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紫禁城古建屋頂上 藏著這些綠色秘密

來源﹕科技日報2019-05-17 09:18

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  近年來﹐綠色建築越來越受到人們的關注。綠色建築技術注重低耗﹑高效﹑經濟﹑環保﹑集成與優化﹐能夠最大限度地節約資源﹐是人與自然和諧相處的一種建築形式。其實﹐在北京城中﹐有著近600年歷史的紫禁城古建築不僅雄偉壯觀﹐也兼具保溫﹑隔熱﹑排水等功能﹐彰顯著古人對綠色建築的精益求精。

  通常﹐紫禁城古建築屋頂的木板基層之上﹐會分層鋪墁各種泥背﹐如護板灰﹑青灰﹑麻刀泥等等。泥背的導熱系數和導溫系數都比較小﹐厚度達30厘米的泥背層猶如給古建築穿上了保暖服﹐使外界的溫度變化很難影響到建築內部。

  坡屋頂的形式則使得古建築的屋面板與天花板之間形成了一個架空層。夏天﹐架空層可以攔截直接照射到屋頂的太陽輻射熱﹐使屋頂變成兩次傳熱﹐避免太陽輻射熱直接作用在建築內部﹐冬季﹐架空層的存在也使得室外的寒冷不能直接傳入建築內部﹐保證了古建築的冬暖夏涼。

  我國古建築風格的一大特色﹐就是屋檐特別是屋角的檐部常常向上翹起﹐故宮的古建築也不例外。在宮殿的屋頂轉角處﹐四角翹伸﹐形如飛鳥展翅﹐輕盈活潑。遠遠望去﹐建築群中層層疊疊的飛檐更是營造出壯觀的氣勢和中國古建築特有的韻味。其實﹐這種挑檐做法不僅美觀﹐還有著為建築物保溫隔熱的功能──夏天﹐它有利於避免陽光在正午照入室內﹐冬天﹐正午陽光則恰能照入建築最深處。這是因為﹐我國地處北半球﹐四季陽光照射的高度角並不一樣。北京地區的太陽高度角夏季約為76度﹐冬季約為27度。通過挑檐做法﹐屋檐往外挑出一定的尺寸﹐就可以使得建築外部的陽光照射達到某種特定的效果﹕在夏天且早上溫度較低時﹐其可以照射到建築內部。到了正午時分﹐陽光幾乎位於建築正上方﹐就祗能照射到檐柱外面﹐使太陽的熱量無法傳入建築內部﹐保持屋內的涼爽﹔在冬天﹐隨著太陽的昇起﹐建築內部逐漸接受光照﹐到正午時分﹐陽光幾乎正好射入室內最內側牆位置﹐使得屋內暖意洋洋。

  紫禁城古建築屋頂之“綠”﹐還表現為優秀的排水性能。紫禁城古建中的屋面不是平面型﹐而是採用曲面的形式﹐對應屋面的坡度是屋頂部位陡峭﹑屋檐部分平緩。這種曲面形式極其有利於屋頂排水。從瓦面層來看﹐其由底瓦與蓋瓦組成﹐形成一道道瓦壟。底瓦又稱板瓦﹐形狀上凹﹐鋪墁時上層瓦壓下層瓦﹐使得雨水由上往下排出時﹐不會滲入到下面的泥背層﹔底瓦的兩端由竹筒狀的蓋瓦連接﹐蓋瓦內有著厚厚的鋪瓦泥﹐對接縫起到了密封作用﹐並且使得底瓦層由上而下形成了一道道排水線。與此同時﹐曲面屋頂的坡度設置﹐使得雨水落入屋頂上部迅速下排﹐而到屋檐部位則水平向外排出。

  《周禮‧考工記》形容這種屋頂坡度的做法為“上尊而宇卑﹐則吐水疾而霤遠”。不僅如此﹐這種巧妙構造之法的功效與優勢還表現在它的排雨速率與時間上。根據物理推算﹐曲面形的界面要比平面形的界面在排水時間上會更快些﹐並且不容易產生積水的現象﹐而紫禁城古建中屋頂的界面在弧度與角度的推算上﹐都十分得當。除此之外﹐紫禁城古建中的屋頂出檐深遠﹐還有利於防止雨水對建築內部木構件的侵蝕﹐保護其內部樑柱與斗拱構造的完好性。

  (周 乾 作者系故宮博物院研究館員)

[ 責編﹕武玥彤 ]
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