故宫里的古代供暖系统

周乾，力学博士，最后跑去故宫爬屋顶，对成百的建筑从学术视角进行过“显微镜下的观察”。故宫拥有数量庞大的宫殿建筑群，是印证我国古代建筑技艺、宫廷历史文化的宝贵实物，这可把这位故宫博物院的研究员给高兴坏了。

编者按：

本专栏将由故宫博物馆以“故宫建筑与宫廷生活”为主题，十五期连载，契合时令，对以下内容分别解读：故宫里的古代供暖系统、故宫冬至日“点亮金匾”的古代智慧、清代皇家“冬运会”、紫禁城皇帝的新年家宴、明清皇家“烟花秀”、紫禁城皇帝爱喝什么茶、紫禁城皇帝愛喝什么酒、明清宫廷娱乐之“秋千”、故宫古建筑的防火方法、故宫古建筑的防震智慧、故宫里的端午宫俗、故宫里的古代冰箱、故宫古代排水系统、故宫古代皇家学校、明清皇家祭月与赏月。

位于北京市中心的故宫又名紫禁城，在明清时期是帝王执政和生活的场所。故宫不仅拥有辉煌壮丽的古代宫殿建筑群，而且包含了诸多的古代宫廷生活智慧，供暖就是其中的典型代表。

北京在明清时期处于我国历史上第四个寒冷期，为“明清小冰期”，一年中约150天属于冬天，最冷时气温可达零下30摄氏度。即使在极其寒冷的时期，故宫的古建筑的室内也是很温暖的，因为其有地下供暖系统。明朝太监刘若愚著《酌中志》卷二十“饮食好尚纪略”载：“十月……是时夜已渐长，内臣始烧地炕。”可说明紫禁城在明朝时期已有地暖。据清末民初徐珂编撰的《清稗类钞》记载：“每年十一月初一日，宫中开始烧暖炕，设围炉，旧谓之开炉节。”在这里，“开炉”即开始使用炉火之意。开炉节揭开了宫中御冬消寒的序幕。与现代人冬季采用的水地暖（在地板下埋设水管，以热水为热媒，在水管内循环流动，加热地板）或电地暖（在地板下埋设电缆或电热膜，使之加热地板）方式不同，明清时紫禁城采取的地暖为烧火供暖，俗称“火地”或“暖地”。火地是故宫古建筑的一种地下供热系统，是皇宫取暖的主要方式。

一、供暖原理

故宫古建筑的火地由位于窗户外面的地下操作口、窗户里面的地下炉腔、室内地面砖下面的火道（热量传输的通道）、室外台基侧面的出烟口组成（图1-图2）。其供热基本原理为：服务人员（一般为太监）站立于操作口内，将木炭置入地下炉腔内燃烧，加热空气；受热后的空气沿着火道路径向四周扩散，其间加热地面砖，利用地砖自身的蓄热和热量向上辐射的规律，使得热量由下至上进行传导，从而保持室内的温暖；散热后的空气温度降低，其夹杂炭火中的少量烟尘从出烟口排出火道。上述原理可包括制热、传热、散热三个过程，以下进行解读。

制热：即烧炭形成热源的过程。太监进入室外操作口（图3），往室内地下的炉腔烧炭。炉腔与操作口之间的位置为送炭口，送炭口由铁箅子及炉门组成。铁箅子用生铁铸造而成，其边框截面尺寸较大，固定在两端的墙上，上部支撑槛窗下面的墙体。铁箅子有利于防止人从操作口钻入室内。炉门关上后，则可防止热源往外扩散。炉腔的上方为铁架子，亦为铸铁制造，主要是为了增加支撑强度，以承担上部地砖传来的重量，并用于承受烧炭产生的高温。操作口在不使用时会被厚木板盖上，可防止小动物钻入，并有利于宫中人员在室外行走。太监站在操作口内，可隔着窗户看见室内，便于与室内使用人员交流，并及时增减炭火，以保证室内温度的适宜。

传热：烧炭产生的热量在地下向室内（图1中编号3→4方向）扩散，该方向的烟道被称为主烟道；这期间又会向两侧（图1中编号4→5及与其平行的方向）扩散，该方向的烟道被称为支烟道。上述主、支烟道的分布方式犹如蜈蚣，因此又被俗称为“蜈蚣道”。需要说明的是，由于热量是由下往上走，因而火源位置位于室内最低点，而主烟道从火源位置向室内延伸时，其高度逐渐增大，剖面呈斜坡上升状。这样一来，热量就可以较为迅速地向远处位置扩散。一般而言，主烟道截面尺寸较大，上面盖地砖一层；支烟道截面尺寸小，上面扣瓦（图4）。为便于热量在地下扩散，主烟道的地砖之上、支烟道的瓦之上再架空铺设地面砖，其架空方式为：在灰土（夯土）之上立多个砖制支墩，地面砖搭在支墩上，面砖之间接缝用灰浆抹严实。

散热：地下热量经过主、支烟道扩散到室内地下的各个位置，然后通过室外台基侧壁的出烟口（图1中编号6和7、图3）排向室外。由于火源产生的绝大部分热量已在室内地下扩散，因而从出烟口排出的热量已经非常少了。需要说明的是，出烟口相当于紫禁城的“烟囱”，这种“烟囱”与普通建筑立在屋顶之上的烟囱不同，它位于室内地面以下，巧妙地通过室外台基将烟雾排出，既不影响建筑整体外观，又能起到良好的排烟效果。这种做法，可以解释“紫禁城的冬天烧炭取暖，但不见一个烟囱”的说法（坤宁宫背立面有一个烟囱，那是萨满教祭祀杀猪煮猪肉排烟的通道，与冬季取暖无关）。此外，为避免小动物从出烟口钻入室内地下，出烟口往往会砌上铜钱纹样的镂空砖雕，达到既实用又美观的效果。

二、供暖效果

尽管冬天室外寒冷，然而紫禁城里的明清帝王感觉非常温暖舒适。明代文人呂毖所撰《明宫史》卷一载有“懋勤殿，天启皇剏造地炕于此，恒临幸之”；卷四载有“（在室内）饱食逸居，无所事事”。上述内容描述了明代帝王冬天喜欢去有火地的室内，且在冬日的夜里，火地提供的热量，使得室内充满着温暖和惬意。清代的乾隆皇帝在《冬夜偶成》一诗中就写道：“人苦冬日短，我爱冬夜长……敲诗不觉冷，漏永夜未央。”由于室内温暖，乾隆帝竟然喜欢漫长的冬夜，并通过赋诗表达愉悦的心情。道光皇帝在《养正书屋全集》中写道：“花砖细布擅奇工，暗热松枝地底烘。静坐只疑春煦青，闭眼常觉体冲融。”他坐在充满暖意的屋内，感受着地底传来的融融暖意，夸赞火地精巧的布局方式、出色的供热效果。金易、沈义羚所撰《宫女谈往录》（北京：紫禁城出版社，1991年），从宫女何荣儿的角度，回顾了晚清时期紫禁城内的历史。其中的“手纸和官房”章节，记载了清代紫禁城建筑的取暖方式：“数千间的房子都没烟囱。宫里怕失火，不烧煤更不许烧劈柴，全部烧炭。宫殿建筑都是悬空的，像现在的楼房有地下室一样。冬天用铁制的辘辘车（铁火车），烧好了的炭，推进地下室取暖，人在屋子里像在暖炕上一样。”这段话不仅印证了紫禁城里的火地供暖方式，亦反映了火地具有很好的供热效果。

三、燃料供应

故宫里的火地供暖所用燃料多用红箩炭，其质地优异，产生热量高、烟雾少，且略带香气。明代宦官刘若愚所撰《酌中志》卷十六《内府衙门识掌》记载了红箩炭的来源：“凡宫中所用红箩炭者，皆易州一带山中硬木烧成，运至红箩厂，按尺寸锯截，编小圆荆筐，用红土刷筐而盛之，故名曰‘红箩炭也。每根长尺许，圆经二三寸不等，气暖而耐久，灰白而不爆。”这段话说明：红箩炭的名称源于炭被盛入刷有红土浆的箩筐内，而炭产于易州（今河北易县），由山中硬木烧制而成，被运送至红箩厂（今北京市西城区大红罗厂街附近）保存，并被加工成长约1尺（约为0.33米）的小段；红箩炭在使用时不会产生爆裂，且热量充足、持时长。而乾隆帝所作《拨火谣》一诗中，有“地炉榾柮拨温黁，白灰红炭堪为友”的描述。此处“榾柮”指炭，“黁”指香气，乾隆帝对红箩炭优秀的材料性能极为赞赏。

根据清代内廷大学士鄂尔泰、张廷玉等人编纂的《国朝宫史》卷十七记载，由于红箩炭数量稀少，冬季用红箩炭的供应，宫中不同身份的人有着不同的规定：皇太后，40斤；皇后，20斤；皇贵妃，15斤；贵妃，15斤；妃，10斤；嫔，8斤；贵人，5斤；常在，无；答应，无；皇子（公主），5斤；皇子福晋，10斤；皇子侧室福晋，无。需要说明的是，宫中除了供应红箩炭外，还有黑炭。上述人员或兼受用红箩炭和黑炭，或仅受用黑炭。

另据《宫女谈往录》之“手纸和官房”章节记载，红箩炭燃尽产生的炭灰，还被收集起来，用于马桶、便盆中的衬垫物，可避免产生臭气。

四、传闻考辨

关于故宫里的古代取暖方法，有传闻认为：“皇宫内的墙壁其实都是砌成空心的‘夹墙，俗称‘火墙”；“皇帝办公的三大殿（太和殿、中和殿、保和殿）、养心殿以及部分寝宫的墙均是空心的，殿内地砖下面砌有纵横相通的火道，直通向殿外的地炉子”。上述观点都是有误的。从工程实践来看，目前尚未发现故宫的古建墙体存在上面所说的“夹墙”或“火墙”。如图5为故宫某古建筑墙体断面照片，可见墙体为实心砌筑方式。另火地主要分布在内廷区域（皇帝生活区）。在前朝三大殿，既没有“火墙”，也没有“火地”。皇帝在冬天举行重要活动时，在三大殿内的主要取暖方式为炭盆。如《国朝宫史》卷三载有“上谕本月二十七日（雍正元年十月二十七日，即1723年11月24日）太和殿廷试日期，天气寒冷，着总管将大火盆多为预备”。该段话说明，在雍正元年的冬季，太和殿举行廷试（皇帝亲自出题目的考试），由于天气寒冷，因而太和殿内预备的是火盆。

另有关于故宫内有暖阁与火炕的传闻。在故宫内确有这两种取暖做法，且与火地密切相关。所谓暖阁，即在有火地的建筑内，用木隔断将这部分区域与宫殿建筑的其他区域隔开，使之成为一个较为封闭的小空间，且能够保持恒定的温暖状态。如位于内廷区域的坤宁宫在明代为皇后寝宫，其最东边两间房在清代被改为皇帝大婚的洞房，改造方式与暖阁做法一致，因而被称为“东暖阁”，见图6。而火炕则是利用火地的热源，在建筑内（尤其是靠近窗户位置的區域）设置木制的或砖砌的长方体台座，便于帝后在冬天的日常起居活动，见图7。火炕在满族一直很盛行，它既是寝息的设施，又是取暖的设施。明思宗崇祯十七年（1644）清入关后，满族皇室将火炕大规模地运用到了紫禁城的内廷建筑中，成为火地之上的便于帝后开展休闲活动的重要设施。

五、结语

故宫里的古代供暖系统，通过在室外操作口烧火，火源产生的热量在室内地下扩散，并加热地砖，达到了室内保温的效果。这种科学、简易的供暖方式，体现了我国古代工匠的建筑智慧。