导言

砖石是历史最悠久、最值得信赖的建筑材料之一,因其耐久性、无时无刻不动的美学和内在热力特性而得到珍视。 在现代可持续设计中,砖石在通过热量 — — 吸收、储存和缓慢释放热量 — — 实现能源效率方面发挥着关键作用。 当建筑师和建筑师有意将砖石纳入被动太阳能战略时,它们可以大大减少建筑物的供暖和冷却负荷,降低水电费,提高占用舒适度。 文章探讨了砖石热量背后的科学、最大限度地扩大其效益的实际设计策略以及展示其历史和当代建筑效果的现实世界范例。

热质量的物理:砖块如何工作

热量是由材料的热容量来定义的 — — 温度提高一度所需的热能。 砖、混凝土和石头等高容量热容量的材料可以储存大量热量,而不会发生快速的温度变化。 在建筑物中,热量温和在白天吸收过量的太阳热量,并在温度下降时在夜间缓慢释放,这一过程被称为“热飞轮效应 ” , 减少了机械加热和冷却的需要。

砖块作为热量的功效取决于几个因素:其密度(通常为1900-2200公斤/立方米,常见粘土砖),具体的热容量(约840焦耳/千克/K)和热导率(约0.5-1.0瓦/米/K)。 这些特性使砖块的热滞后期为6-12小时,取决于墙壁厚度,这意味着白天吸收的热量在日落后很长一段时间内到达内部表面——这是夜间舒适的关键优势。对于更深入热量物理,请参考在热质量和被动太阳设计上构建绿色的初级点。

为什么砖块作为热量材料

尽管许多材料提供了热量,但砖块却突出表现了性能、耐久性和美学灵活性的结合。 它的优势超越了简单的节能。

节能和舒适

与轻量级建筑相比,砖墙通过在白天吸收超热,在夜间释放热量,将室内峰值温度波动降低5–10°C。 这意味着在设计良好的被动太阳能房里,热能和冷却能量用量降低20–40 % 。 住户的排气量减少,温度也更加一致,全年热舒适度提高。

易腐性和生命周期

砖块几乎是惰性的 — — 耐腐、害虫和紫外线退化。 妥善建造的砖墙可以持续100年或更长的时间,但维护的很少。 这种寿命意味着其生产中包含的能量(通常为200-400千瓦时每立方公尺)在极其长的寿命内摊销,使砖块在对照乙烯类或木材等替代品进行评估时成为高度可持续的选择。

消防和防爆

砖块是不可燃的,提供了极好的防火——一个关键的安全特征,其密度也提供了优异的音衰减,减少了房间之间或外部的噪音传播,这些属性使得砖块成为多家庭建筑、学校和医院最理想的打磨材料,其中安全和声学都很重要。

最佳热性能的关键设计策略

为了充分利用砖块的热量,建筑师必须考虑定向、绝缘放置、墙厚度以及与其他被动设计要素的结合。

定向和太阳接触

南面的外观(在北半球)在冬季得到最直接的阳光。 将砖砌成的墙壁放在这一边,使他们在寒冷的夜晚能够吸收太阳辐射,释放室内热量。 东西墙也接收到显著的太阳,但夏季会过热;小心地用悬浮、 ⁇ 或深层的露面遮蔽有助于防止不必要的热量增加。 北面的墙壁从直接的太阳能收益中获益较少,而且往往更适合绝缘和较轻的遮热。

墙体大会:将质量和隔热结合起来

相对于热量的隔热定位至关重要。有两种主要策略:

  • 外部绝缘(质量内在): 砖质质壁外侧的绝缘(如砖质内侧+刚性泡沫+雨屏),这使得砖质能够吸收内部热量增殖和太阳能,而绝缘则限制外侧热量损失. 理想的气候为寒冷的冬季.
  • 内绝热(质量外在): 在炎热的气候中,将质量放在外表(如有绝热的砖质外表)可以缓冲室外温度摆动,但质量在存储内部热量方面效果较差. 这种方法对于日间冷却负荷高的商业建筑来说效果很好.

关于墙体组装设计的详细指导,见ArchDaily对节能建筑物热量的分析.

密度和密度考虑

砖壁厚度直接影响到热质量容量。单瓦(100毫米)墙壁提供中等热滞后;双瓦(200毫米)或更厚的墙壁大大提高了存储能力和时间滞后。然而,非常厚的墙壁可以减少地板面积,增加成本。一个很好的大拇指规则是在日光墙壁上至少使用150-200毫米砖块。密度也很重要 — 为最大热量选择密度超过2000千克/立方米的(固体)砖块;更轻的穿孔砖块提供较少的存储,但更隔热。

将砖块与其他被动设计元素融合在一起

热量工作最好与其他被动策略配合:

  • 夜通风:[]打开窗户或使用自动通风口冲刷暖气,一夜冷却砖块质量,更新其第二天吸收热量的能力.
  • 分型: 使用断裂树,固定悬架,或外部穿层,在允许低冬季太阳到达砖墙的同时,阻挡高夏季太阳.
  • radiant地板:[] 平面砖质壁,带有瓦砾光泽的板层,以形成一个统一的热存储系统,使温度摆动平滑.

砖及其热属性的类型

并非所有砖块在热量性能上都是平等的。请考虑以下常见类型:

  • 火烧粘土砖: 最传统的,密度1900-2200公斤/立方米,热导率0.6-1.0W/m/K. 极佳的热质量和耐久性,以固体或穿孔形式提供.
  • 具体砖块/块:]密度1800-2400公斤/米3,热导率0.8-1.5 W/m K. 良好的热质量但较高的含碳量,除非使用补充的水泥材料.
  • 飞灰砖: 由煤废料制成;密度与粘土砖相似,但热导率较低(0.4-0.7 W/m/K). 提供质量良好,绝缘值较高,环境影响较小.
  • 硅酸钙砖:]用于高湿度地区;密度约为1800千克/立方米,中等热量,热效率不如粘土.

关于砖热特性的更多数据,请参考砖开发协会的技术指南。

案例研究:历史和现代应用

传统欧洲城镇

巴黎、伦敦和阿姆斯特丹等城市的18世纪和19世纪砖瓦城楼往往以300-400毫米厚的固体砖墙为特征。 这些建筑在全年保持明显稳定的室内温度,为18-22°C,没有机械空调,这证明了大规模砖瓦建筑与自然交叉通风和高天花板相结合的有效性。

美国佛蒙特州现代被动之家

萨利斯伯里设计协会的“砖屋”通过将南面的双瓦砖墙与外部矿物羊毛绝缘和三层玻璃窗配对,实现了被动式房屋认证。砖屋在冬季储存被动的太阳能热量,而在夏季夜间通风则冷却质量。能源使用比典型的本地住宅低80%。 建筑师指出,砖墙将室内最高温度降低6°C,而木质结构的等效物则降低6°C。

商业应用:西雅图布利特中心

布里特中心虽然主要是混凝土质地结构,但被称为“世界上最绿色的商业建筑 ” , 使用暴露的砖墙内墙加热质地,促进了其净零能量性能。 砖墙吸收了居住者、照明和设备的热量,与轻量干墙隔板相比,冷却负荷减少了15%。

实际考虑:费用、维持和气候适宜性

砖块建筑通常比木质框架或轻量钢要高5—15%,但长期节省的能源往往在5—10年内抵消了溢价。 维护是最低限度的 — — 偶尔每30—50年重新点燃迫击炮管,并进行清洁以防止疲软。 砖块最适合具有显著的日温波动(在白天和晚上之间为零10°C)和中度湿度的气候。 在热湿气候中,质量必须谨慎定向和遮荫以避免过热;在非常寒冷的气候中,外部绝缘对于防止热桥至关重要。

结论:砖石在可持续建筑中的作用

以砖为热量设计仍然是创造节能、舒适和有弹性的建筑的最有效、经过时间考验的战略之一。 通过结合适当的砖块选择、周密的定向、战略绝缘定位和互补的被动设计要素,建筑师可以在提高占用福利的同时大幅降低运行中的碳。 随着建筑工业向净零能源和碳目标、砖块耐久性、可回收性和热能的发展,它将继续成为全球可持续建筑的基石。