保护我们免受天气影响是建筑的主要功能之一。这可以通过主动式手段(例如使用暖气或空调设备)或被动式手段(例如运用太阳辐射、通风和有利于建筑的材料)来达到。虽然制冷和暖气技术的出现改善了室内条件,但它们也造成了一些不适合其建成环境的建筑物的出现,导致其在制冷、制热、保证内部舒适性等方面的成本十分高昂。如果没有在当地气候方面的详细说明,装有玻璃幕墙的办公楼就会把复杂的空调系统的任务要求降低至维持内部温度恒定。
建筑物的外表皮是一个十分重要的部分,因为它充当了外部和内部气候之间的过滤器,并且其在设计时应该充分考虑当地的气候条件。在温暖地区,外表皮通常需要尽可能增强建筑物的通风,同时设置宽敞的窗户和阴影区域。相反,在寒冷地区,外表皮倾向于引导阳光进入内部,从而保持建筑物内的热量。热流总是从最热的表面流向最冷的表面,并且当外表面和内表面的温度不同时发生传递。
一些研究涉及到建筑物中能量损失的主要形式。一般来说,墙壁的能量损失接近35%,门窗25%,屋顶25%,地板15%。这些热量损失的方式为对流、传导和辐射。热量损失不可避免,但建筑师有责任控制热量损失的速度。可以通过使用适当的建筑材料和技术,来建立和维护具有高水平隔热性能的防水建筑外表皮。
这时,需要强调隔热能力和热惰性的概念。隔热能力减少了寒冷季节的热量损失和炎热季节的热量增多。矿棉、陶瓷纤维、聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯等隔热材料通常具有许多孔隙,孔隙中的空气或其他气体为热绝缘体。它们有助于减少热量损失和得热。在这篇文章中我们已经讨论了如何计算传热系数,即U值。这个数值告诉我们与透过外表皮的能量相关的隔热水平。如果计算结果数值很低,则外表面隔热性能良好,如果数值很高,则表示外表面隔热性能有缺陷。另一个重要的概念是热惰性,这是材料保留热量并缓慢向环境传热的特性。具有较强热惰性的材料对大气温度的变化的反应有所延迟。对于白天和夜晚之间具有较大热量波动的地区来说,热惰性与之紧密相关。在沿海地区和气温日较差较小的地方,采用热惰性较低的材料就足以防止高温进入空间。