建筑防熱的主要設計手法

李繼強

摘 要：夏季空調的使用越來越多，而空調的大量使用是和可持續發展戰略背道而馳的。本文通過對夏季引起室內過熱原因的分析，提出了相應的建筑防熱措施，指出通過建筑及環境設計可以改善建筑室內的熱環境，減少夏季空調使用量。

關鍵詞：空調使用;室內過熱;建筑防熱

中圖分類號： TU55+1 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： 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，對建筑環境的要求也不斷提高，夏季空調的使用量在快速增長。空調的大量使用，加大了夏季的電力負荷，在夏季空調使用的高峰期，往往會出現暫停供電的現象，這給人們生活帶來了很大的不便。同時，大量空調的使用還增加了能源消耗和環境負荷，破壞生態環境。本文就建筑防熱設計手法的探討，指出通過對建筑自身及環境的設計，可以改善夏季的室內熱環境，從而減少空調的使用量。

1 ?夏季引起室內過熱的原因

要改善夏季室內熱環境，首先要了解夏季室內過熱的原因。夏季室內熱量的主要來源有：①在太陽輻射和室外氣溫共同作用下，外圍護結構外表面吸收升溫，將熱量傳入室內，并以傳導﹑輻射和對流方式使圍護結構內表面及室內空氣溫度升高。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空氣。③自然通風過程中帶進或帶出的熱量。④室內生產或生活過程中產生的余熱，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—室內余熱（包括人體散熱）

圖1 ?室內過熱的原因 ? ? ? ?圖2 ?建筑綜合防熱措施

2 ?建筑防熱的主要設計手法

建筑防熱的主要任務，就是要盡可能地減弱不利的室外熱作用的影響，改善室內熱環境狀況，使室外熱量少傳入室內，并使室內熱量盡快散發出去，以免室內過熱。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，要根據當地的氣候合理的選擇房屋的朝向和布局，防止日曬。對于夏季炎熱地區，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，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很常見。

其次，要通過水體和綠化，降低環境輻射和氣溫，并對熱風起冷卻的作用。在中國的西雙版納地區，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，從而降低了整個環境的溫度。

2.2 外圍護結構的隔熱

建筑外圍護結構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熱環境的影響。這里要注意的是蓄熱隔熱要起作用還必須要求當地的晝夜溫差比較大，這樣才能充分發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由于材料蓄存的熱量在夜間難以散發，在持續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與導熱系數小，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，來減少向圍護結構內部的傳熱。這種熱過程機理會使進入外表面的熱流初相位提前，這也是輕質隔熱材料的隔熱特點。這種方法會產生污染環境的問題（提高環境溫度），同時由于斷面上的溫度變化較大，圍護結構外表面可能會產生溫度應力引起的破壞。

2.2.3 ?反射降溫隔熱

反射降溫隔熱是控制圍護結構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，從而使加熱表面傳入表面內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境的污染。

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

2.3 窗戶的遮陽

遮陽的方式是多種多樣的，或利用綠化，或結合建筑構件處理（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施等。這里要強調幾點：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，由于空氣潮濕，大氣透明度低，太陽總輻射量中相當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，則要根據當地的緯度和窗戶的朝向，當然還要符合建筑造型上美觀的要求。②窗戶玻璃的選擇。現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

對于炎熱的夏季，正確的自然通風能排走室內多余的熱量，而不正確的自然通風則會把室外熱量帶入室內，惡化室內熱環境。因此，根據具體的氣候條件，正確的組織自然通風至關重要。

人體表面的皮膚溫度大約是34℃，因此當室外空氣溫度高于這個值時，風壓引起的水平方向的自然通風，即通常所說的穿堂風，不僅起不到它應有的作用，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閉的原因。在這種情況下，白天如果要進行自然通風，最好利用熱壓產生煙囪效應，在建筑較高部位設置出風口散發熱量。例如，柯利亞設計的住宅設計中，經常將傳統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。圖4為柯利亞設計的帕勒柯住宅。如果可行的話，建筑還必須在較低部位設置進風口，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﹑可調節的窗戶。由于空調技術的發展，在現代建筑中出現了很多全空調空間。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，可以使室內的熱環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 ?柯利亞設計的帕勒柯住宅

3 ?結束語

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

參 考 文 獻

[1] 劉加平主編.建筑物理[M].中國建筑工業出版社，2000.

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[3] 陳啟高.圍護結構外表面在日照下的熱反應[J].第五屆建筑物理學術會議論文集，1989.

[4] 付祥釗主編.夏熱冬冷地區建筑節能技術[M].中國建筑工業出版社，2003.