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沒有空調的古人住宅,在夏天是如何避暑的?

2021-05-17知識

大家都知道,中東和印度的夏天是很熱的,那裏的古人是如何避暑的呢?

隔絕熱空氣

大多數中東和南亞建築的墻壁都很厚(甚至可厚達幾米),窗戶卻很小,數量也不多。厚厚的墻壁可以有效隔熱,小小的窗戶則阻止了陽光射入。比如上圖中德裏紅堡的內院,除了中間的會客廳和右側的彩宮(後宮的一部份),大多數建築都是墻厚窗小的畫風。

蒸發制冷

彩宮(Rang Mahal)內有乾坤。一條水渠從宮中穿過,匯入中心水池。炎炎夏日,水分蒸發吸收熱量,能夠起到一定的降溫的作用。彩宮另設有地下室,天氣太熱的時候,可以跑到地下室去避暑(由於土壤的隔熱作用,夏天的地下室一般都比地面陰涼很多)。

紅堡裏的Salsabil

而在紅堡的其他一些建築中,則有叫Salsabil的斜面噴泉。水流透過噴泉的小噴水口緩緩流出,在斜面上形成細小的水流,透過水流和建築的溫差以及蒸發制冷,提供一定的降溫作用。類似的斜面噴泉,廣泛存在於從北印度到西班牙的各種建築中,甚至在龐貝遺址中也有。

中國古代的涼屋

類似的建築,中國也有。長安十二時辰裏提到過一種叫自雨亭的建築,原理是用機械裝置將水運送到屋頂,透過水流和水的蒸發來降低溫度。當時,許多富人家裏都建有涼屋,透過水車將水運送到屋頂,以水流降低室溫。

平民家庭可能造不起噴泉,他們又是如何利用蒸發制冷的呢?

突尼西亞建築中的Mashrabiya

中東伊斯蘭世界的許多建築中,都有叫Mashrabiya的結構。Mashrabiya突出於墻面,上面有許多開孔,用來捕捉氣流,使空氣透過。裏面則放置一些水盆或水罐,用來蒸發制冷。Mashrabiya代替了我們這邊建築中的窗戶和陽台,除了制冷以外,也可起到保護私密的作用。

加強對流

古人在建築結構上動足了腦筋,透過強化對流來增強蒸發制冷。

伊朗亞茲德ab anbar水庫的附屬風塔
風塔原理示意圖

中東的很多建築都有一個高高的風塔,尤其是在伊朗建築中,風塔更是其中的重要組成部份。利用地面和高處空氣的溫差,風塔能夠加強空氣對流,造得越高,產生的對流就越強。結合附帶的水池,風塔還能加速水分蒸發,強化蒸發制冷。為了調節空氣流向並阻隔被汙染的空氣,風塔另設有過濾裝置,可以隨需求開關。

佛羅倫斯古建築中的挑高天井

類似風塔的建築結構,在3000多年前的古埃及和伊朗就已經出現,地中海沿岸的歐洲建築中,也有類似的結構。義大利的很多古代建築都是在中間開一個天井,下設水池或噴泉。天井的作用類似風塔,能夠加強空氣對流,水池則能夠提供一定的蒸發制冷效果。

風塔是種被動式通風裝置,而在中國,人們發明了最早的離心式風扇,透過機械動力進行主動通風。

【天工開物】中的風扇車

大約2100年前,中國人發明了風扇車,只要把糧食放入漏鬥,以手搖或腳踏的方式轉動風扇,就可以吹開谷殼,留下谷粒。風扇車裏的風扇結構,是近代離心式風扇的祖先。利用類似的原理,西漢的工匠丁緩發明了一種帶有7片葉片的風扇,以人力推動葉片旋轉。

地熱耦合

坎兒井

在中亞和中東,有許多以地下暗渠連通豎井,透過蓄水池儲存水分的溝渠系統。這種溝渠叫做坎兒井,一般認為,坎兒井是2000多年前由伊朗人發明的(不過也有觀點認為坎兒井來自新疆)。

坎兒井和風塔的夢幻聯動

前面說過,因為土壤的隔熱作用,在夏天,地下溫度往往低於地面。因此在夏天,坎兒井中的水溫要比地表的氣溫低得多。利用兩者的溫差,就可以用坎兒井中的水來冷卻地面的建築。

北魏洛陽城淩雲台的涼風觀,也利用了類似的原理,透過水井中的地下水以及空氣的對流,達到降低溫度的效果。

伊朗的天然冰室Yakhchāl,可以說是上述制冷手段之集大成者。

Yakhchāl的外墻由耐水隔熱材料砌成,底部墻體通常厚達2公尺,下面則連通坎兒井。整個建築如同一個拉長版的窩窩頭,僅在底部和頂部設有開孔。Yakhchāl的結構和前面所說的風塔有異曲同工之處,同樣能加強空氣的對流,下方連通的坎兒井,除了提供地熱交換以外,井裏的水分蒸發後能夠進一步制冷。

大約2400年前,伊朗人就開始建造Yakhchāl了,現存的許多Yakhchāl已有數百年歷史,至今依然能夠使用。伊朗內陸的沙漠地帶晝夜溫差非常大,利用Yakhchāl的制冷功能,伊朗人在Yakhchāl裏儲存了大量冰塊,甚至可以用它來生產冷飲。

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