建筑防热的主要设计手法

李继强

摘 要：夏季空调的使用越来越多，而空调的大量使用是和可持续发展战略背道而驰的。本文通过对夏季引起室内过热原因的分析，提出了相应的建筑防热措施，指出通过建筑及环境设计可以改善建筑室内的热环境，减少夏季空调使用量。

关键词：空调使用;室内过热;建筑防热

中图分类号： TU55+1            文献标识码： A            文章编号： 1673-1069（2017）01-56-2

0  引言

近年来，随着人们生活水平的不断提高，对建筑环境的要求也不断提高，夏季空调的使用量在快速增长。空调的大量使用，加大了夏季的电力负荷，在夏季空调使用的高峰期，往往会出现暂停供电的现象，这给人们生活带来了很大的不便。同时，大量空调的使用还增加了能源消耗和环境负荷，破坏生态环境。本文就建筑防热设计手法的探讨，指出通过对建筑自身及环境的设计，可以改善夏季的室内热环境，从而减少空调的使用量。

1  夏季引起室内过热的原因

要改善夏季室内热环境，首先要了解夏季室内过热的原因。夏季室内热量的主要来源有：①在太阳辐射和室外气温共同作用下，外围护结构外表面吸收升温，将热量传入室内，并以传导﹑辐射和对流方式使围护结构内表面及室内空气温度升高。②通过窗口直接进入的太阳辐射热，使部分地面﹑家具等吸热升温，并以长波辐射和对流换热方式加热室内空气。③自然通风过程中带进或带出的热量。④室内生产或生活过程中产生的余热，包括人体散热。

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1—屋顶﹑墙传热;2—窗口辐射;

3—热空气交换;

4—室内余热（包括人体散热）

图1  室内过热的原因        图2  建筑综合防热措施

2  建筑防热的主要设计手法

建筑防热的主要任务，就是要尽可能地减弱不利的室外热作用的影响，改善室内热环境状况，使室外热量少传入室内，并使室内热量尽快散发出去，以免室内过热。建筑防热的主要手法有如下几个方面。

2.1 减弱室外热作用

首先，要根据当地的气候合理的选择房屋的朝向和布局，防止日晒。对于夏季炎热地区，要有意识地利用建筑间的相互遮阳，特别是对于夏季室外温度高于35℃的干热地区，一般街道和庭院都比较狭窄，相邻建筑间的距离也较小，有的甚至邻居之间共用一堵墙以减少太阳辐射得热量。这样的例子在巴格达等中东地区很常见。

其次，要通过水体和绿化，降低环境辐射和气温，并对热风起冷却的作用。在中国的西双版纳地区，建筑之间往往种有很多树木，这些树木不但遮蔽着屋面，且使建筑外墙及其附近地面均处于树荫之中，从而降低了整个环境的温度。

2.2 外围护结构的隔热

建筑外围护结构的隔热有以下三种机理。

2.2.1  蓄热隔热

蓄热隔热是利用重质材料的热容和热阻大，通过热容和热阻的延缓作用，来减少室外温度波对室内热环境的影响。这里要注意的是蓄热隔热要起作用还必须要求当地的昼夜温差比较大，这样才能充分发挥材料对温度波的衰减和延迟作用。而对于昼夜温差小的地区由于材料蓄存的热量在夜间难以散发，在持续热作用下热量越积越多，反而会起到反作用。

2.2.2  吸收升温隔热

吸收升温隔热是借助于热绝缘材料的蓄热系数与导热系数小，热阻大，使外表面升温快而加强向室外对流辐射热交换散热，来减少向围护结构内部的传热。这种热过程机理会使进入外表面的热流初相位提前，这也是轻质隔热材料的隔热特点。这种方法会产生污染环境的问题（提高环境温度），同时由于断面上的温度变化较大，围护结构外表面可能会产生温度应力引起的破坏。

2.2.3  反射降温隔热

反射降温隔热是控制围护结构外表面吸收的太阳辐射热，使入射到被加热表面的日射量减少，降低外表面的温度，从而使加热表面传入表面内的热流的峰值降低并且延迟，达到隔热的目的。反射降温隔热的方法主要是对墙体外表面浅色处理。同样，在对外表面进行浅色处理来达到反射隔热的目的时，也要考虑因反射较强的太阳辐射所造成的对建筑环境的污染。

对于以上的三种隔热措施，后两种是对围护结构外表面进行处理，使室外热作用在围护结构外表面与建筑外部环境之间转化，而第一种是针对整个围护结构进行处理。对于不同的气候条件应采取不同的隔热措施，同时三者也可结合使用。

2.3 窗户的遮阳

遮阳的方式是多种多样的，或利用绿化，或结合建筑构件处理（如出檐﹑雨篷﹑外廊﹑阳台等），或采用布篷﹑竹帘和活动的铝合金百叶，或采用吸热玻璃热和反射玻璃及玻璃贴膜，或采用专门的遮阳板设施等。这里要强调几点：①对于不同方向的太阳辐射要采用不同的遮阳方法。对于无方向性的散射辐射，绿化遮阳比较有利。对于湿热地区，由于空气潮湿，大气透明度低，太阳总辐射量中相当一部分是无方向性的散射，这时固定方向的遮阳板就不起作用了，需要采用绿化遮阳。对于固定遮阳板的选择，则要根据当地的纬度和窗户的朝向，当然还要符合建筑造型上美观的要求。②窗户玻璃的选择。现代建筑中由于建筑形式上的要求，大量采用玻璃幕墙，这给建筑防热提出了很大的难题。对于玻璃幕墙，单纯用建筑构件很难起到建筑防热的作用，最常用并且最有效的方法就是采用吸热玻璃或热反射玻璃。但是这类玻璃一般价格都比较昂贵。

2.4 房间的自然通风

对于炎热的夏季，正确的自然通风能排走室内多余的热量，而不正确的自然通风则会把室外热量带入室内，恶化室内热环境。因此，根据具体的气候条件，正确的组织自然通风至关重要。

人体表面的皮肤温度大约是34℃，因此当室外空气温度高于这个值时，风压引起的水平方向的自然通风，即通常所说的穿堂风，不仅起不到它应有的作用，还会使人感到热不舒适。这就是为何我们在夏季正午要把窗户关闭的原因。在这种情况下，白天如果要进行自然通风，最好利用热压产生烟囱效应，在建筑较高部位设置出风口散发热量。例如，柯利亚设计的住宅设计中，经常将传统住宅中位于中部的起居空间拔高，上开高窗或老虎窗加强自然通风。图4为柯利亚设计的帕勒柯住宅。如果可行的话，建筑还必须在较低部位设置进风口，使来自的庭院﹑树林﹑水面或来自地下室的冷空气进来。

建筑的自然通风中，另外一个值得注意的问题是要有足够面积的可开启﹑可调节的窗户。由于空调技术的发展，在现代建筑中出现了很多全空调空间。这种空间中，所有的窗户都是固定的。实践证明，虽然通过人工空调，可以使室内的热环境满足生理热舒适的要求，但很多情况下使用者并不感到满意，这主要是由于心理上的不舒适引起的。因此，这样做不仅消耗了更多的能源，还达不到令人满意的效果。

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图4  柯利亚设计的帕勒柯住宅

3  结束语

我国是发展中国家，如果按照近两年来的空调使用增长趋势，夏季供电负荷和能源消耗的增加速度会越来越快，给环境带来的压力也会越来越大。作为新一代的建筑师，我们应尽量在建筑设计中采用一些防热设计手法，以减少人工空调的使用量，使人们工作、居住、生活在较舒适的建筑环境中而不破坏环境，节约大量能源，保护自然生态，以实现人类可持续发展的目标。

参 考 文 献

[1] 刘加平主编.建筑物理[M].中国建筑工业出版社，2000.

[2] [英]T﹒A﹒马克斯，等著，陈士辚译.建筑物·气候·能量[M].中国建筑工业出版社，1990.

[3] 陈启高.围护结构外表面在日照下的热反应[J].第五届建筑物理学术会议论文集，1989.

[4] 付祥钊主编.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].中国建筑工业出版社，2003.