前言

    隨著人們對于環(huán)境污染問題越來越重視、對于室內(nèi)空氣品質(zhì)要求的不斷提高，在不斷加緊研究和推行空調(diào)節(jié)能，改善室內(nèi)空氣條件，尋找替代冷源的同時，許多國家都在積極研究探索利用自然條件的冷卻方法。理論上，以降低建筑物維護(hù)結(jié)構(gòu)外表面溫度為目的的利用太陽能被動蒸發(fā)冷卻問題，按蒸發(fā)機(jī)理可分為兩類：一類是自由水面的蒸發(fā)冷卻問題，這類問題包括蓄水屋面、蓄水漂浮物、淺層蓄水、流動水膜及復(fù)雜的噴霧措施等；另一類則是多孔材料蓄水蒸發(fā)冷卻問題。

    １．第一類：自由水面蒸發(fā)冷卻問題

    較早時期的建筑被動蒸發(fā)冷卻并沒有被詳細(xì)的分類，主要是采用在屋頂覆蓋上一層水袋的方法使建筑物降溫。水袋上有一層可移動的隔熱板，在白天時將隔熱板蓋在水袋上，使其不受陽光照射，有了水袋，天花板的溫度較低，在室內(nèi)起冷源作用。夜間，將水袋暴露于空間，通過對流輻射使它將熱能散失掉。在較干燥的地區(qū)，夏天可以采用蒸發(fā)冷卻方案，設(shè)置一個濕冷器以增加空氣濕度，即當(dāng)室外空氣通過濕冷器使空氣降溫加濕，以上兩種方式都可稱為被動蒸發(fā)冷卻的雛形。

    ２．第二類：多孔材料蓄水蒸發(fā)冷卻問題

    此類蒸發(fā)冷卻采用在建筑物面上鋪設(shè)一層多孔材料，如松散的砂層或加氣混凝土層等，此層材料依靠淋水或天然降水來補(bǔ)充含濕層水分。當(dāng)材料含濕后受太陽輻射和大氣對流及天空長波輻射換熱，內(nèi)部水分通過熱濕遷移機(jī)理的作用遷移至表面并在此蒸發(fā)。含濕多孔體水分蒸發(fā)過程是眾多因素綜合作用的結(jié)果，如液體擴(kuò)散、毛細(xì)流動、蒸發(fā)凝結(jié)、壓力梯度、重力等。在蒸發(fā)冷卻過程中，最初材料表層存在一層連續(xù)水膜，這層水膜的蒸發(fā)基本上如同上面所說的自由液面的蒸發(fā)，不受材料內(nèi)部因素的影響，隨著這層水膜的蒸發(fā)材料表面含濕量減少，材料內(nèi)部的水分就會補(bǔ)充到材料表面進(jìn)行蒸發(fā)，如果表面水分的補(bǔ)充速度低于表面水分蒸發(fā)速度，那么材料的蒸發(fā)面將會下降，會影響到蒸發(fā)效果。屋頂鋪設(shè)松散的多孔含濕材料的被動蒸發(fā)冷卻方法適用于一些雨量豐富、風(fēng)力較小的北亞熱帶地區(qū)，在建筑物屋頂平面使用。而鋪設(shè)固體的多孔材料對于雨量豐富、風(fēng)速大的南亞熱帶地區(qū)在建筑物外表面及城市道路上使用。在氣候干旱少雨的地區(qū)也可以通過噴淋水的方式給多孔材料層補(bǔ)水。

    屋頂鋪設(shè)多孔含濕材料的方法首先解決了蓄水屋面無法上人的問題，此外多孔含濕材料被動降溫效果顯著，建筑屋面降溫約２５℃，屋頂內(nèi)表面溫度約降５℃；優(yōu)于現(xiàn)行的傳統(tǒng)蓄水屋面。

    被動冷卻技術(shù)的新發(fā)展

    至今為止，有許多科研工作者對傳統(tǒng)的被動冷卻技術(shù)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，在原有的基礎(chǔ)上對其不足之處進(jìn)行了大量的完善工作。在被動冷卻技術(shù)的傳統(tǒng)應(yīng)用方式的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了多種改善后的應(yīng)用方式，下面就一些主要的應(yīng)用方式進(jìn)行簡要介紹。

    １．屋面被動冷卻技術(shù)

    １．１帶有可移動隔熱板的屋頂水池在水池上設(shè)置一層隔熱板，在夏季，在日間水池由隔熱板覆蓋，夜間隔熱板移走并且通過夜間使水冷卻。建筑物熱量通過屋頂由室內(nèi)傳至周圍環(huán)境并且獲得冷卻。通過使用帶有隔熱板的屋頂水池可使得屋頂熱減小。在冬季，在日間移開隔熱板，以便水池里的水吸收太陽輻射熱并加熱建筑物。水池在夜間蓋上隔熱板以便水池中熱水將其熱量傳給建筑物。屋面蓄水對屋頂結(jié)構(gòu)要求較高，絕濕層要求較高，否則屋頂會漏水，同時維修不便，因屋面無法直接上人維修。

１．２蒸發(fā)反射屋頂

    這種屋頂?shù)脑O(shè)計是由在以巖石為底的水池上覆蓋一個混凝土吊頂構(gòu)成。在這個基礎(chǔ)上是一個空氣層，它通過一個鋁板與外界環(huán)境隔開。鋁板的表面涂有一層白色鈦基涂料以提高日間輻射的反射。在夜間，鋁板的溫度降低到巖石床和水的混合溫度之下。屋頂內(nèi)的水蒸汽冷凝并依靠重力作用下降。經(jīng)過大量的關(guān)于不同的外部溫度和太陽輻射強(qiáng)度下降的計算，顯示出這種系統(tǒng)的冷卻效果很顯著。結(jié)構(gòu)如圖４所示。

    在這種應(yīng)用方式中，高熱容量的材料（巖石床）可以延遲日間熱量進(jìn)入建筑物的時間，使之在夜間進(jìn)入建筑物內(nèi)，從而使建筑物受其影響較小。屋頂由一個混凝土吊頂和一個平鋁板構(gòu)成，平鋁板使得位于以巖石床為底的水池上空氣層與外界環(huán)境分隔開來。這個部分防止水蒸氣向外界擴(kuò)散。這種方式結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對于構(gòu)成的材料要求較高，投資較高，要有較好的密閉性，維修不方便。