气候因素对建筑的影响研究——以云南省红河哈尼族 彝族自治州泸西县永宁乡城子村为例

张仕昌，郭晶，徐钊

ZHANG Shi-chang, GUO Jing, XU Zhao

（西南林业大学艺术与设计学院）

1 引言

据2018 年国家统计局数据统计显示，与建筑有关的两类能源使用中，第一类建筑材料和建设期的具体能源消耗在建筑全生命周期总能耗中占20%，另一类是运行阶段消耗的能源约占总能耗的80%。在全世界共同面临能源危机、全球温室气体过量排放的境况下，人们对低碳环保理念与降低能耗、提高能效的诉求越来越高。建筑行业作为能源消耗以及温室气体排放的的主体受到越来越高度的重视，建筑与气候之间的关联性研究也越来越深入。

2 气候的相关诠释

2.1 气候概念

气候（Climate）一词从希腊语中的“Klima”演变而来，原指地球相对于太阳形成的倾斜角。希腊人将地球划分成三个气候带——寒带、温带和热带。当代气候主要指某地点多年气象的综合特征，包括该地区多年平均气象状态和极端气象状态。表述气候的基本依据是对气象要素的相关数据统计，包括太阳辐射、空气温度、大气湿度、风、降水等。建筑的形态受以上因素叠加影响，在设计过程中需统筹考虑以营造出舒适宜居的建筑环境。

2.2 气候分区

气候分布涉及到气候系统分类范围问题，现在被广泛接受的气候系统分类是巴里（Barry）按照全球气候影响范围大小的分类方法，该方法将气候分为全球风带气候区、地区气候、局地气候、和微气候四类。[5]在大范围气候区条件下，微气候是作用于建筑最密切的一类，对建筑有直接的影响。

Landsburg 在1947 年把“微气候”（Microclimate）定义为地面边界层部分，其温度和湿度受地面植被、土壤和地形影响（Geiger,1959），从而使建筑有关气候学的研究范围被确定为 “微气候”学的研究范畴。

微气候主要针对有限区域内的环境，不同因素组合会营造出特有的局部气候环境，如地形、植被、地表状况以及建筑物的结构形式。使用者所处的环境即是气候环境，设计者能够改善并提高的也是气候情况。建筑微气候的研究对象是建筑内外一定范围内的气候因素，分为室内气候与室外气候，主要包括场地环境内的空气温度、湿度、风向、风速以及太阳辐射等气候要素，同时包含场地方位、地势等地理要素。

3 建筑与气候的关系

建筑为保护人的利益，抵御不利气候条件而产生，其目的是为解决环境不利因素所带来的困扰，其中不利因素包括自然因素，如风雨野兽侵袭；人为因素，如异族攻击。建筑形态因其“遮风避雨”的原始功能，在其特定的气候条件下会采用不同的建筑手段，出现不同的建筑形态。因此，从一定意义上来说是气候促成了建筑，推动了与生物进化论相似的建筑演变。人类通过数千年积蓄的建筑经验所构筑的房屋足以抵挡恶劣的自然条件，并且在此基础上引入优质气候资源满足室内舒适度，可被视作建筑进化的结果。

不同气候条件下产生形态各异的建筑形态，特定的气候条件、物资资源会产生极具针对性、相对完善的建筑形式。生活在北极极地地区的因纽特人所居住的“雪屋”，位于中国西北黄土高原上的窑洞，滇东南地区的彝族“土掌房”，亚热带地区干栏式建筑傣族竹楼等，都体现出为解决严苛的气候条件提供舒适环境所特有的建筑形态。

4 云南省红河哈尼族彝族自治州城子古村案例分析

位于云南省红河哈尼族彝族自治州泸西县永宁乡的城子村，是以气候为主导因素的规划及建筑较为成功的代表。其村落在选址规划、建筑布局以及建筑构造方面，均体现出劳动人民应对气候变化的创造性智慧。

4.1 气候条件

泸西县气候属北亚热带季风气候，特点是干湿分明，夏季多雨，冬季干旱。气候除季节性变化外，还随各地不同的地势和海拔形成局部性地区差异，冬季主要受西风环流控制，云量少，日照充足，降雨少，温度低，风速大，天气晴朗是干季的气候特点，但亦经常受到极地冷气团及东南回归气流的影响，时有阴冷和小雨天气。夏季主要受自印度洋孟加拉湾的西南湿气流控制，充沛的水汽形成大量降雨，温度不高但年温差较大（如图1、图2）。

城子村位处泸西县城南二十五公里处，地处低海拔峡谷地带，相异于周边夏季多雨的环境，其夏季燥热，冬季寒冷。

图1 泸西县累月平均、最高低气温

图2 泸西县累月平均湿度

4.2 选址规划

城子村选址在飞凤山腰，取背山面水的地理位置，规划布局深受传统风水思想影响，村落与山地、道路与河流相应交错贯通。村寨内的房屋依山跌级而上，左右紧密相连，错落有致，以木楼梯或搭板相连通整个村落的屋顶（见图3）。规划层面的被动式节能措施体现在密集式层叠的建筑组群布局，能以最少的外墙面容纳更多的房屋单元，既能起到阻挡冬季寒冷空气的直接侵袭，又能充分吸收太阳辐射热，促进夏季湿热空气的疏散流通。

图3 城子村建筑组群实景

4.3 建筑布局

城子古村建筑朝向分别为东、北、西三个方向均布，主要原因在于建筑根据古代风水学原理顺应飞凤山走势，背山面水，形成现有格局。其形成根本原因得益于两方面条件：

①位于低纬度温和地区的地理位置拥有充足的太阳辐射热为本区域提供舒适的气候环境；

②群山环绕为古村落形成了一道天然屏障，阻挡了大部分来自北方的寒冷气流及南向来的热空气侵袭，从而形成异于北方坐北朝南的多样朝向格局。

土掌房由平房与楼房两部分构成。楼房属正房，一般为三开间，耳房亦称厢房，一或两间。建筑外墙不设窗或只设小窗，正房内设灶、火塘，家人在此取暖、议事、聊天。年青夫妇住在楼下，老人小孩则在楼上居住，粮食储藏于楼上仓房。耳房做灶房，或住人，或蓄养牲畜（见图4）。屋顶面在收割季节作为晾晒作物场地，待晾晒完成通过预留的洞口直接储存到仓房内。

土掌房在布局方面采用的被动式节能措施有三项：首先，房屋中间设置庭院，利用阳光照射吸收的太阳辐射热形成“热压效应”促进空气流通，形成局部气候微循环；其次，屋顶与墙体间的空隙（见图5）有利于室内空气流通，尤其夏天微风进入室内促进微风循环，降低体感温度；再次，建筑外墙开窗小（见图6），接收热辐射少，有效阻挡夏季室外燥热，且墙体厚度较大，对窗洞口形成遮挡，避免强辐射光照射入室内使其温度 升高。

由于建造条件以及气候因素，导致土掌房存在适用性不足的问题，如：因土坯材料受力特点以及应对夏季阳光直射问题，外墙窗洞口普遍面积过小导致室内采光严重不足，并且不符合《住宅建筑规范》GB 50368-2005 中窗地比不得小于1/7 的标准；建筑体量方面，建筑高度普遍为2.5m 及堂屋开间3.2m 造成建筑体量较小，不符合基于人体工程学的舒适性；湿度方面，限于材料的应用，地面防潮措施不足，室内相对湿度 偏高。

4.4 建筑构造

云南红河哈尼族彝族自治州地区的土质比较细腻，干湿程度适中，所以城子村的土掌房直接使用当地黏土制成土坯进行建造，形成以土木结构为基础的构造形式。建筑材料主要是土、石、木，基础以砂石、青石等为主料，墙体主要为土坯，外涂抹混合黏土，墙体砌筑平整，不仅具有韵律美感，还有较好的承重性能。土掌房厚实的夯土或者土坯墙身普遍达到0.5m ～0.6m 厚，作为被动式节能建筑中直接储热式墙体在夏季白天能够抵御热空气并吸收太阳辐射热，到夜间周边温度降低时又释放热量从而为室内提供温度，保证室内舒适性。屋顶材料使用木材、松枝，上面铺以黏土材料（见图5），厚度为0.2m，具有良好的隔热及防火作用，在作物收割时期也可作为晾晒场地。在建筑拆旧建新时，原来的土与木材可回归自然，也可再利用于建新房，没有废弃物的后遗问题，体现了绝对的生态性。

图4 土掌房平面图

图5 土库房墙顶交接空隙

图6 土库房开窗

5 结语

城子古村通过村落规划、建筑布局及建筑构造一系列被动式节能措施应对独特的气候条件达到了冬暖夏凉的效果，但存在厚实的墙体及窄小的开窗造成室内光环境亮度不足以及地面防潮措施不够完善造成相对湿度略高的情况。以上为后续定量分析城子村气候与被动式节能措施提供基础信息，并为本区居住空间舒适性分析指明了方向。

从气候角度分析建筑产生的本质需求，可以为建筑设计提供更为理性的思考方式以及行之有效的方向性策略。在可持续为主导的思想下所进行的建筑设计，务必围绕经济适用性展开思考，设计重点也应该直指源头——气候。