山西窑洞建筑特点,厢房式窑洞和厢窑式窑洞
题记：窑洞，主要分布在我国北部和西北部的黄土高原地带，尤其是山西省、河南省以及陕西省地带，在这些地方，有大概4千万当地人仍然选择使用建造古老的窑洞，来当做他们居住的房屋。窑
题记：窑洞，主要分布在我国北部和西北部的黄土高原地带，尤其是山西省、河南省以及陕西省地带，在这些地方，有大概4千万当地人仍然选择使用建造古老的窑洞，来当做他们居住的房屋。窑洞大体分为靠崖式窑洞、下沉式窑洞和独立式窑洞（锢窑），今天，我们就以山西境内的窑洞为例，浅析下沉式窑洞和锢窑的建造特点和缺陷。
一、山西地带的下沉式窑洞建造特点下沉式窑洞又称凹庭窑洞或地下天井院窑洞，在沟壑纵横的河南省西部、山西省南部和附近的陕西省局部地区最为常见。这些地区的农民长期以来在地面以下挖掘深达6米的大坑。从空中俯瞰这些尺寸各异的深坑，特别是当冬季阳光低斜时，阴影中的一座座大坑仿佛苍凉大地上的干疮百孔。其中正方形大坑的数量最多，其边长最大可达 81米，长方形和曲尺形的深坑也不在少数。
山西陕西地带的下沉式窑洞
如果进一步在剖面和透视上进行观察，就会发现每座深坑的四面侧墙上均凿有1-3孔窑洞，由此形成一座座地下庭院。庭院南侧或西南侧的土壤中切割出坡道和台阶，供人们从地面进入地下庭院。为了运输农具、役畜、农作物，这些倾斜的通道通常采用平缓的直线形或拉长成曲尺形，以尽可能减小坡度。
地下庭院的东南西北四面侧墙上均凿有窑室，其室内墙面或保持原状，或粉刷一层石灰涂料。位于南墙上的窑室由于面朝北方，仅用作储藏间或者兽棚附近的旱厕。
下沉式窑洞结构剖面图
下沉式窑洞的建造缺陷因为一座地下庭院仅拥有一面南向侧墙，这面墙往往成为最重要的窑室的所在，即父母和祖父母使用的客厅兼卧室。即便如此，也只有夏季阳光高度角最高时才能直射这里。在夜长昼短的冬季，低沉的太阳和过深的挖掘深度，使得地下庭院除了小部分南墙外彻底沉浸在一片黑暗之中，无疑是一个严重缺陷。而其他家庭成员的窑室更不得不开凿在东西侧墙上。
如此一来，大型炕床就成为中国北方窑洞中用于日常坐卧的必备元素。与炉灶连通的炕床通常紧贴外墙，这样就能加热包括外立面在内的至少两面墙体。此外，窑洞内往往还在侧墙上挖出储物的浅龛和侧室，墙面上粘贴着防止墙皮剥落的报纸和画报。
下沉式窑洞，地面上都砌了矮墙防止沙粒灰尘
以上所有元素使得下沉式窑洞成为一座由"墙体"围合而成的院落式建筑，这种以室外庭院为核心的建筑布局几乎与其他北方院落式传统民居无异。在半干旱地区，虽然有限的雨雪不会对地下庭院的排水造成负担，但飞扬的沙尘却是个棘手问题。为了防止泥土掉落或吹拂至地下庭院，比较高级的民居会沿着庭院的边缘用砖石或瓦片砌筑一圈女儿墙（屋顶四周的矮墙）。
下沉式窑洞庭院内种的树
下沉式窑洞的庭院布局和作用地下庭院通常布置有一两棵大树、一个植物爬架、一口水井、一口渗井以及一只用于储水的带盖大水缸。当夏季无须在炕中生火取暖时，居民还可以将独立式陶炉搬到庭院中生火做饭。一旦冬季来临，就必须在室内的炉灶中燃烧柴火秸秆，借助与炉灶相连的炕床保持温暖。
拥有成片下沉式窑洞民居的村落通常在地面上呈现出一系列排列规则的大坑，用于耕作的农田环绕在大坑区外侧。播种时必须注意让植物远离下沉式庭院的边缘，因为植物根茎一旦刺穿土壤，随之侵入的潮气很容易导致庭院侧墙失去稳定。
下沉式庭院之间的空地，则为打谷脱粒、晾晒草垛等季节性农活提供了充足场地。窑洞也可以采用半地下式，仅局部嵌入土壤之中。这时就需要在密室外侧用块石、土坯砖或烧结砖砌筑前半部分，形成伸出窑室的附属空间。附属部分具体如何添加，主要取决于山崖的坡度。不同的坡度将导致附属部分的三面侧墙和屋顶全部或仅局部伸出在土壤之外。
地面上的独立式窑洞
二、山西地带的锢窑（也称为“独立式窑洞”）除了半地下式和地下式窑洞，位于地面以上的独立式窑洞在黄土高原地区亦随处可见。这种被称为锢窑的独立式窑洞不仅立面造型模仿地下窑洞，而且空间的各个尺寸以及支撑屋顶土层的拱券结构也与其完全一致。
锢窑通常由三座以上拱形单元并联组成长方形体块，其中半圆拱或尖拱采用楔形的块石、烧结砖或土坯砖拼接而成。中国建筑师因锢窑屋顶覆盖的厚重土层将其称为"掩土建筑"或"覆土建筑"。
虽然锢窑的外墙看似与其他支撑屋顶的承重墙相同，但实际上这些围合室内的厚重墙体并不直接承受来自屋顶木构架和屋面的荷载。具体来说，锢窑端头的两座墙墩主要通过抵消各个拱券的水平推力支撑拱洞上方的屋顶土层，并与屋顶土层共同形成厚重的保温外壳。
地面上的锢窑
锢窑的建造特点在河南省、山西省、陕西省的城市、乡镇、村落中，坐落着大量精美的窑洞和锢窑民居。这种建筑形式不仅广泛应用于小型院落式民居，经过上层阶级的主动选择甚至成为大型庄园的重要组成部分。
其中地上锢窑在保留地下窑洞优点的同时，成功规避了其中的一些缺陷。如在建筑热工方面，锢窑以大量土、石、砖砌筑的三面厚墙和屋顶，与夯土地面共同组成了冬暖夏凉的隔热结构。但在自然通风方面，地面以上紧邻院落的锢窑则明显优于地面以下深入土层的窑洞。这两种建筑形式使得豪门大户的庄园能够重现乡村民居的亲切氛围，但前者雕刻满眼的昂贵木雕、石雕、砖雕，对于黄土高原上贫穷的乡村民居来说却望尘莫及。
在这个连柴火都紧缺的半干旱地区，能够在民居中减少木材的用量无疑是一大幸事。此外，当7、8月份室外温度高达36℃以上时，地面以下4-6米深的窑洞却能保持14℃-16℃的宜人室温。而当1、2月份地面气温降至最低时，地下窑洞的局部室温仍然保持在14℃-16℃。窑洞室内温度的日间变化也很小，这对于夜间极为寒冷的黄土高原地区尤为有利。
窑洞
锢窑的建筑缺陷以上温度数据如果与中国北方的其他地上民居相比，将会显示出更加惊人的优势。然而美中不足的是，窑洞难以抵御剧烈地震的周期性破坏，而黄土高原却不幸位于地震活跃地带。
据统计，1920年-1934年，整个黄土高原地区约有一百万人丧生于地震后坍塌的窑洞等民居的废墟之下。在很多人眼中，窑洞几乎等同于匮乏的资源和贫穷的生活。
这就解释了为什么越来越多农民在收入增加之后立刻遗弃了原有窑洞，甚至填平了窑室和地下庭院，在其上建造了新的住屋。虽然地上建筑的通风水平确实比地下窑洞大为改善，但在热工性能远不如传统民居的新住宅中，居住条件的提升效果还是大打折扣。
现代窑洞
总结：窑洞的建筑形式体现出对环境条件的积极回应。首先，它创造性地利用了当地最丰富的自然资源--黄土；其次，它有效地将黄土冬暖夏凉的特性引人民居；再次，它充满智慧地开发了原本并不适于建造活动的脆弱地带。于是，今天的中国建筑师正在努力克服传统窑洞的缺点，如室内阴暗、通风不良、过于潮湿等，试图创造一种古为今用的现代窑洞，以适应中国农村越来越严峻的住房需求。图文作者：鱼幼微微，欢迎阅读关注。请勿抄袭！图片来源于网络，若有疑问，我会立即处理。
参考文献：
《中国古代建筑》
《图解中国建筑》
下沉式窑洞的特征
良好性特征
1、平面布局。一般采用南北向布置，人 121及生活用房设在南向最佳位置，辅助用房设在北向。
2、窗。窑脸上开大窗，白天可以吸收大量的太阳能，提高室温。窗上设棉、毯子、茅草、牛皮纸等材料做成的保温帘子或窗板 ，白天卷起，晚间放下。方法虽然很简单 ，但保温效果却很明显。有的采用铝箔窗帘，经实测窗的热阻值提高 2．4倍，而其价格仅 10元/m2左右，是花钱不多，效果甚佳的保温节能措施。窑脸上部开高侧小窗，仅用于夏季通风，多数居民在冬季用草帘或土坯将其封闭。一些地区冬季在双层木窗上加设一层塑料薄膜，减少传热耗热量 20%以上 ，且可以大量减少冷风渗透所造成的耗热量。门窗缝隙采用棉布条等封糊 ，以防止冷风渗透。
3、墙体材料。窑洞民居除使用实心粘土砖外 ，还使用大量与城市不同的地方材料，如火山浮石砌块、稻草板、粘土免烧砖 、草泥拉合辫等节能保温材料。这些材料不仅节省其制作 时所用的能耗 ，且经测试 ，其保温效果优于实心粘土砖。
4、热系统与采暖方式。主要靠火炕 ，通过每天三顿饭的生活热来采暖，有时在睡前适量补烧火炕，所用燃料多为植物秸杆、茅草及少量的煤。有测量数据显示，尽管窑洞内温度很低，但炕面温度却在 45℃--33℃之间。即炕面区域始终处于较舒适的温热状态。北方农 民的冬季活动范 围主要局限于火炕上。他们在炕上用餐、学习、做家务、会客、就寝等。人体对于气温最为敏感的部位是脚，而农民脚部常接触的是炕面。因此，尽管室内大部分空间气温较低，且处于温度不断变化的波动之中，但农民们的感觉仍是舒适的。火炕可以在不必特殊供热的条件下，将室内外气候、人体所处微气候环境及人体昼夜热舒适感合理结合起来，提供有益于人体健康的微小热舒适环境 ，较为科学地创造出相对舒适的室内热环境。
下沉式窑洞冬暖夏凉的热工性能分析
因为在高空的空气温度变化比地面小，则可以表示为：
=t0+At (1)
其中，￡0和 t 分别为地表面和高度为h处的空气温度；At为由太阳辐射加热地表面和长波辐射引起 的空气温度差。长波辐射可以引起温度梯度的变化大约为At1：±3．42×10 K·iTI。在100 m高度，温差 At=±3．42 K。由空气中水分相变引起的温差。
At2=±2．5×10。r K (2)
其中，r 为相变率。当 r ：10 时，At2=±2．5 K；温度变化与高度差成 比例为 At3≈10 Ah，当 Ah：100 iTI时，At3=±1 K。因此在 100 rn高空温差的总和可以估计为：
f一7 K(在 日照下的气流上升)
At= 0 K(多云天) (3)
l+7 K(晴朗的夜晚)
下沉式窑洞院内的气候是冬暖夏凉。由于空气在庭院的上部交换，这就使得下沉式窑洞院内空气质量好，空气温度年变化小，如图 1所示。夏天室外空气将水分带进庭院，由于蒸发而引起庭院空气温度降低。
“ 二 j
向下气流/ \向上气流
￡O/ \ ￡O
— — — — — — — — — 一 — — —
t
下沉式窑洞的节能效应
下沉式窑洞的庭院向天空开放，其 内热质传递是间接的，由下面的热平衡方程可以求出空气温度 t h，。
P/-/Ro(t —tcy)+ARe(tG—tcy)+V iCp(t —tcy)+V oc户(to—t )=0 (4)
其中，P为下沉式窑洞的平面周长；H 为下沉式窑洞的高度；Ro为下沉式窑洞的内墙总热阻的倒数 ；A 为下沉式窑洞的平面面积 ；RG为下沉式窑洞地坪热阻的倒数；V为空气流速；Pi为室内空气密度 ；Po为室外空气密度；c 为空气的定压比热。 从(4)式解出 ￡ 为：
t (PHRoti+ARct~+v~,cpti+Vaocpto)÷(PHRo+ARe+V +Voocp)=[(PHRo+V icp)t。+ARat~+Vpocpto]÷
(P o+ARe+V +V oc )
其中，t ，to，tG分别为室内空气温度 ，室外空气温度和地基温度，下沉式窑洞的空气温度是三个温度 t ，t0，tG的加权平均值，一定比室外温度高。
可以说 ，通过下沉式窑洞的大量能量被回收和利用。
问题与缺陷
与此同时，下沉式窑洞还存在许多热工方面的缺陷，室 内气温较低；因外墙内表面温度过低，人体长波热辐射失热量大而产生寒冷感；室内相对湿度大而产生不舒适感。在每年最寒冷的两，三个月时间里，上述问题更加严重；内表墙体吸湿后，导热系数增大，保温状况更加恶化；厨房、仓库等辅助房间，结冰、结霜现象更为严重，且长时间不融。虽上述各部位造成现行状况的具体原因有差异，但均系各部位内表面温度低于露点和冰点所致。究其原因，主要为 ：
1、墙体过薄，总热阻过小 ，有的甚至低于低限热阻；
2、供热能源不足，以及一 日三把火的间歇式供热，导致夜间室温过低(常常在 0℃以下)，清晨墙体各部位内表面温度亦过低， 清晨升火后热空气遇到低温墙面后 ，结露是必然的现象；
3、墙体内层材料的蓄热系数大，其对流的热量不足以使内表面温度高于露点和冰点。
下沉式窑洞民居的特点
，窑洞形成各式各样的形式。但从建筑的布局结构形式上划分可归纳为靠崖式、下沉式和独立式三种形式。 下沉式窑洞（地窑）下沉式窑洞就是地下窑洞，简称地窑，主要分布在黄土地区。这种窑洞的作法是：先就地挖一个方形的地坑，然后再向四壁开凿窑洞，形成一个“四合院”。人在平地上时，看见烦人只有地院和树木，是看不见房屋的。
靠崖式窑洞（崖窑）
靠崖式窑洞有靠山式和沿沟式，窑洞常呈现曲线或折线型排列，有和谐美观的建筑艺术效果。在山坡高度允许的情况下，有时布置几层台梯式窑洞，类似楼房。
独立式窑洞（箍窑）
独立式窑洞是一种掩土的拱形房屋，有土墼土坯拱窑洞，也有砖拱石拱窑洞。这种窑洞无需靠山依崖， 能自身独立，又不失窑洞的优点。可为单层，也可建成为楼。若上层也是箍窑即称“窑上窑”；若上层是木结构房屋则称“窑上房”。
窑洞防火，防噪音，冬暖夏凉，既节省土地，又经济省工，确是因地制宜的完美建筑形式。
