这篇文章是 PopSci “炎热月份”系列的一部分。从无情的阳光到炙热的烤架，感觉热（以及降温）现在是日常的功课。用最新的科学、装备和智能 DIY 点子来启发您的大脑。
在过去的一千多年里，风塔一直存在于波斯湾及其周边地区。这些建筑塔楼是自然通风和被动降温的完美典范——这些理念在可持续设计中越来越受到关注。随着建筑师和环保人士都在寻求摆脱传统耗能的供暖、通风和空调系统，风塔成为了建筑设计与环境相结合以应对我们新的气候现实的一个典范。
如果最近对酷暑夏日的记忆还不足以激励您，那么美国环保署的数据显示，美国大陆的大部分州只能预期恒温器上的数字会继续攀升。美国有记录以来最温暖的十年中有八年都发生在 1998 年之后，其中 2012 年和 2015 年位居第一和第二。今年是第四温暖的。而且，有一些方法可以解决这个问题，而且不需要空调系统。
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夏季保持凉爽的关键在于控制建筑结构中的元素如何与太阳能相互作用。这反过来又将决定房屋的设计。
“被动式太阳能设计……就是您在设计建筑时可以做的所有事情，以自然地调节建筑并使其成为更好的居住场所，”在可持续设计领域工作了近五十年的建筑师 David Wright 说。被动式太阳能设计原则是建造能够让我们舒适并防止电费飙升的房屋的核心。
1. 考虑地理位置
并非所有气候都一样。在波士顿和在奥斯汀建房将面临各自独特的限制和挑战。当我们面临来自西部野火到东部飓风等各种环境威胁时，我们的房屋必须考虑到迫在眉睫的气候危机。
在理想情况下，您的房屋将朝向一个可以方便地利用自然风的方向。通过弄清楚夏季微风的吹向，您可以更好地规划入口和窗户的位置，以便自然地为您的房屋降温。
2. 利用遮阳
在我们进入房屋之前，就应该尽量保护外部免受阳光直射。如果您居住在树木环绕的地方，它们提供了极佳的自然遮蔽。特别是落叶树，它们会随着季节落叶，在那些吃冰淇淋和柠檬水的月份能有效地阻挡阳光，然后在冬季您想要温暖阳光时让阳光透入。
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如果地形允许，您甚至可以将房屋建造得尽可能地“依地而建”。这些房屋可以完全建在地下，或者将墙壁或屋顶等结构建在土壤旁边。这是一种在应对极端气候方面特别节能且经济有效（至少从长远来看）的方法。如果没有方便的山坡，您可以安装画布、遮阳篷或屋檐等保护性覆盖物，以防止阳光直接照射到房屋的屋顶和墙壁。屋檐的深度至关重要：太深会遮挡冬日的阳光，太浅则会带来过多的夏季热量。正确的测量将取决于您的位置。您可以利用许多可用的工具和在线指南自行计算，或者跳过搜索，直接咨询建筑师以获取具体信息。
3. 策略性地放置窗户
窗户可能是您通风和为房屋降温最重要的工具。特别是，交叉通风依赖于这样的概念：通过在相对两侧设置大小相似的窗户，空气被吸入房屋，通过帮助汗液蒸发来冷却您的身体，然后通过相对的窗户排出。这会产生宜人的自然微风。创造良好交叉通风的关键在于确定风来自何方。
“您要确保打开朝西和朝南的窗户，这样您就可以捕捉到那些风，然后您需要让风排出，”卡内基梅隆大学建筑学教授兼前建筑学院院长 Vivan Loftness 说。“您能打开的窗户越多，您就能穿过房屋的空气就越多。但如果您想加快风速，有一个经验法则说，迎风面应该少开窗，背风面多开窗。”
Loftness 指的是文丘里效应，这是流体动力学中的一个原理，意味着如果风被挤压通过狭窄的开口，风速就会增加，就像摩天大楼之间的风洞一样。当风通过较小的开口被吸入房屋时，它在房屋内的速度会加快，使微风感觉更强劲。
窗户的位置也非常重要。为朝南和朝北的窗户提供遮阳比为朝东或朝西的窗户提供遮阳要容易得多。这是因为随着太阳从东向西穿过我们的天空，在下午它会以更低的视角照射窗户。
“除非您有最壮观的景色，否则让人们暴露在下午极热时大量受到太阳热量的照射是不可原谅的，”Loftness 说。
4. 制造空气流动柱
利用一些基本的化学和物理原理，您还可以帮助重新引导房屋内的气流。利用设计师称之为烟囱效应的方法，您可以将热空气引导到房屋顶部，并使其远离人们生活、饮食和睡眠的地面区域。热空气上升是因为它比冷空气密度小，因此，通过高高的天花板和一个较窄的开口创建一个通风塔，可以将热空气引导到塔中。这种运动会将更冷的空气吸入较低的生活空间，因为它密度更大，会保留在地面附近。
您可以通过将窗户安装在高处（如高窗（靠近天花板的窗户）或天窗）来实现这种塔状结构，或者简单地创建像中庭这样比房间其他部分天花板更高的空间。最高点与地面之间的高度差越大，效果就越显著。如果您已经有阁楼，您也可以创建一个阁楼舱口。为了确保您不是仅仅循环使用陈旧的空气，请打开一扇窗户引入一些新鲜空气。（别忘了窗纱以防恼人的虫子。）
5. 明智地选择屋顶材料
给您的屋顶保温。并且，在您这样做的时候，给它刷漆。给房屋顶部（包括阁楼）保温，可以防止阳光照射屋顶时积聚的所有热量进入住宅。这是抵御夏季阳光的额外保护层。使用反射材料建造屋顶是确保通过屋顶吸收的热量减少的另一种方法。就像沙滩上的白色亚麻布一样，这传统上意味着使用颜色较浅的材料。但是，白色屋顶不一定是最受许多房主审美喜好的选择。
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“现在，屋顶行业一直在开发深色的屋顶瓦片，而它们碰巧具有高反射性，”Loftness 说。“换句话说，颜色和反射率以前就像窗户一样。以前只有一个选择：如果您想高反射，就必须铺设白色屋顶。但如今，他们已经找到了一种制造涂料的方法，这些涂料虽然不是白色的，但实际上具有高反射性。”
6. 建造更厚的墙壁
我们想到炎热的夏天时，脑海中会浮现地中海别墅和阿拉伯沙漠居所的景象，这并非没有原因。这些房屋传统上一直建造为抵御高温。您还会注意到木质结构和阁楼的显著缺乏。这是因为混凝土等厚重材料具有更高的热质量，这使得它们可以在白天储存过多的热量，然后在晚上通过冷空气将其排出。通过这个过程，混凝土、石头和砖块等材料在被动降温方面效果更好，因为它们基本上有更多的容量来储存本来会转移到室内空气中的热量。
7. 为未来而设计
我们设计的不仅仅是为了应对几场异常炎热的夏天——气候变化温度计只会不断攀升。我们现在建造的房屋将在未来几十年内需要抵御更高的热量。设计它们在极端高温下保持凉爽是我们减轻对污染能源系统需求的一种方式。随着我们的设计变得越来越聪明、越来越注重环保，我们可以越来越少地依赖人工制冷和联邦能源系统。
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正如 Loftness 所解释的，当我们开始设计可持续性时，我们就开始设计有弹性的房屋。随着风暴和火灾威胁到我们电力供应的可靠性，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，与其那时才突然停止使用，不如现在就开始设计不依赖人工制冷的房屋。
“想象一下，您家的电力停了整整一周，而您的房子是设计有中央空调系统，并且遮阳效果很差，几乎没有，”她解释道。“在许多情况下，很多窗户甚至都不开。您可以打开前门，也许有一两个窗户被密封了十年。您会非常难以忍受在下午甚至根本无法待在那家里。因此，弹性是一个重要的词，让我们去理解，因为出于各种原因，电力将会中断。”
本文已更新。最初发布于 2021 年 5 月 12 日。
