夏季建筑室内外降温研究

　　摘要：由于建筑的存在,人体生活的环境可划分为室内热环境和室外热环境.要想对建筑降温就要从室内与室外两方面着手,找清热的来源,从而设计出有效的防热建筑,达到建筑降温的效果.造成建筑过热的原因有:室外传温,太阳辐射直射入室内,邻近建筑物的反射热几长波辐射等.通过研究造成建筑室内过热的原因主要是室外气候因素的影响.对此解决的途径有:减弱室外热作用,窗口遮阳,维护结构的隔热与散热,合理的组织自然通风,尽量减少室内余热.；相应的降温设计方法有:外逸长波辐射降温,自然通风和夜间通风降温,蒸发冷却,土壤供冷等.
　　关键词:夏季,建筑,降温
　　随着工业的发展城市密度的提高,温室效应,热岛效应,使城市的夏天越来越炎热.建筑作为人类生存的保障,怎样才能创造一个舒适,健康,高效的室内热环境?成为当代建筑学者共同的研究对象,建筑降温问题已经成为一个刻不容缓需要解决的问题.由于建筑的存在,人体生活的环境可划分为室内热环境和室外热环境.要想对建筑降温就要从室内与室外两方面着手.从宏观和微观两方面来研究:
　　一、宏观方面:建筑基地的各种气候因素,通过建筑物的维护结构,外门窗及各类开口,直接影响室内的气候条件.为了获得良好的室内热环境,必须了解当地各主要气候因素的概况及变化规律特征,以作为建筑设计的依据.
　　一个地区的气候状况是许多因素综合作用的结果.与建筑物密切相关的因素有:太阳辐射,空气温度,风和降水.我国地域辽阔,各地气候差异很大.我国炎热地区指常年最热月份平均气温高于或等于25℃的地区.其范围主要包括长江流域的江苏、浙江、安徽、江西、湖南、湖北和四川盆地；东南沿海的福建、广东、海南和台湾及广西、云南、贵州。
　　这些地区因受东南季风和海洋暖气团北上的影响，以及强烈的太阳辐射和下垫面共同作用，使得气候炎热，夏季时间长，如不采取防热措施，势必造成室内过热，严重影响人们的生活、工作，甚至人体健康。
　　炎热地区的热气候特征
　　▲热气候有干热和湿热之分。温度高、湿度大的热气候称湿热气候；温度高而湿度低的热气候称干热气候。
　　▲气温高且持续时间长。日平均气温≥25℃的天数，每年约有100~200d。
　　▲太阳辐射强度大，水平辐射强度最高约为930~1045W/m2。
　　▲相对湿度大（75~95%），年降水量大。
　　▲季风旺盛。
　　干热区建筑特色
　　▲干热区气候干燥、气温高、温度日差较大，晴朗少云，吹热风并带沙尘。
　　▲建筑特色：墙厚少开窗或开小窗；外围护结构隔热要求高；内庭周围多设走廊，庭院内种植物和设置水池以调节干热的气候；
　　▲在干热地区，生土建筑对调节室内气温起的作用很大。如一昼夜室外气温波动在40℃~18℃之间，而室内气温的波动仅在29℃~24℃之间，房间内部温度较为稳定，具有一定的空调作用。
　　●干热地区建筑特色
　　
　　●湿热区建筑特点:
　　
　　湿热区建筑设计防热措施：
　　▲防止日辐射：周围环境要绿化；窗口要遮阳；外围护结构要隔热；朝向要合理。
　　▲争取自然通风：房屋间距、布局要合理；建筑低层架空；设通风屋顶、通风幕墙。
　　通过分析造成建筑过热的室外主要来源有:
　　(1)在太阳辐射和室外气温的作用下，使得围护结构内表面及室内空气温度升高。
　　(2)通过窗口进入室内的太阳辐射热（包括建筑物墙面、地面吸收太阳辐射热温度升高后，又向外辐射的热量），使部分地面、家具等吸热升温，加热室内空气。
　　(3)自然通风过程中带进带出的热量。
　　(4)邻近建筑物,地面,路面的反射热及长波辐射热.
　　
　　二、微观方面(室内环境影响):
　　建筑的服务对象是人,人类的活动也或多或少的影响着建筑,尤其是内部环境.人和环境之间要进行热交换,人体新陈代谢会不断发出热量,但人体并非唯一的热源,各种机器设备和人工照明都会产生很大的影响.尤其是近些年来家电设备的增多,使用中都会散发出一定的热量,也使室内温度有所升高.
　　通过研究,室内热环境状况包括物理和心理两个方面,与人的热舒适密切相关的环境物理因素有:空气温度,空气湿度,空气流动和平均辐射温度.
　　1.空气温度:空气温度给人冷热的感觉,对人体的舒适感最为重要,在人工空调环境下夏季控制在24℃~28℃时,能耗比较经济,同时又比较舒适.
　　2.空气湿度:在夏季气候炎热,当温度升高时人体需要出汗来散热降温是,空气湿度将对热舒适造成较大的影响.一般认为最适宜的相对湿度应为50％~60％.
　　3.空气流动形成了风,是改善热环境的有效办法,如在广州,上海等地对一般居室在夏季使用空调的情况下调查测试结果为:室内风速在0.3m/s~1m/s之内多数人感到愉快,只有室内风速大于1.5m/s时,多数人才认为风速太大不舒适.
　　建筑防热的途径
　　▲减弱室外的热作用，其方法主要有：正确选择朝向；绿化环境，降低辐射；浅色外围护结构，减少辐射吸收。
　　▲外围护结构的（白天）隔热与（夜间）散热。
　　▲房间的自然通风，排除房间余热。
　　▲窗口遮阳，阻挡直射阳光进入室内。
　　▲利用夜间对流、被动蒸发冷却、地冷空调等自然能防热降温。
　　三、方法：
　　通过这些途径，从物理角度出发进行深入的研究，找到建筑降温的方法：
　　1.减弱室外的热作用的方法
　　通过实例的研究
　　平屋顶、西墙、东墙、西南向墙和东南向墙所受室外热作用较大。因此，在设计时对他们进行隔热是非常必要的。室外综合温度是以一天为周期波动的，用tsa表示的公式只是一般表达式，为了进行隔热计算，还必须确定综合温度的最大值、昼夜平均值和昼夜温度波动振幅。
　　因此按照《民用建筑热工设计规范》（GB50176—93）要求，自然通风房屋的外围护结构应满足如下隔热控制指标：
　　屋顶和东（西）外墙内表面最高温度θi,max≤夏季室外计算温度最大值te,max。θi,max≤te,max
　　对于夏季特别炎热地区（南京、武汉、长沙、重庆等），屋顶和东西墙内表面最高温度值θi,max应＜室外气温最高值。θi,max＜te,max
　　当外墙和屋顶采用轻型结构时θi,max应满足下式：
　　θi,max≤te,max+o.5℃
　　▲当外墙和屋顶内侧用复合轻质材料（岩棉、泡沫塑料、石膏板），θi,max应满足下式：
　　θi,max≤te,max+1℃
　　▲对于夏季炎热，冬季又寒冷的地区，建筑设计应考虑屋顶和外墙冬季防寒夏季防热。
　　▲对于自然通风的房间，外围护结构的隔热设计主要控制其内表面温度值。要求外围护结构具有一定的衰减度和延迟时间。
　　2．外围护结构的（白天）隔热设计
　　●外围护结构隔热的重点在屋面，其次是西墙与东墙。
　　●降低室外综合温度：结构外表面采用浅色饰面，减少对太阳辐射吸收；屋顶或外墙采用遮阳结构；结构外表面选用特殊材料（对太阳短波辐射的吸收率少而对长波发射率大），降低表面温度。
　　●在外围护结构内部设置通风间层。（特适合要求白天隔热好，夜间散热快的房间）
　　●依据气候特点和房屋使用情况合理选择外围护结构的材料要求和衰减延迟能力。
　　●利用水的蒸发和植被对太阳能的转化作用降温。
　　●屋顶和东西墙应当进行隔热计算，使内表面最高温度满足隔热设计指标。
　　屋顶的隔热设计：
　　①实体材料层和带有封闭空气层的隔热屋顶。
　　应用隔热材料（隔热层）提高围护结构的热阻（R）和热惰性指标（D）值，从而加大对波动热作用的阻尼作用，使围护结构具有较大的衰减倍数和延迟时间值，可以降低围护结构内表面的平均温度和最高温度。
　　在炎热多雨地区，应用隔热层+蓄热系数较大的粘土砖或混凝土板，可增强热稳定性，特别是雨后,粘土方砖吸水，水分蒸发散热，从而可提高隔热效果。
　　应用封闭空气间层隔热，特别是在间层内加铺反射系数大、辐射系数小的材料如铝箔，隔热效果显著。
　　3．外逸长波辐射降温
　　外逸长波辐射降温是指利用建筑表面的长波辐射来使建筑围护结构自身散热降温，分为被动式和混合式两类，第一种主要使用建筑的屋顶墙体和开启的窗户作为辐射条件，第二种包括改用在长波辐射的波长范围内辐射能力较强的金属表面。
　　实例：需冷屋顶（墙体）利用在屋顶上放置装有水或其他液体的容器，夏季白天以隔热材料覆盖，防止热获得，夜间拿开隔热材料，，将被水吸收的热量通过外逸长波辐射散热到夜空中，冷却建筑。
　　4.自然通风和夜间通风降温
　　⑴有效组织自然通风气流，安排好进风口和排气孔的位置控制气流的方向及速度
　　⑵利用开启式天窗，在必要时打开天窗降温除湿；
　　⑶设置采风装置例如捕风塔，引导气流流经建筑需要通风降温的部位；
　　⑷利用导风设施强化自然风，包括导风墙体，绿化，建筑内外形体，导风板等。
　　5．蒸发冷却
　　蒸发冷却可分为被动直接，被动间接，混合直接及混合间接蒸发冷却系统。被动直接蒸发冷却（PDEC）系统包括依靠植物的蒸发冷却，使用喷泉，喷水池，室内或半室内水面以及容积式或塔式蒸发冷却技术。建筑周围的蒸发效应可以有效促进自然通风，还能用来冷却建筑外围护结构。
　　6．土壤供冷
　　土壤供冷最常用的办法是将PVC塑料管或水泥管埋入地下1m~3m深处，将室内空气通入其中冷却后抽送至室内。空气直接与土壤或地道接触的冷却方式，如地道风降温，因空气质量较差，使用受到限制。土壤供冷利用生土建筑来降温，不仅在使用过程中可以节约大量日常运行能源，同时，由于使用原始材料，因而生产和建造过程中能耗也很少。
　　四、后记
　　通过研究，建筑物可以采用不同的设计手法达到降温的效果，实践证明，在提高维护结构隔热性能以大大减小空调负荷的基础上，配以自然冷却的技术和措施，对许多地区是非常有效的。建筑的自然冷却的基本思路可归纳为防止或尽量减少建筑得热以及加大散热量两条，这些方法和技术有不少是古老的，但又因现代科技发展而得到了新的发展。
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