建筑防熱的主要設(shè)計手法

李繼強

摘 要：夏季空調(diào)的使用越來越多，而空調(diào)的大量使用是和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背道而馳的。本文通過對夏季引起室內(nèi)過熱原因的分析，提出了相應(yīng)的建筑防熱措施，指出通過建筑及環(huán)境設(shè)計可以改善建筑室內(nèi)的熱環(huán)境，減少夏季空調(diào)使用量。

關(guān)鍵詞：空調(diào)使用;室內(nèi)過熱;建筑防熱

中圖分類號： TU55+1 ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2017）01-56-2

0 ?引言

近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，對建筑環(huán)境的要求也不斷提高，夏季空調(diào)的使用量在快速增長?？照{(diào)的大量使用，加大了夏季的電力負荷，在夏季空調(diào)使用的高峰期，往往會出現(xiàn)暫停供電的現(xiàn)象，這給人們生活帶來了很大的不便。同時，大量空調(diào)的使用還增加了能源消耗和環(huán)境負荷，破壞生態(tài)環(huán)境。本文就建筑防熱設(shè)計手法的探討，指出通過對建筑自身及環(huán)境的設(shè)計，可以改善夏季的室內(nèi)熱環(huán)境，從而減少空調(diào)的使用量。

1 ?夏季引起室內(nèi)過熱的原因

要改善夏季室內(nèi)熱環(huán)境，首先要了解夏季室內(nèi)過熱的原因。夏季室內(nèi)熱量的主要來源有：①在太陽輻射和室外氣溫共同作用下，外圍護結(jié)構(gòu)外表面吸收升溫，將熱量傳入室內(nèi)，并以傳導(dǎo)﹑輻射和對流方式使圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面及室內(nèi)空氣溫度升高。②通過窗口直接進入的太陽輻射熱，使部分地面﹑家具等吸熱升溫，并以長波輻射和對流換熱方式加熱室內(nèi)空氣。③自然通風(fēng)過程中帶進或帶出的熱量。④室內(nèi)生產(chǎn)或生活過程中產(chǎn)生的余熱，包括人體散熱。

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1—屋頂﹑墻傳熱;2—窗口輻射;

3—熱空氣交換;

4—室內(nèi)余熱（包括人體散熱）

圖1 ?室內(nèi)過熱的原因 ? ? ? ?圖2 ?建筑綜合防熱措施

2 ?建筑防熱的主要設(shè)計手法

建筑防熱的主要任務(wù)，就是要盡可能地減弱不利的室外熱作用的影響，改善室內(nèi)熱環(huán)境狀況，使室外熱量少傳入室內(nèi)，并使室內(nèi)熱量盡快散發(fā)出去，以免室內(nèi)過熱。建筑防熱的主要手法有如下幾個方面。

2.1 減弱室外熱作用

首先，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚝侠淼倪x擇房屋的朝向和布局，防止日曬。對于夏季炎熱地區(qū)，要有意識地利用建筑間的相互遮陽，特別是對于夏季室外溫度高于35℃的干熱地區(qū)，一般街道和庭院都比較狹窄，相鄰建筑間的距離也較小，有的甚至鄰居之間共用一堵墻以減少太陽輻射得熱量。這樣的例子在巴格達等中東地區(qū)很常見。

其次，要通過水體和綠化，降低環(huán)境輻射和氣溫，并對熱風(fēng)起冷卻的作用。在中國的西雙版納地區(qū)，建筑之間往往種有很多樹木，這些樹木不但遮蔽著屋面，且使建筑外墻及其附近地面均處于樹蔭之中，從而降低了整個環(huán)境的溫度。

2.2 外圍護結(jié)構(gòu)的隔熱

建筑外圍護結(jié)構(gòu)的隔熱有以下三種機理。

2.2.1 ?蓄熱隔熱

蓄熱隔熱是利用重質(zhì)材料的熱容和熱阻大，通過熱容和熱阻的延緩作用，來減少室外溫度波對室內(nèi)熱環(huán)境的影響。這里要注意的是蓄熱隔熱要起作用還必須要求當(dāng)?shù)氐臅円箿夭畋容^大，這樣才能充分發(fā)揮材料對溫度波的衰減和延遲作用。而對于晝夜溫差小的地區(qū)由于材料蓄存的熱量在夜間難以散發(fā)，在持續(xù)熱作用下熱量越積越多，反而會起到反作用。

2.2.2 ?吸收升溫隔熱

吸收升溫隔熱是借助于熱絕緣材料的蓄熱系數(shù)與導(dǎo)熱系數(shù)小，熱阻大，使外表面升溫快而加強向室外對流輻射熱交換散熱，來減少向圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳熱。這種熱過程機理會使進入外表面的熱流初相位提前，這也是輕質(zhì)隔熱材料的隔熱特點。這種方法會產(chǎn)生污染環(huán)境的問題（提高環(huán)境溫度），同時由于斷面上的溫度變化較大，圍護結(jié)構(gòu)外表面可能會產(chǎn)生溫度應(yīng)力引起的破壞。

2.2.3 ?反射降溫隔熱

反射降溫隔熱是控制圍護結(jié)構(gòu)外表面吸收的太陽輻射熱，使入射到被加熱表面的日射量減少，降低外表面的溫度，從而使加熱表面?zhèn)魅氡砻鎯?nèi)的熱流的峰值降低并且延遲，達到隔熱的目的。反射降溫隔熱的方法主要是對墻體外表面淺色處理。同樣，在對外表面進行淺色處理來達到反射隔熱的目的時，也要考慮因反射較強的太陽輻射所造成的對建筑環(huán)境的污染。

對于以上的三種隔熱措施，后兩種是對圍護結(jié)構(gòu)外表面進行處理，使室外熱作用在圍護結(jié)構(gòu)外表面與建筑外部環(huán)境之間轉(zhuǎn)化，而第一種是針對整個圍護結(jié)構(gòu)進行處理。對于不同的氣候條件應(yīng)采取不同的隔熱措施，同時三者也可結(jié)合使用。

2.3 窗戶的遮陽

遮陽的方式是多種多樣的，或利用綠化，或結(jié)合建筑構(gòu)件處理（如出檐﹑雨篷﹑外廊﹑陽臺等），或采用布篷﹑竹簾和活動的鋁合金百葉，或采用吸熱玻璃熱和反射玻璃及玻璃貼膜，或采用專門的遮陽板設(shè)施等。這里要強調(diào)幾點：①對于不同方向的太陽輻射要采用不同的遮陽方法。對于無方向性的散射輻射，綠化遮陽比較有利。對于濕熱地區(qū)，由于空氣潮濕，大氣透明度低，太陽總輻射量中相當(dāng)一部分是無方向性的散射，這時固定方向的遮陽板就不起作用了，需要采用綠化遮陽。對于固定遮陽板的選擇，則要根據(jù)當(dāng)?shù)氐木暥群痛皯舻某?，?dāng)然還要符合建筑造型上美觀的要求。②窗戶玻璃的選擇?，F(xiàn)代建筑中由于建筑形式上的要求，大量采用玻璃幕墻，這給建筑防熱提出了很大的難題。對于玻璃幕墻，單純用建筑構(gòu)件很難起到建筑防熱的作用，最常用并且最有效的方法就是采用吸熱玻璃或熱反射玻璃。但是這類玻璃一般價格都比較昂貴。

2.4 房間的自然通風(fēng)

對于炎熱的夏季，正確的自然通風(fēng)能排走室內(nèi)多余的熱量，而不正確的自然通風(fēng)則會把室外熱量帶入室內(nèi)，惡化室內(nèi)熱環(huán)境。因此，根據(jù)具體的氣候條件，正確的組織自然通風(fēng)至關(guān)重要。

人體表面的皮膚溫度大約是34℃，因此當(dāng)室外空氣溫度高于這個值時，風(fēng)壓引起的水平方向的自然通風(fēng)，即通常所說的穿堂風(fēng)，不僅起不到它應(yīng)有的作用，還會使人感到熱不舒適。這就是為何我們在夏季正午要把窗戶關(guān)閉的原因。在這種情況下，白天如果要進行自然通風(fēng)，最好利用熱壓產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，在建筑較高部位設(shè)置出風(fēng)口散發(fā)熱量。例如，柯利亞設(shè)計的住宅設(shè)計中，經(jīng)常將傳統(tǒng)住宅中位于中部的起居空間拔高，上開高窗或老虎窗加強自然通風(fēng)。圖4為柯利亞設(shè)計的帕勒柯住宅。如果可行的話，建筑還必須在較低部位設(shè)置進風(fēng)口，使來自的庭院﹑樹林﹑水面或來自地下室的冷空氣進來。

建筑的自然通風(fēng)中，另外一個值得注意的問題是要有足夠面積的可開啟﹑可調(diào)節(jié)的窗戶。由于空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)代建筑中出現(xiàn)了很多全空調(diào)空間。這種空間中，所有的窗戶都是固定的。實踐證明，雖然通過人工空調(diào)，可以使室內(nèi)的熱環(huán)境滿足生理熱舒適的要求，但很多情況下使用者并不感到滿意，這主要是由于心理上的不舒適引起的。因此，這樣做不僅消耗了更多的能源，還達不到令人滿意的效果。

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圖4 ?柯利亞設(shè)計的帕勒柯住宅

3 ?結(jié)束語

我國是發(fā)展中國家，如果按照近兩年來的空調(diào)使用增長趨勢，夏季供電負荷和能源消耗的增加速度會越來越快，給環(huán)境帶來的壓力也會越來越大。作為新一代的建筑師，我們應(yīng)盡量在建筑設(shè)計中采用一些防熱設(shè)計手法，以減少人工空調(diào)的使用量，使人們工作、居住、生活在較舒適的建筑環(huán)境中而不破壞環(huán)境，節(jié)約大量能源，保護自然生態(tài)，以實現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

參 考 文 獻

[1] 劉加平主編.建筑物理[M].中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[2] [英]T﹒A﹒馬克斯，等著，陳士轔譯.建筑物·氣候·能量[M].中國建筑工業(yè)出版社，1990.

[3] 陳啟高.圍護結(jié)構(gòu)外表面在日照下的熱反應(yīng)[J].第五屆建筑物理學(xué)術(shù)會議論文集，1989.

[4] 付祥釗主編.夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能技術(shù)[M].中國建筑工業(yè)出版社，2003.