地暖|故宫里的古代皇家地暖 |烟道

故宫里的古代皇家地暖
（本文载于《科技日报》2021年12月10日第8版，有修改）
超过600岁的故宫又名紫禁城，不仅拥有辉煌壮丽的古代宫殿建筑群，而且含包含了诸多的古代宫廷生活智慧，地暖就是其中的典型代表。明朝太监刘若愚著《酌中志》卷十七《大内规制纪略》有：“右向东曰懋勤殿，先帝创造地炕于此，恒临御之”；卷二十《饮食好尚纪略》有：“十月……是时夜已渐长，内臣始烧地炕”；以上可说明紫禁城在明朝时期已有地暖。尽管冬天室外寒冷，居住在宫中的帝王们在则过得非常舒适温暖。乾隆皇帝在《冬夜偶成》一诗中就写道：“人苦冬日短，我爱冬夜长” 。道光皇帝在《养正书屋全集》中写有“花砖细布擅奇工，暗热松枝地底烘” 。在这里， “鸟道”、“羊肠”即为地下供暖的通道。与现代人采用的水地暖（在地板下埋设水管，以的热水为热媒，在水管内循环流动，加热地板）或电地暖（在地板下埋设电缆或电热膜，使之加热地板）方式不同，故宫里的古代地暖为室外烧火、加热室内地砖的供热方式，俗称“火地”或“暖地” 。
火地由位于窗户外面的地下操作口、窗户里面的地下炉腔、室内地面砖下面的火道（热量传输的通道）、室外台基侧面的出烟口组成（图1-图2）。其供热基本原理为：服务人员站立于操作口内，将木炭置入地下炉腔内燃烧，加热空气；受热后的空气沿着火道路径向四周扩散，其间加热地面砖，利用地砖自身的蓄热和热量向上辐射的规律，使得热量由下至上进行传导，从而保持室内的温暖；散热后的空气温度降低，其夹杂炭火中的烟尘（少量）从出烟口排出火道。

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图1火地平面示意图
（1-室外操作口；2-地下炉腔；3、4、5-火道，虚线箭头为热量在地下的传递方向；6-窗户；7-出烟口；8-夯土示意图）

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图2火地沿1-4方向剖视图
服务人员的操作口位于窗户外面的地面以下，尺寸一般为0.8×0.8×1m（长×宽×高）。在明代，紫禁城负责烧炭的人员由惜薪司安排，清代为内务府营造司人员。服务人员进入操作口，可往室内地下的炉腔烧炭火。操作口在不使用时会被厚木板盖上，可防止小动物钻入，并有利于宫中人员在室外行走（图3）。操作口在室外，且服务人员站在操作口内，可隔着窗户看见室内，便于与室内使用人员交流，并及时增减炭火，以保证室内温度的适宜。另操作口设在室外，还有利于避免室内火源产生的烟雾在室内蔓延或其它安全隐患。

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图3火地操作口与出烟口（虚线框部分）
服务人员烧炭后，热量在地砖下面沿着建筑宽度方向内扩散，该方向的火道称为主烟道；主烟道两侧还有若干宽度较小的烟道，方向与其垂直，称为支烟道。上述主、支烟道的分布方式犹如蜈蚣，因而又被俗称为“蜈蚣道” 。需要说明的是，由于热量是由下往上传递，因而火源位置位于室内最低点，而主烟道从火源位置向室内延伸时，其底部高度逐渐增加，烟道剖面呈斜坡上升状。这样一来，热量就可以较为迅速的由窗底向室内扩散。一般而言，主烟道截面尺寸较大，其上部盖板由砖砌筑而成；支烟道截面尺寸小，盖板为扣瓦（图4）。另主、次烟道的盖板之上再架空铺设地面砖，其架空方式为：在各烟道之间的夯土层之上立多个砖制支墩，地面砖搭在支墩上，面砖之间接缝用灰浆抹严实。这种做法的科学性在于：一方面地砖层可均匀受热，且温度不过高；另一方面如有烟尘渗出烟道时，其仍然会限制在地面以下传递，并从出烟口排出。