紫禁城古建屋顶上 藏着这些绿色秘密

近年来，绿色建筑越来越受到重视。绿色建筑技术注重低耗、高效、经济、环保、集成和优化。它能最大限度地节约资源，是一种人与自然和谐相处的建筑形式。事实上，在北京，有着近600年历史的紫禁城古建筑不仅雄伟壮观，而且具有保温、隔热、排水的功能，体现了古人对绿色建筑的不断完善。

通常，紫禁城古建筑屋顶的木质底座都被各种各样的泥背层层覆盖，如挡泥板灰、青色灰、麻纤维泥等。泥浆背的热导率和热导率相对较小。30厘米厚的泥浆背层就像古代建筑穿的保暖衣服，使得外部温度变化很难影响到建筑内部。

倾斜屋顶的形式在古代建筑的屋顶板和天花板之间形成了一个架空层。在夏季，架空层可以拦截直接照射到屋顶的太阳辐射热，使屋顶成为两次传热，防止太阳辐射热直接作用于建筑物内部。在冬季，架空层的存在也防止了室外的寒冷直接传入建筑内部，从而保证了古建筑冬暖夏凉。

我国古建筑风格的一个特点是屋檐，尤其是墙角的屋檐，经常向上倾斜，紫禁城的古建筑也不例外。在宫殿屋顶的角落，四个角落像鸟儿张开翅膀一样伸展开来，既轻又活泼。从远处看，建筑群中间层的屋檐相互叠放，形成了中国古代建筑的宏伟气势和独特魅力。事实上，这种悬挑方法不仅美观，而且对建筑有保温隔热的作用——在夏天，它有助于防止中午阳光照射进房间，而在冬天，中午的阳光只能照射进建筑的最深处。这是因为我们的国家位于北半球，四季都有不同角度的阳光。北京的太阳高度角夏季约为76度，冬季约为27度。通过挑檐，可以将屋檐挑到一定的尺寸，这样可以使建筑外的阳光达到一定的效果:当夏天和早晨气温较低时，可以照亮建筑内部。中午的时候，太阳几乎就在建筑物的正上方，所以它只能照射在屋檐柱的外面，防止太阳的热量进入建筑物，保持房间凉爽。冬天，随着太阳的升起，建筑物的内部逐渐接收到光线。到了中午，阳光几乎正好进入建筑最里面的墙壁，使室内变得温暖。

紫禁城古建筑的“绿色”屋顶也显示出优异的排水性能。紫禁城古建筑的屋顶不是平面的，而是弯曲的。相应屋顶的坡度在屋顶部分陡峭，在屋檐部分平缓。这种弯曲的形式对屋顶排水非常有利。从瓦面层来看，它由底瓦和盖瓦组成，形成一系列瓦脊。底部瓦片，也称为平板瓦片，是凹形的，在铺砌时，上面的瓦片挤压下面的瓦片，因此当雨水从上到下排出时，它不会渗透到下面的泥浆背层中。底瓦两端用竹筒形盖瓦连接，盖瓦内有厚瓦铺泥，对接缝起到密封作用，使底瓦层自上而下形成排水线。与此同时，弧形屋顶的坡度被设置成使得雨水落入屋顶的上部并快速向下排出，同时水平地排到屋檐。

《李周拷公基》将屋顶坡度描述为“优越而卑微，然后吐水逃跑”。不仅如此，这种巧妙的建造方法的功效和优点还表现在它的雨水排放速度和时间上。根据物理计算，弯曲界面比平面界面排水更快，并且不容易产生积水。然而，古代紫禁城屋顶界面的弧度和角度的计算是非常合适的。此外，紫禁城古建筑的屋顶屋檐影响深远，也有利于防止雨水侵蚀建筑内部的木质构件，保护内部梁柱和斗拱的完整性。

(作者是故宫博物院的研究馆员)