建築：你能在沒有空調的情況下給房子降溫嗎？

你能在沒有空調的情況下給房子降溫嗎？

隨著全球夏季氣溫升高，越來越多的建築物正在安裝高耗能的空調，這也是氣候變遷的主因。但是有沒有辦法能在不打開空調的情況下為建築物降溫？

乍看之下，這個景色很容易被誤認為是哈比屯連綿起伏的小丘，完美的圓形門坐落在鬱鬱蔥蔥的綠色山坡上，但是門是玻璃做的，裡面不是舒適的哈比人洞穴，而是一排巨大的機械鋼臂和槓桿，將一些門半開著。

這些山丘是美國舊金山加州科學院屋頂的一部分。起伏的綠色屋頂是使學院成為美國最大的被動通風空間之一，的一系列工程和設計特徵之一。這意味著即使在夏季的高峰期，這座建築幾乎都是依靠巧妙地操控元素來保持涼爽，幾乎沒有用到空調。

像這樣的屋頂是建築師、工程師和設計師重新思考建築物的一種方式，以尋找在沒有空調的情況下保持涼爽的方法。挑戰變得越來越緊迫；又是炎熱的一年，熱浪席捲澳洲、南亞、北美和歐洲。為了應對因氣候變遷而變得更加頻繁的熱浪，到2050年，全球空調設備的數量預計將增加兩倍以上。除了消耗大量電力外，空調設備還包含有強效溫室氣體的製冷劑。事實上，這些製冷劑才是地球上每個國家增長最快的溫室氣體排放源。

加州科學院的有趣設計是為了促進建築物周圍的冷卻空氣運動（圖片來源：Cody Andresen）

但是這有其他替代方案，而且還有很多。從經歷了7,000多年的嘗試和測試的古老建築設計，到加州科學院的尖端技術，以讓我們可以建造幾乎不需要能源又能保持涼爽的建築。

在科學院，屋頂的草地圓頂轉移了建築物內的自然空氣流動，當風吹過時，山的一側處於負壓，這有助於透過自動控制的屋頂窗戶，將空氣吸入建築物。屋頂被植被覆蓋事實上也有助於降低下方空間的溫度，同時為上方的野生動物提供棲息地。

參與了該建築設計的Arup機械工程全球負責人Alisdair McGregor說，“我們從假設我們不會有空調的情況下，從想像該建築設計能走多遠的態度開始。”但他也補充說，透過這種方法來完全的控制整個建築的溫度是很少見的。建築物旁邊的高速公路可能限制了我們無法打開窗戶，或者大樓可能有很多高溫的設備或者有人有特殊的需求，例如在醫院裡。但這至少意味著空調，以及其成本和排放量會被降至最低。

加州科學院是被動設計的尖端，但它也是一個近5億美元的建築，也使用到了一些永續發展領域最優秀的工程師和建築師。那我們大多數人，大部分時間都會待的更普通的日常建築呢？被動冷卻也能讓它們預防熱浪嗎？

水

最簡單的被動冷卻形式之一，就是利用水蒸發時空氣中的溫度變化。水從液態變成氣態需要能量，並且它以熱量的形式從空氣中獲取能量。

“蒸發冷卻是一種自然現象，”西班牙北部巴利亞多利德大學的工程師Ana Tejero González說。“我們可以在自然界中看到很多這種情況的例子。”它可以冷卻表面和空氣，例如出汗時的皮膚，或狗喘氣時的舌頭。

Botijo透過讓水滲透其粘土牆，來幫助蒸發冷卻（圖片來源：Getty Images）

在Ana的西班牙家鄉，一個名為botijo​的傳統物品就是使用了相同的原理。Botijo是一個由多孔粘土製成的大罐子，農場工人用它們來盛水或酒以便帶到田裡。少量的飲料透過粘土壁上的孔隙蒸發，即使在西班牙炎熱的陽光下，也能保持內部液體的涼爽。

蒸發冷卻在建築中的使用可以追溯到古埃及和羅馬人。但是一些更複雜的例子來自於阿拉伯建築，和稱為mashrabiya的結構。Mashrabiya是一種華麗的傳統木製格子架子，上面刻有復雜的設計，在建築物的外部或內部都可以找的到。在夏天，mashrabiya還可以為裝滿水的botijo多孔陶罐提供陰涼處。當微風穿過mashrabiya和陶罐時，將有助於冷卻房間。

但是還有更簡單的方法在建築物中或外部空間來利用蒸發冷卻。院子裡的池塘、噴泉、或流經空間的水流，都可以達到相同的目的。在室內，在靠近窗戶或通風的地方放一盆陶器水也可以幫助冷卻。

地表

總部位於印度的建築事務所Morphogenesis公司的創始合夥人，Manit Rastogi表示，如果北半球的溫帶地區要全部具備應對未來將成常規的極端高溫的能力，那麼他們應該從南半球的古代和現代建築中學習。“這個地區一直很熱，”Rastogi說。數千年來，被動冷卻系統一直是必不可少的，“我們用傳統的手法在這裡所完成的大部分建築，都是在沒有機械幫助的情況下而實現涼爽條件的非凡例子。”

即使在暴露的、炎熱、和乾旱的氣候中，涼爽的溫度也是無處不在的。在印度北部拉賈斯坦邦的首府齋浦爾，夏季幾個月的白天氣溫經常高達40度C以上，但就在地下幾公尺處，即使是在最炎熱的夏季，該地區的地下溫度卻仍然保持在溫和的25度C。

而解決的方案就是挖掘，Rastogi說，他利用這一原則設計了齋浦爾珍珠時裝學院。Rastogi和他的同事在學院的內部陰涼庭院中，使用了傳統的印度階梯水井(Baoli)。一排排灰色的石階無縫地通向一個巨大的、靜止的、收集雨水和來自建築物的廢水池的邊緣。由地下溫度冷卻的水池會從庭院吸收大量的熱量，以保持空氣的清新。“挖掘地球非常非常的有效，”Rastogi說。

雖然這是一個有吸引力的解決方案，但您也不必在您的房屋內挖一口大井來達到相同的現象。商用地源加熱和冷卻系統透過將一種液體泵送至室外的地下管線，從而利用地球或多或少穩定的全年溫度。當液體的溫度下降到地球的溫度後，就會被送回室內，再透過地板下的管線來冷卻房子。這個系統既可用於冬季加熱建築物，也可用於夏季冷卻建築物。全球對它們用於取暖的吸收一直很緩慢，但它們在冷卻方面卻越來越受歡迎，特別是在夏季的中國北方城市。

地源供暖和製冷系統利用地底穩定的溫度來調節室內氣候（圖片來源：Getty Images）

除了Baoli，齋浦爾的珍珠時裝學院還使用了其他的技巧來降低溫度。從外觀看，這座建築是一個簡單的矩形形狀，雖然看起來可能不是很優雅，但它的好處是它最大限度地增加了外部表面積的內部空間，這樣暴露在陽光下的每吋面積都會吸收到熱量。距離外牆約四英尺的地方，多孔的石頭“皮膚”將這座建築遮蔽起來，這有助於為建築物遮陽並緩衝溫度。“這些方法都有關於接觸大自然，並了解它是如何運作的，”Rastogi說。“當你了解了建築和它的類型，工作就會容易得多。”

而結果使學院內部即使在最熱的月份，也只有不冷不熱的29度C，這使得即便在必要時也可以非常適度地使用空調。

風

伊朗的亞茲德市素有“捕風城”之稱。捕風器是設立在平頂建築物頂部，帶有拱形無玻璃窗戶的塔樓，面向盛行風的方向。幾個世紀以來，這些塔樓一直捕捉微風並將其引導至住宅，塔樓內的一系列葉片將其分成多個通道。捕風器的拱形屋頂有助於促進空氣流通，即使在沒有強風吹拂的情況下也是如此。有時，空氣流過一潭水，或是圓頂室內的蓄水池，以促進進一步的冷卻。

根據德黑蘭阿扎德大學建築學助理教授Mahnaz Mahmoudi Zarandi的研究，亞茲德的捕風器是中東地區最多樣化，和最具創造力的建築之一。對亞茲德捕風器的分析也發現，最有效的型式可以將室內空氣溫度從40度C降低到29.3度C。

Arup的McGregor說，對那些沒有安裝捕風器的普通建築而言，它們仍有選擇。在建築物的不同側面，在不同的高度打開窗戶也可以幫助空氣通過。“有時你甚至會得到太好的效果，幾乎會被狂風呼嘯而過，”McGregor說。“如果在一個高大中庭的頂部有開口，而底部有一個門，單單透過改變開口的程度，您就可以控制通過建築物的氣流。”

混凝土叢林

如果只考慮單個建築物的規模，無論設計多麼的巧妙，也只能將溫度降低到一定的程度。但如果是了解了建築物與其他城市景觀相互作用的方式，將可以幫助將溫度進一步降低。

被戲稱為“對講機”的倫敦摩天大樓 (20 Fenchurch Street) 給了我們一個不該重複的教訓。這座建築有一個巨大的凹面，雖然它看起來很花哨，但向內彎曲的摩天大樓並不常見是有原因的。當該建築還未完工時，人們就發現那巨大、閃亮的凹面就像一個放大鏡，將太陽的光線聚焦在一個小區域上，而那個焦點恰好是一家美髮店和一家越南餐館外幾公尺的人行道。而結果就是高溫以至於油漆融化，汽車零件起泡和彎曲，瓷磚碎裂，和門墊著火。

茂密的植被有助於中國成都等城市在夏季保持涼爽（圖片來源：Getty Images）

由於最後添加了一塊由鋁板條製成的巨大遮陽板，問題現已得到解決，但它也顯示了一個微小的設計調整，是如何可以深刻地改變城市的溫度。但即使沒有一個摩天大樓大小的放大鏡灼傷人行道，也存在著城市熱島效應的問題，暗淡的灰色混凝土吸收太陽的熱量，並將其輻射回悶熱的行人身上，就像是一個非常不必要的熱水瓶。

我們可能會認為熱島效應是城市在夏天的必然之惡，但是我們卻可以調整城市空間來減少它，而最有效的方法之一就是引入一些植被。我們憑直覺知道這一點，這是馬略卡島帕爾馬市綠樹成蔭的林蔭大道，與紐約暴露在外的人行道之間的區別。

在哥倫比亞的麥德林，市政當局一直在試驗穿越城市的“綠色走廊”。他們利用了18條道路和12條水道的邊緣，在城市的灰色地帶開發了30條的綠色走廊，而這些綠色條帶也將溫度降低了2度C。威斯康森大學麥迪遜分校的生態學家，Monica Turner的一項研究表示，即使是更廣泛的樹木覆蓋，也可以將城市溫度降低多達5度C。

許多城市都正在採取類似的措施。米蘭市政當局計劃到2030年在該市種植300萬棵樹。澳洲墨爾本也開始了一項植樹計劃，以在未來的熱浪中保持城市宜居。而新城市，例如中國的柳州森林城市，就能夠從一開始就編織出被植被覆蓋的城市。

退出策略

當然，即便被動冷卻的建築處於在設計良好的城市中，但有時這些設計措施還是不夠。在一家到處都是發熱設備和脆弱人們的醫院中，就有超出被動系統所能達到的冷卻需求。巴利亞多利德大學的Tejero González就說，“在這裡，我們不太關心能耗，我們只需要在室內達到合適的溫度。”

最重要的是，傳統空調應該是最後的手段，而不是輔助。McGregor補充說，也許被動冷卻最大的貢獻，就是它提供了一種讓我們擺脫目前陷入空調惡性循環的方法。空調設備使我們保持涼爽的同時，也在幫助加熱這個世界。

原著: Martha Henriques, August 24, 2019

https://www.bbc.com/future/article/20190822-are-there-alternatives-to-air-conditioning