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能源解决方案

弹性设计:自然冷却

如果停电,自然冷却策略可以保证房主的安全

佛罗里达州的这种外窗遮阳板阻隔了大部分的太阳能,但也能看到外面的景色。
图片来源:Alex Wilson

在过去的一个半月里,我的博客一直在关注弹性设计——在这个气候变化的时代,弹性设计将变得更加重要。在家庭中实现弹性不仅包括通过大量的绝缘和一些被动太阳能增益(我已经在前两个博客),还包括防止在夏季断电和空调系统停止工作时,房子变得太热。本周,尽管天气寒冷,我们还是要看看避免冷负荷的策略和自然通风。

方位和建筑几何

对于新房子,我们可以相对容易地控制方向和几何形状,以减少不必要的太阳能增益。

房屋的最佳朝向是东西向的长轴,因此较长的墙壁面向南和北。这样一来,当我们需要热量的时候,房子就能从太阳中获益,而当我们不想要热量的时候,它就被挡在外面。

太阳总是从东方升起,从西方落下,但在夏天,它在天空中升得更高。通过设置更多朝南的窗户,大部分阳光会在夏天太阳高照时从玻璃上反射出去,而在冬天,阳光角度较低,大部分阳光会透过窗户,提供被动的太阳能加热(参见上周的博客).

与此同时,相对于夏季过热,在东西两侧开更少的窗户是有道理的。在夏天的一天中,从一平方英尺的东向或西向窗户照射进来的阳光明显多于从一平方英尺的南向或北向窗户照射进来的阳光,因此限制东向和西向窗户有助于防止过热。

窗口选择

我们窗户上玻璃的类型对透过窗户的阳光有很大的影响。这就是为什么在绝缘良好的建筑中,通过方向“调整”窗户几乎总是有意义的。我的意思是,在南面使用玻璃(玻璃),可以传输高比例的阳光,而在东面和西面使用玻璃,可以传输较少的阳光。我们将这个属性称为太阳热获得系数(SHGC);它是通过玻璃传输的总太阳能的比例(假设阳光以正常的(垂直的)角度照射玻璃)。

一个好的经验法则是选择SHGC值0.6或更高的南向窗户(三层玻璃窗户0.5或更高),以及SHGC值0.3或更低的东向和西向窗户。

SHGC值为0.6的窗户传输的太阳能是SHGC值为0.3的窗户的两倍。玻璃技术的最新进步之美在于,我们现在可以有相当大的窗户面积(以提供视野和自然采光),而不会像二三十年前那样消耗能源(热量损失和多余的太阳能吸收)。

遮挡窗户以免阳光直射

在南方,我们也可以使用简单的悬垂或遮阳篷来阻挡几乎所有的直射太阳。在东方和西方,不同的阴影策略是更好的,因为太阳在天空中较低。对于这些窗户,外部遮光屏或卷帘是非常有效的。所以可以种植高大的一年生植物,如蜀葵或藤本植物,如铁线莲,牵牛花和葡萄。

南方的设计师和建筑商很久以前就学会了遮阳窗的原理。在炎热气候下的传统建筑通常包括环绕式门廊,可以将阳光直接挡在房子外面,同时提供舒适的户外生活空间。(弹性设计的一部分是着眼于我们的祖父母或曾祖父母是如何建造的——并回到其中的一些乡土建筑它非常适应当地的气候。)

反光屋顶和墙壁

浅色的屋顶和墙壁反射而不是吸收大部分照射到它们的阳光。由于加热不那么多,传递到内部的热量就更少。由于屋顶和墙壁的隔热水平很高(见下文),反光外表面的需求不那么重要,但这一策略仍然可以发挥作用。

绝缘等级高,结构紧凑

就像节能的建筑围护结构可以减少热量一样损失在冬天,它还可以减少多余的热量获得在夏季-因此有助于控制冷却负荷和保持舒适。

如果我们遵循几周前提出的关于弹性房屋隔热水平的建议,那么在夏天,只要在最热的日子里关上窗户,多余的热量增加就会得到非常有效的控制。

自然通风

最后,我们可以实现弹性住房,即使失去电力,空调不能通过自然通风工作,也不会变得太热。这一策略在夜晚尤其有效,因为此时室外比室内凉爽。

简单的带有屏幕的可操作窗口是这里的主要策略,但我们可以更进一步。在炎热、阳光充足的气候条件下,比如西南地区,人们可以建造太阳能烟囱,利用温暖上升空气的自然浮力来吸入外部较冷的空气——有时通过埋在地下的入口管(土管)。墙上的可操作窗户或天窗也可以用作太阳能烟囱。

所有这些自然冷却策略都可以在夏季停电期间保持房屋的安全和舒适。在正常情况下,这些措施将大大减少空调的运行时间,同时保持更舒适的房子。

Alex是BuildingGreen公司。和执行编辑环境建设新闻.想要了解他最新的文章和想法,你可以注册他的推特账号

10评论

  1. 5 c8rvfuwev||# 1

    湿度
    有句老话说:“不是热,是湿度。”这个古老的说法在很大程度上是正确的。

    这里(东南方向)夜间温度下降到65-75度……适合夜间降温,除了潮湿令人窒息。不幸的是,正如你所指出的,Alex,当老前辈们尽其所能地处理阴影时,他们却对湿度没有太多的意见……我们现在通过空调来处理。

    使用除湿机几乎和使用空调一样浪费。

    有没有做过任何工作,产生了有用的策略,减少湿度,而不使用空调?

    到了5月,我要去找一些“干燥的阴凉处”。

  2. RobFisher||#2

    屋顶反射的问题
    我住在6a区,这里供暖的天数比制冷的天数要多。在我的气候条件下,吸引热量的屋顶不是更好吗?当我与我认识的其他建筑师交谈时,这个问题出现了。在这个问题上,我们谁也不清楚。还有像R60这样的隔热屋顶屋顶反射率真的有那么大的影响吗?

  3. user941025||# 3

    通风板
    在自然通风方面,我注意到你没有提到可操作的通风板。任何理由吗?根据我的计算,我的窗户隔热系数约为R-26,比典型的开窗要好一些。

    Mike Eliason:
    http://bruteforcecollaborative.com/wordpress/2011/02/28/vent-panels-the-new-window/

  4. 用户- 788447||# 4

    无压缩机时降低湿度
    JoeW,
    我听说过一项新兴技术,它使用盐来除湿进入的通风空气。我还没有深入了解,但我是在2009年明尼苏达大学(University of Minnesota)参加太阳能十项全能比赛时听说的。

  5. 用户- 980774||# 5

    通风板
    明尼苏达州。灾难,

    谢谢链接。我看到过用隔热板代替玻璃作为通风板的遮阳窗。硬件和防水饰条已经到位,并修剪和大小匹配的窗户。关上的时候,它看起来和其他窗户一样。

    太多的文章和评论没有解决地区差异。
    在科罗拉多前线山脉这里,你所要做的就是正确地放置窗户,并在白天/晚上的正确时间打开和关闭它们,非常低的技术。没有空调,没有盐来除湿进来的空气,只有良好的交叉风!

  6. 亚历克斯·威尔逊||# 6

    区域差异和湿度
    正如评论人士所指出的那样,在适当的自然降温策略上存在着显著的地区差异。在湿度低、昼夜温度波动大的山区气候中,这种方法可能不适合作为主要的降温策略,而在湿度更大的东南部气候中,夜间降温不那么频繁。这是千真万确的,而且我们往往没有充分关注适当的被动太阳能和自然冷却策略的区域差异。

    然而,请注意,本系列博客的重点是弹性——如何在停电的紧急情况下创建舒适和安全的住宅。我的感觉是,在这些时候,我们认为舒适的标准会更宽泛。在乔治亚州,如果我们依靠自然通风,我们可能无法接受高湿度,但如果亚特兰大停电三周,我们可以接受在这段时间内高于正常湿度的情况。即使我们在东南部通常不使用夜间通风设备,这也是一个可行的策略,作为紧急情况下的备用策略。

  7. homedesign||# 7

    减湿板
    我曾经问过一位非常杰出的(寒冷气候)建筑科学家,他对在炎热/混合气候下的建筑有什么建议....
    他的回答有点让人吃惊:“适合炎热/混合气候的建筑?”这个很好。激烈的答案是,我们必须为空调的终结而设计。空调不能永远使用下去。所以我的问题是如何在没有电网供电的情况下实现夏季舒适。很多都是关于如何做基金会。从理论上讲,粉底可以除湿,这很好。”
    所以…我很好奇,请他详细介绍一下如何用粉底除湿:
    “这只适用于地基周围的土壤得到长期保护、不受雨水侵蚀的建筑。弄清楚这一点,剩下的就简单了。”
    一个谜……我放弃了……请多告诉我一些……
    “除湿板很简单。在排水良好的土壤中,离土壤表面几英尺远的土壤气体通常在井水温度处有露点。如果平板是蒸汽渗透(没有聚,泡沫只有在边缘),那么很容易让蒸汽运输通过平板。如果平板很冷,它的渗透性就会强得多,是水分的更好导体。”
    嗯…我感觉到他太忙了,没有时间问没完没了的问题。所以我就不管了
    .....但他那不成熟的想法仍然引起了我的兴趣

  8. 用户- 659915||# 8

    潮湿的气候问题
    Alex:“即使我们在东南部通常不使用夜间通风,这也是一种可行的策略,在紧急情况下作为后备策略。”

    优秀的点。虽然完全依靠密封盒子内的空调显然不是一个弹性策略,即使在东南地区,一个混合/潮湿的家庭,有良好的自然通风能力也可以很好地利用这一点,在肩季,白天的温度可以很高,但湿度通常很低。

    说了这么多,我想要警告大家,不要在晚上使用通风降温(通常是用整个房间的风扇),然后在下午关起门来用空调。在一个密封良好的房子里,因为对进来的空气进行除湿比冷却需要更多的能源,所以在夏天最热的时候,最好是连续(每天)使用空调,或者根本不使用。

    我想为Alex在OP中的这句话大声欢呼:

    弹性设计的一部分是着眼于我们的祖辈或曾祖父母是如何建造的,并回归到一些非常适应当地气候的乡土建筑。

    这一点再怎么强调都不为过。它们是伟大的低能耗建筑者——它们必须是。

  9. 用户- 659915||# 9

    减湿板
    说这个想法不成熟是过于慷慨了。

    虽然人类状况的任何方面都不可能“永久”持续下去,但划算的光伏技术的出现实际上给了我们合理的希望,使我们能够长期持续地为我们日益高效的空调系统供电。

  10. 2 alwudyptf||# 10

    房屋自然降温一般
    这篇文章让我想起了上世纪90年代我父母住在中国东北的房子,当时大多数的公寓楼都依靠自然冷却(没有空调)。由于墙面材料主要是混凝土,所以在夏季室内自然凉爽,而在炎热潮湿的白天则相反。本文中关于窗户方向和反射屋顶的想法是自然冷却系统必须考虑的主要因素。我建议,不仅在停电的情况下,而且当人们生活在干燥和温暖的气候地区,他们可以通过取消不必要的房屋冷却或加热系统来节约能源。但对于一些全年大部分时间湿热或寒冷的地区来说,尽管有些人可能会考虑使用它,但它并没有真正发挥作用。

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