建造凉爽房屋的 7 个技巧

这个故事是 PopSci 的“炎热月份”的一部分。从无情的阳光到炙热的烧烤，炎热（和降温）现在已成为日常生活的一部分。用最新的科学、装备和聪明的 DIY 想法来温暖你的大脑。

在过去的一千年甚至更长的时间里，波斯湾及其周边地区一直存在着风力收集器。这些建筑塔是自然通风和被动冷却的完美典范——这些理念在可持续设计中变得越来越重要。随着建筑师和环保主义者都试图摆脱传统的能源密集型供暖、通风和空调系统，风力收集器是建筑设计与环境相结合的典型例子，可以解决我们新的气候现实问题。

如果最近酷热的夏天还不足以让人动心，那么美国环境保护署的数据显示，美国本土大多数州的恒温器温度只会不断上升。美国有记录以来最热的 10 年中有 8 年发生在 1998 年之后，其中 2012 年和 2015 年分别位列第一和第二。今年位列第四。而且，有办法解决这个问题，而不需要暖通空调系统。

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夏季保持凉爽的关键在于控制建筑结构中元素与太阳能的相互作用。这反过来又决定了房屋的设计。

近五十年来一直致力于可持续设计运动的建筑师戴维·赖特 (David Wright) 表示：“被动式太阳能设计……就是在设计建筑物时可以做的所有事情，基本上是自然调节，使之成为更适合居住的地方。”被动式太阳能设计的原则是建造房屋的核心，既能让我们感到舒适，又能防止电费暴涨。

1. 记住位置

并非所有气候都是平等的。在波士顿建造房屋与在奥斯汀建造房屋相比，会面临独特的限制和挑战。当我们面临从西部的野火到东部的飓风等各种环境威胁时，我们在建造房屋时必须考虑到迫在眉睫的气候危机。

理想情况下，您的房屋朝向应便于利用自然形成的风向。通过了解夏季微风的吹向，您可以更好地规划入口和窗户的位置，以便让房屋自然降温。

2. 利用阴凉处

在我们进入屋内之前，尝试保护外部免受阳光直射是有益的。如果你住在树木环绕的地方，树木会提供极好的自然遮蔽。尤其是落叶乔木，即季节性落叶的树木，在冰淇淋和柠檬水季节可以有效地遮挡阳光，然后在你需要温暖的阳光时让冬日的阳光照进来。

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如果地形允许，你甚至可以建造房屋，用最委婉的说法，就是建在地下。这些房屋可以完全建在地下，也可以建有墙壁或屋顶等结构，以防土壤侵蚀。这是一种特别节能且经济有效的（至少从长远来看）应对极端气候的方法。如果没有方便的山坡，你可以安装帆布、遮阳篷或悬挑结构等防护覆盖物，以防止阳光直射到房屋的屋顶和墙壁上。悬挑结构的深度至关重要：太深，冬天就无法晒到太阳；太浅，夏天又太热。正确的测量方法取决于你的位置。你可以使用网上的许多工具和指南自己进行计算，或者跳过搜索，向建筑师询问具体信息。

3. 策略性地放置窗户

窗户可能是您家中通风和降温最重要的工具。具体来说，交叉通风依赖于这样的概念：通过创建彼此相对的类似尺寸的窗户：空气被吸入房屋，通过帮助热量蒸发来冷却您的身体，然后通过相对的窗户排出。这会产生一股宜人的自然微风。实现良好交叉通风的关键是弄清楚风从哪里来。

“你要确保打开西面和南面的窗户，这样你才能接收风，然后再把风吹出去，”卡内基梅隆大学建筑学教授、前建筑学院院长维万·洛夫特内斯 (Vivan Loftness) 说道。“打开的窗户越多，穿过房屋的气流就越多。但如果你想加快风速，有一条经验法则是，迎风面的窗户应该打开得少一些，背风面的窗户应该打开得多一些。”

Loftness 指的是文丘里效应，这是流体力学中使用的原理，意思是如果风被挤过一个狭窄的开口，比如摩天大楼之间的风洞，风速就会增加。当风通过一个较小的开口进入房屋时，它会在房屋内加速，使微风感觉更强。

窗户的位置也很重要。为朝南和朝北的窗户提供遮阳比朝东或朝西的窗户容易得多。这是因为当太阳从东向西落下天空时，下午透过窗户照射进来的角度要低得多。

洛夫特内斯说：“除非你拥有最壮观的景色，否则让人们在下午晚些时候、天气已经非常炎热的时候承受巨大的太阳热量，这是不可原谅的。”

4. 创造流动的气柱

通过使用一些化学和物理学的基本原理，您还可以帮助改变房屋内的气流方向。利用设计师所谓的烟囱效应，您可以将热空气引向房屋顶部，使其远离人们生活、吃饭和睡觉的地面。热空气上升是因为它比冷空气密度小，因此，通过高天花板和较窄的开口形成通风塔，将热空气引入通风塔。这种运动将冷空气拉入较低的生活空间，因为它密度更大，会更靠近地面。

您可以通过将窗户放置在更高的位置来创建此塔，例如天窗（位于天花板附近）或天窗，或者简单地创建像中庭这样的空间，这些空间的天花板比房间的其余部分更高。峰顶高度与地面之间的高度差越大，效果就越大。如果您已经有阁楼，您还可以创建一个阁楼舱口。为了确保您不只是循环陈腐的空气，请打开一扇窗户引入一些新鲜空气。（不要忘记为那些讨厌的虫子安装纱窗。）

5. 明智选择屋顶材料

给屋顶做隔热处理。在做隔热处理的同时，也要给屋顶刷漆。给屋顶（包括阁楼）做隔热处理，可以防止阳光照射屋顶时产生的热量进入住宅。这是抵御夏日阳光的额外保护层。用反光材料建造屋顶是确保屋顶吸收更少热量的另一种方法。就像海滩上的白色亚麻布一样，这在历史上意味着使用颜色较浅的材料。但白色屋顶不一定是大多数房主审美愿望的首选。

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“现在屋顶行业一直在开发深色的屋顶瓦，这种瓦恰好具有高反射性，”洛夫特内斯说。“换句话说，颜色和反射率曾经就像窗户一样。过去只有一种选择：如果你想要高反射性，你就必须装上白色的屋顶。但今天他们已经找到了一种方法来制造不是白色但实际上具有高反射性的涂层。”

6. 建造更厚的墙

当我们想到炎热的夏天时，地中海别墅和阿拉伯沙漠住宅的形象就会浮现在我们的脑海中，这是有原因的。这些房屋传统上一直被建造成能够承受高温。你还会注意到木结构和阁楼明显不足。这是因为像混凝土这样厚重的材料具有更多的热质量，这使得它们能够在白天储存多余的热量，然后在晚上通过冷空气将其带走。通过这一过程，混凝土、石头和砖块等材料更适合被动冷却房屋，因为它们本质上具有更大的容量来储存否则会转移到房屋内空气中的热量。

7. 为未来而设计

我们不只是为几个异常炎热的夏天而设计——气候变化的温度计只会不断上升。我们现在建造的房屋将需要在未来几十年承受更多的热量。设计它们以在极端温度下保持凉爽只是我们可以采取的措施之一，以减轻我们对污染能源系统的需求。随着我们的设计变得更加巧妙和环保，我们可以越来越少地依赖人工冷却和联邦能源系统。

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正如洛夫特内斯所解释的那样，当我们开始设计可持续性时，我们就开始设计弹性房屋。随着风暴和火灾威胁到我们电力的可靠性，弹性将变得越来越重要。我们可能很快就会发现自己处于没有空调的境地，而不是到那时就彻​​底戒掉，我们现在可以设计不依赖人工冷却的房屋。

“想象一下，你家停电一周，你家设计了中央空调系统，但遮阳效果并不好，甚至根本没有，”她解释道。“在很多情况下，很多窗户都打不开。你可以打开前门，但也许有一两扇窗户已经关了 10 年。下午你很难待在家里，甚至根本就待不下去。因此，弹性是我们需要理解的一个重要词，因为停电的原因有很多。”

这篇文章已更新。它最初于 2021 年 5 月 12 日发布。