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紫禁城古建屋頂上 藏著這些綠色秘密

2019-06-26 來源:中國數字科技館  瀏覽:    關鍵詞:建筑

近年來,綠色建筑越來越遭到人們的關注。

綠色建筑技術注重低耗、高效、經濟、環保、集成與優化,能夠最大限度地節約資源,是人與自然調和相處的一種建筑方式。

其實,在北京城中,有著近600年歷史的紫禁城古建筑不只雄偉壯觀,也兼具保溫、隔熱、排水等功用,彰顯著古人對綠色建筑的如虎添翼。

通常,紫禁城古建筑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筑穿上了保暖服,使外界的溫度變化很難影響到建筑內部。

坡屋頂的方式則使得古建筑的屋面板與天花板之間構成了一個架空層。

夏天,架空層能夠攔截直接映照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筑內部,冬季,架空層的存在也使得室外的冰冷不能直接傳入建筑內部,保證了古建筑的冬暖夏涼。

我國古建筑作風的一大特征,就是屋檐特別是屋角的檐部常常向上翹起,故宮的古建筑也不例外。

在宮殿的屋頂轉角處,四角翹伸,形如飛鳥展翅,輕盈生動。

遠遠望去,建筑群中層層疊疊的飛檐更是營造出壯觀的氣勢和中國古建筑特有的神韻。

其實,這種挑檐做法不只美觀,還有著為建筑物保溫隔熱的功用——夏天,它有利于避免陽光在正午照入室內,冬天,正午陽光則恰能照入建筑最深處。

這是由于,我國地處北半球,四季陽光映照的高度角并不一樣。

北京地域的太陽高度角夏季約為76度,冬季約為27度。

經過挑檐做法,屋檐往外挑出一定的尺寸,就能夠使得建筑外部的陽光映照抵達某種特定的效果:在夏天且早上溫度較低時,其能夠映照到建筑內部。

到了正午時分,陽光簡直位于建筑正上方,就只能映照到檐柱外面,使太陽的熱量無法傳入建筑內部,堅持屋內的涼快;在冬天,隨著太陽的升起,建筑內部逐步接受光照,到正午時分,陽光簡直正好射入室內最內側墻位置,使得屋內暖意洋洋。

紫禁城古建筑屋頂之“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,而是采用曲面的方式,對應屋面的坡度是屋頂部位峻峭、屋檐部分平緩。

這種曲面方式極端有利于屋頂排水。

從瓦面層來看,其由底瓦與蓋瓦組成,構成一道道瓦壟。

底瓦又稱板瓦,外形上凹,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銜接,蓋瓦內有著厚厚的鋪瓦泥,對接縫起到了密封作用,并且使得底瓦層由上而下構成了一道道排水線。

與此同時,曲面屋頂的坡度設置,使得雨水落入屋頂上部疾速下排,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”。

不只如此,這種巧妙結構之法的效果與優勢還表往常它的排雨速率與時間上。

依據物理推算,曲面形的界面要比平面形的界面在排水時間上會更快些,并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,還有利于避免雨水對建筑內部木構件的腐蝕,維護其內部梁柱與斗拱結構的完好性。

(作者系故宮博物院研討館員)

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