故宫火地操作口与出烟口 周乾摄
超过600岁的故宫又名紫禁城，不仅拥有宏伟的古代宫殿建筑群，而且包含了诸多古代宫廷生活智慧，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，宫殿中却非常舒适温暖。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或电地暖方式不同，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。其供热基本原理为：人站立于操作口内，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，从而保持室内温暖；散热后的空气温度降低，夹杂炭火中的烟尘（少量）从出烟口排出火道。
操作口位于窗户外面的地面以下，一般长0.8米、宽0.8米、高1米。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。操作口在不使用时会被厚木板盖上，可防止小动物钻入。操作口在室外，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，及时增减炭火，以保证室内温度的适宜。另外操作口设在室外，还有利于避免火源产生的烟雾在室内蔓延或其他安全隐患。
烧炭后，热量在地砖下面向屋内扩散，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地由窗底向室内扩散。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。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，其仍然会限制在地砖以下传递，并从出烟口排出。
地下热量经过主、支烟道扩散，然后回转，通过室外台基侧壁的出烟口排向室外。需要说明的是，出烟口相当于故宫古建筑的“烟囱”，这种“烟囱”与普通建筑立在屋顶之上的烟囱不同，它位于室内地面以下，既不影响建筑整体外观，又能起到良好的排烟效果。这种做法，可以解释“紫禁城的冬天烧炭取暖、但不见一个烟囱”的说法。此外，为避免小动物从出烟口钻入室内地下，出烟口往往会砌上铜钱纹样的镂空砖雕，达到既实用又美观的效果。火地用炭源于今河北易县，由一种硬木烧成，被称为“红箩炭”。每根炭被加工成长约32厘米、直径约10厘米的块体。这种炭产生的热量高、烟雾少。《酌中志》卷十六《内府衙门识掌》还记载了这种炭具有“气暖而耐久，灰白而不爆”的优点。木炭燃尽产生的炭灰，可被收集起来，用于宫中马桶、便盆中的衬垫物。
有观点认为，“皇宫内的墙壁其实都是空心的夹墙，俗称火墙，热力顺着夹墙可温暖整个大殿”，这种观点是错误的。从工程实践来看，目前尚未发现故宫的古建墙体存在用于传递热量的夹墙。
故宫里的古代皇家地暖，通过在室外操作口烧火，火源产生的热量在室内地下扩散，并逐步向室内空间扩散，达到了室内保温的效果。这种科学、简易的供暖方式，体现了古代工匠的智慧。
（周 乾 作者为故宫博物院研究馆员）
来源： 科技日报
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