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能源书呆子的沉思

为炎热气候设计住宅

注意屋顶细节、窗户规格和风管系统设计

这座沙漠房子是由杰里米·莱文设计的。图片来源:Lance Gerber。

从历史上看,能源效率专家对寒冷气候下的房屋比炎热气候下的房屋更关注。这不是由于毫无根据的偏见;这是因为在寒冷气候下的房子比在炎热气候下的房子有更高的年度能源账单。(2015年例如,东北部的普通家庭每年需要9400万btu;同年,南方的普通家庭每年仅需要6900万btu。)

为什么气候炎热地区的房主支付的能源费用更少?主要原因是:在佛罗里达州一个糟糕的日子里,室外温度和舒适的室内温度(δ t)之间的差异只有30华氏度。然而,在佛蒙特州的一个悲惨的日子里,delta-T是90华氏度——克服30度的delta-T比克服90度的delta-T所需的能量要少得多。

GBA一直为寒冷气候住宅的设计师提供很多建议。在本文中,我将重点介绍气候炎热的家庭。

我家有多少种供暖方式?

我们将从一个基本的问题开始:房屋是如何变热的?

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15个评论

  1. 詹姆斯·杰夫||# 1

    精彩的总结,马丁!

    在这个网站上有一条经常出现的建议,特别针对寒冷的气候,在一个相当好的或更好的房子里,卧室可能会随着房子其他地方的温度而变化。即位于中央的微型裂缝可以提供所需的所有条件;卧室的温度要低3-5度。这没关系,因为我们睡觉的时候更喜欢冷一点。

    然而,在炎热的气候下,这根本行不通,因为没有空调的卧室最终会变暖3-5度。再加上呼吸的人/动物/套间淋浴带来的热量和水分负荷,就有麻烦了。

    所以你在上面写道,“如果你提前计划,一些无管道的小裂缝可以让你的家舒适。”因此,提前规划的一部分是确保卧室有足够的空调。

    然而,卧室很小,迷你裂缝很大。问题接踵而至(过多的CFM制造不舒服的微风,周期性的太冷,然后太热,去除湿度不足,更不用说卧室里的噪音)。

    所以我认为我们应该对在炎热气候中“一些无管道的小裂缝”方法打一个大大的问号。至少它应该是无管道的,但卧室总是有管道的迷你裂缝/除湿机。一旦在卧室里设计了通风管道,就可以提供充足的新鲜空气,这总是一个加分项。

    1. GBA编辑器
      马丁Holladay||# 5

      詹姆斯,
      谢谢你的意见。你说的很有道理,我已经编辑了我的文章来反映你的观点。

      也许,整个讨论有一个更大的背景:人们感到舒适的温度范围很广。有些生活在炎热气候下的人不喜欢空调,喜欢和风扇一起生活。虽然你说得对,大多数人喜欢睡在凉爽的卧室里,但也有例外。

      不过,在所有情况下,业主都更喜欢设计良好的暖通空调系统,而不是无法将房间保持在居民所需温度的系统。

  2. 专家成员
    马尔科姆·泰勒||#2

    马丁,

    在非常不同的温带但潮湿的西北太平洋地区工作,我经常想,将屋顶与下面的结构分离是否有意义?这将提供一个覆盖生活空间的大遮蔽区域,其中一些在室内,一些在室外。它还将分离屋顶的各种功能,当所有这些功能混在一起时可能会出现问题。

    我想知道,在炎热干燥的气候中,这是不是也应该考虑一下?以类似的方式,它可以提供遮阳,但也可以阻止热量传递到下面的房子。这个推测完全基于——没有什么非常可靠的东西,但其他设计师已经尝试过了。任何想法吗?
    https://www.jetsongreen.com/2009/06/desert-modern-rimrock-ranch-house.html

    1. 尼克Defabrizio||# 3

      马尔科姆,我喜欢这个设计。我看不出有什么理由它在寒冷的气候中也不起作用

      1. 专家成员
        马尔科姆·泰勒||# 4

        尼克,

        同样,这篇文章中用来说明的房子也可以很容易地有一个类似的独立屋顶——但也许这种效果还不够重要?

    2. GBA编辑器
      马丁Holladay||# 6

      马尔科姆,
      多年来,自从我注意到印度果阿的一些家庭,用棕榈茅草墙和屋顶系统遮挡,与建筑的石头结构分开后,我就对这个想法很感兴趣。你说得对,它比传统屋顶有很多优点。

      这种方法的主要缺点是成本高。你会注意到你链接的照片包括一个坚固的钢结构,这并不便宜。

    3. KurtGranroth||# 12

      一个“穷人的”版本可能是一个金属屋顶,由屋顶的WRB/衬底和3/4英寸的毛皮条抵消——毛皮条会有一些热桥接,但大量的气流会分离大部分导电传递。我把“穷人”加上引号是因为金属屋顶在凤凰城并不常见,至少,所以它们非常昂贵。

      当我写上面的时候,我突然想到金属屋顶往往有很高的辐射率,所以在3/4英寸的间隙中可能仍然会有显著的辐射。鉴于此,低发射率箔的辐射屏障片可能会做得更好?

      无论如何,这不是这里通常做的事情,所以我也想知道它是否表现得不像它看起来应该的那样好。

      1. GBA编辑器
        马丁Holladay||# 13

        库尔特,
        减少热量从屋顶流向室内的最便宜的方法就是隔热。如果你想要更好的性能,可以在阁楼地板或屋顶组件上加厚保温层。

        1. KurtGranroth||# 14

          马丁,

          当然。我搬进80年代左右的房子后做的第一件事就是把R-60纤维素吹进来,密封阁楼内的管道(唉,这里99.9%的房子在没有空调的阁楼里都有管道)。从成本效益的角度来看,这是很难超越的,我可能在住在这里的头几年就弥补了这个成本。

          但是…阁楼的温度在160F-180F之间(我个人测量的是165F),与下面的生活空间相比,这是一个很好的80F delta-T。即使是R-60也意味着空调每天运行几个小时,这需要大量的能量,而且会导致冷空气一直吹在我们所有人身上。

          所以这就是我从纯粹的成本效益转向减少能源使用和使房子更舒适的双重次要目标的时候了。仅仅是天花板隔热是不够的。

          三层玻璃窗;阁楼上的辐射屏障;这些改进很少会有合理的回报期,但不可否认的是,它们会降低能源使用,降低空调的启动频率,从舒适的角度来看,每一点都是有帮助的。

          马尔科姆描述的“不连接的屋顶”和我抛出的“穷人的”版本都是很难在任何回报期内证明的改变的例子,但如果他们可以将阁楼温度和生活空间之间的δ t降低20华氏度(或更多?),那么出于其他原因,它绝对还是值得做的。

  3. 查理•沙利文||# 7

    我很高兴看到这个优秀的总结。一个评论和一个问题。

    引线照片里的那栋楼的玻璃一直延伸到地面。这违背了避免过多玻璃面积的指导,也提出了文章中没有提到的一点:玻璃越低,需要越宽的上方才能有效地遮挡窗户。在图片设计中,悬垂可能足够大,甚至窗户的底部都是阴影,但这是需要仔细考虑的事情。考虑到玻璃面积的减少和必要的悬垂的减少,节省的成本可能是巨大的。

    问题:你说“很难打败用连续层外部刚性泡沫隔热的混凝土砌块墙”[例如R-10]。但传统的2x6墙体结构优于这一点,并避免了混凝土的二氧化碳排放。在某些气候条件下,你可以从混凝土的热质量中获得一些好处,但这是一种碳密集型的方式来获得这种好处,而真正的好处是非常有限的。你对这个建议有什么看法?

    1. GBA编辑器
      马丁Holladay||# 8

      查理,
      这张照片没有被选为完美设计的例子。这只是一个气候炎热的房子的形象。

      关于混凝土砌块墙:你没有引用我关于混凝土砌块的那句话的开头从句:“如果你想让你的墙壁尽可能地发挥最佳的能源性能……”我坚持这种说法(尽管你说得对,混凝土的热质量并不适用于所有气候或所有可能的昼夜温度波动的例子)。我应该这样写:“如果你想让你的墙壁拥有最好的能源性能和抗白蚁能力,……”

      请注意,室内热质量将每日空调负荷的时间转移到一天中的晚些时候,这有助于减少公用事业的峰值负荷。

      你说的很对,绿色建筑商应该尽量限制混凝土的使用,因为波特兰水泥的生产是能源密集型的。我很欣赏你的评论,我已经编辑了这篇文章来反映你的观点。

    2. 专家成员
      马尔科姆·泰勒||# 9

      查理,

      除了西立面外,其他立面都有很多玻璃,但下至楼层的窗户(主要是滑动玻璃门)都在北侧。我特别喜欢这座房子的地方在于,它似乎没有任何明显的建筑妥协,最终形成了一个非常适合气候的设计。
      https://www.archdaily.com/975753/cowboy-modern-desert-eco-retreat-jeremy-levine-design

      1. 查理•沙利文||# 10

        谢谢,很高兴知道这实际上是一个很好的设计,那些位于北侧。人们仍然会质疑,把玻璃一直搬到地板上,是否值得错过前1-2英尺的正常墙壁部分所获得的更高的r值,因为你所获得的额外视图仅是露台地板,但考虑到我提出的问题,这显然是一个经过深思熟虑的设计。

        1. 专家成员
          马尔科姆·泰勒||# 11

          查理,

          我同意。从建筑的角度来说,我发现落地窗会让墙壁感觉冰冷,难以接近,而且我讨厌天井门。

  4. 丹伯戈因||# 15

    谢谢马丁的文章。我看到的大多数文章都是关于寒冷气候的,我住在萨克拉门托附近,那里有温和的秋季、冬季和春季,有时夏天非常炎热干燥。我正在考虑将我30年的房子翻新到更好的绝缘标准(外部绝缘和雨幕,将悬挑从3英寸增加到3英尺,用热泵技术取代原来的HVAC和HW,并封闭/调节小阁楼区域和可能的爬楼空间。)我们目前只需要在6 - 9月使用空调,12 - 2月使用暖气。我很感激任何关于改造现有房屋的文章(特别是在炎热的气候下)。

    再次感谢!

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