采用在主院（四合五天井式）之侧另设横向副院（三坊一照壁式）的布局方式，以同一建筑入口将主院、副院紧密联系起来，横向开式的“院落－入口”组合具备更多的调节方向和调节容度，能够为建筑系统提供更为稳定、舒适的热环境，是民间实用主义智慧的集中体现。

图1 北京四合院①

图2 白族民居

图3 西南汉风坊院

图4 晋中民居

2.2 架空空间使用

架空是取消底部的围合限定，将主要功能置于二层之上的建筑布局（图6），是一种与生活方式密切相关的空间类型（高阳，2010）。屋盖出挑、柱承檐檩的外廊空间是最为常见的架空形态，被普遍应用于传统建筑当中。在我国炎热潮湿的南方地区，贵州半边楼、重庆吊脚楼、湘西土家斜撑干栏及广州骑楼（图8～11）等，则以架空为主要空间意向，形成了特征鲜明的地域建筑风格。除去满足功能、获得日照、避免水患等作用，架空空间尤其有利于建筑相时、相地的巧妙布局，在保护场址地形地貌及生态环境的同时，还可以局部消除基地内的回流和涡流，部分改善风环境，有效缓解湿热气候对人体的伤害，提高建筑的热舒适性。

图5 纳西民居主副院

图6 干栏式建筑

图7 北京四合院游廊

2.3 内部缓冲

吐鲁番地属典型的大陆性干旱荒漠气候区，当地民居分设“冬屋”和“夏房”，以应对气温高、辐射强、温差大、降水少、风沙猛烈的气候特点。冬季，入口是建筑保暖、防风的前置过渡区、火炕是居民的生活中心。火炕连灶、火墙（火炉）直接辐射加热空气，厨房生活水蒸气调节湿度共同构成“冬屋”系统；夏日，“冬屋”中的炕-灶-烟囱又成为天然的空调系统，热压差下的烟囱效应不断驱动室内空气冷却流动，再辅以半地下及室外棚架（葡萄架）空间，形成了建筑的“夏房”。分设“冬屋”与“夏房”，是综合运用墙地蓄热、自然通风及直接（间接）蒸发冷却等适宜技术进行热控制与热调节的实例，有效地解决了该地区夏季防热和冬季采暖问题（葛翠玉 等，2013）。

2.4 构造缓冲

我国幅员辽阔、地域广袤、气候条件差异大，因地制宜的选址、选材与建造，使各地传统建筑呈现出鲜明的地域特征与形态面貌，同时留下了蕴含朴素生态思想及节能理念的构造方法。

2.4.1 适宜材料的选用

围护结构是外部气候因子进入建筑的首道屏障，对室内热环境起着至关重要的作用。围护结构的材料选用通常以易于获取、坚固耐用、性能良好为原则，因而各地传统民居建造时，常常以生土、夯土、草石、砖瓦、空斗砖墙等“乡土”材料为首选（图12～17）。材料是最基础的建筑构造单元，它们或依靠自身的材质特性（如窑洞建筑对黄土热工特性的利用）、或以一定的组合方式（如采用空心砌法的砖墙，以构造形成空气夹层提高墙体的热工性能）满足室内热环境的调节需求。

图8 湘西凤凰吊脚楼

图9 开平碉楼架空廊

图10 广州陈家祠建筑外廊

图11 贵州凯里架空谷仓

图12 陕西达子梁石板房

图13 泉州古厝瓦屋面、红砖墙

图14 平潭石头厝

图15 威海东楮岛海草房

图16 空心斗砖墙、空心斗子墙

2.4.2 通风格墙与分离屋盖

闽东南地区夏季湿热，无需考虑冬季保温，因此通风除湿是需要应对的主要气候问题。“窄而深”（建筑开间通常约4m，进深则在在20m以上）的“手巾寮”，是福建泉州的一种传统沿街式民居，除设置敞厅、天井、阳台等多处开口部位外，建筑内部以竹质漏空隔扇门成组排列组成“通风格墙”，同时，室内墙体又以竹蔑窗将屋盖和墙体虚接起来，形成不到顶的“梳窗子”形式。“介”字型的建筑剖面及多孔、虚接的构造特性，既可有效地通风除湿，又兼具有艺术表现力，形成特有的地域风格特征（邱文明，2005）。

2.4.3 开闭式天井

院落通常指露天的室外活动场所，天井虽与之图形同构、功能类似，但却往往被视作室内空间的延续。我国的长江中下游地区处于副热带季风气候区，气候湿热且高温期长，天井在各地民居中的运用较为普遍，江西部分地区的传统民居采用了开闭式天井的做法。开闭式天井由厢房檐口下的导木、活动顶棚（两侧木构架下装设活动滑轮）及天井面板（防水性能好的油纸、竹席等）构成，通过活动顶棚在导木上的移动实现天井的启闭。开启时天井可向阳通风、关闭时可遮阳防晒（图18），一定程度地改善了普通天井缺乏遮蔽、辐射受热不均、舒适性差等问题（黄镇梁，1999）。

2.4.4 系统化的构造缓冲

冷巷指建筑内外的窄巷道，在岭南、闽南、江浙、皖南等夏热冬冷地区及部分夏热冬暖地区具有广泛的应用，是一种具有降温效果的典型缓冲空间（图19）。建筑遮阳是冷巷降温的首要条件，建筑外部的遮挡或内部屋面与楼板的热缓冲作用，使位于冷巷的地面辐射得热量较小，因此地面向空气及室内的长波辐射也相应减弱。其次，相应地区的传统建筑多采用生土、石材等重质墙体材料，这些墙体与地面相连，形成温度更为恒定的蓄冷体(通常指蓄热系数高的材料，具有温度改变缓慢，热稳定性与热延迟性强的特点)。蓄冷体白天吸收空气热量，通过热转移实现建筑降温，夜间则通过自然通风散热，积蓄冷量以供白天使用，昼夜重复、周而复始。集建筑遮阳、重质材料蓄冷及夜间通风散热为一体的系统化构造技术应用，是冷巷降温、调温的基本原理（陈晓扬 等，2013）

图17 永昌庄寨瓦土墙

2.5 地下空间利用

穴居是人类最早利用地下空间作为庇护场所，缓解和抵御外界不利因素的居住方式。窑洞建筑充分利用了地下黄土恒温、恒湿、绝热性好及开挖灵活等特性（图20），是我国原始穴居的成熟形态（王其钧，2010），其材料选用、建造方式及形式语言，均呈现出鲜明的“缓冲”特征。沿沟靠崖窑选址于天然冲沟的两侧坡壁之上，虽然没有地面靠崖窑的前部开阔空间，却因沟壁的遮挡，更加有利于减弱太阳辐射强度及遮蔽风沙，局部的小气候因而更加稳定和可控（图21）。下沉式窑洞将居室置于窑体当中，既保证主要生活空间的热舒适性，又通过下沉院落，发挥“院”的气候调节优势，同时与出入口、通风口、渗井等辅助空间和构造措施，共同形成完整的地下缓冲系统（图22、23）。

图18 开闭式天井示意

图19 冷巷降温原理示意

图20 下沉窑剖面示意

3 传统建筑缓冲空间热舒适实证

研究表明，“缓冲空间”的存在能够缓解、调和人与自然的关系，改善建筑微气候环境，提升建筑的热舒适性。本文选取南京地区（夏热冬冷代表城市，需兼顾夏季隔热与冬季保温）5处传统建筑的典型缓冲空间（甘熙宅邸某配房门斗；箍桶巷128号门厅；净水寺女水房通道；朝天宫檐廊；愚园某背弄，图24）为实证对象，通过现场实测、调研及计算，验证缓冲空间对热调控的积极影响。具体方法为：先对各选点室外平均空气温度（℃）、室内平均辐射温度（℃）、黑球温度（℃）、相对湿度（%）及空气流速（m/s）等基础数据进行实测，再计算相应的温度参数，最后与现场调研数据（共计503人次受访，反馈有效问卷442份）进行比对分析（根据受访人群的性别、年龄、居住地、职业、文化程度构成，及相应的热感觉反馈数据），相关指标汇总如表1。

由5处建筑相关调研数据分析可知：

图21 山西平陆地坑院

图22 河南三门峡地坑院

图23 沿沟靠崖窑剖面示意

图28 南京地区5处传统建筑的典型缓冲空间

表5 生态系统服务重要性等级面积比例

（1）地区气候差异及季节时间变化、对环境的控制能力、热期望、个体耐受力（与性别、年龄、居住地、职业、受教育程度、热历史等相关）等是适宜热舒适温度的影响因素。采用实测调研分析法，对传统建筑缓冲空间进行热舒适性分析有效可行。

（2）男姓受访者、高（低）龄人群、高知人群、原住地为大城市人群，夏季热期望更低，冬季热期望值更高。65岁～71岁年龄段人群呈两极趋向分布：体弱者对热舒适的要求较高，而原住地为大城市，有农村生活经历的受访对象，及原住地为中小城市（镇）的相应人群，对热舒适的要求则相对较低；女性受访者、20～50岁年龄段人群、文化水平偏低人群、原住地为中、小城市（镇）人群，夏季热期望相对较高，冬季热期望值相对偏低。

（3）由典型季节的调节温差值（夏季：4.6～5.8℃，冬季：0.4～1.1℃）可知，该地区传统建筑中的缓冲空间对夏季建筑热环境的调节与控制作用更优于冬季。

（4）使用者更倾向于在具有缓冲空间的环境活动，5处选点的可接受热舒适温度范围较为宽泛（约10.9～29.9℃），说明缓冲空间的存在，使用者具有更高的接受度与相对降低的热舒适性期望。

4 结论

传统建筑缓冲空间凝聚着人们千百年来的生存智慧，具有文化心理、空间艺术及性能改善等多重意义，缓冲空间所蕴含的朴素生态思想、采用的构造措施及技术经验，值得被重新审视、转化和继承发展；传统建筑中的缓冲空间主要包括：界面缓冲空间、内部缓冲空间、构造缓冲空间及地下缓冲空间4类。通过传统建筑缓冲空间热调控原理分析，及南京地区5处传统建筑典型缓冲空间的实测发现：相对建筑其他区域，具备缓冲空间的建筑部位，通常具有更为舒适的热环境与接受度。缓冲空间对延续使用者热适应性、提高环境热舒适性、实现建筑热调控及热环境品质改善等具有积极作用，对当代建筑设计理论与方法创新具有重要启示。

注释

① 图1～5，图20～23，来源：王其钧，2015；图6，来源：王其钧，2010；图9、11，来源：中国乡土建筑初探；图6～8，图12～17，图21、22，来源：网络；图18，来源：黄镇梁，1999；图19，来源：陈晓扬，2013。