本文是《大眾科學》「炎炎夏日」專題報導的一部分。從烈日當空到炙烤炙熱的燒烤，感受炎熱（以及如何降溫）已成為我們日常生活的一部分。不妨透過最新的科學知識、裝備和巧妙的DIY創意，讓你的大腦也暖暖身子。
在過去的一千年甚至更久的時間裡，波斯灣及其周邊地區一直存在著風塔。這些建築塔樓是自然通風和被動式冷卻的完美典範——這些理念在永續設計中日益重要。隨著建築師和環保人士都在尋求擺脫傳統的高能耗供暖、通風和空調系統，風塔成為了建築設計與環境完美結合，應對我們新的氣候現實的絕佳方案。
如果最近酷暑難耐的記憶還不足以讓你有所警醒，那麼美國環保署的數據顯示，美國本土大部分州的氣溫只會持續攀升。美國有史以來最熱的十個年份中，有八個出現在1998年後，其中2012年和2015年分別位列第一和第二。今年則是第四熱的年份。而且，有很多方法可以應付酷暑，不一定需要暖通空調系統。
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夏季保持涼爽的關鍵在於控制建築結構中各元素與太陽能的相互作用。而這反過來又決定了房屋的設計。
「被動式太陽能設計…是指在建築設計過程中，利用自然因素調節室內溫度，使其成為更宜居場所的所有方法，」 大衛·賴特說道，他是一位在可持續設計領域耕耘近五十年的建築師。被動式太陽能設計的原則是建造既能保證舒適度又能防止電費飆升的房屋的核心。
1. 牢記位置
並非所有氣候都相同。在波士頓和奧斯汀建造房屋會面臨各自獨特的限制和挑戰。從西部的野火到東部的颶風，我們面臨著各種各樣的環境威脅，因此，在建造房屋時，必須考慮到迫在眉睫的氣候危機。
理想情況下，房屋朝向應能充分利用自然風向。透過了解夏季微風的吹向，您可以更好地規劃出入口和窗戶的位置，從而實現房屋的自然降溫。
2. 利用陰涼處
進屋前，最好先保護房屋外牆免受陽光直射。如果你住在樹木環繞的地方，樹木能提供極佳的天然遮蔭。尤其是落葉樹，也就是那些會隨季節落葉的樹木，它們能在涼爽的夏季阻擋陽光，然後在需要溫暖陽光的冬季讓陽光照射進來。
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如果地形允許，您甚至可以建造一種「地穴式」房屋，也就是完全建在地下的房屋。這種房屋可以完全位於地下，或者其牆壁或屋頂等結構直接建在土壤中。這是一種特別節能且經濟（至少從長遠來看）的應對極端氣候的方法。如果沒有合適的山坡，您可以安裝帆布、遮陽篷或屋簷等防護設施，以防止陽光直射房屋的屋頂和牆壁。屋簷的深度至關重要：太深會遮擋冬季的陽光，而太淺則會導致夏季過熱。合適的尺寸取決於您的地理位置。您可以利用網路上許多工具和指南自行計算，或者也可以直接諮詢建築師以獲得具體建議。
3. 策略性地佈置窗戶
窗戶或許是房屋通風降溫最重要的工具。具體來說，交叉通風的原理是：透過在相對位置安裝大小相近的窗戶，空氣會被吸入室內，幫助身體散熱降溫，然後從相對的窗戶排出。這樣就能形成舒適的自然微風。實現良好交叉通風的關鍵在於找到風的來源。
「你要確保打開西面和南面的窗戶，這樣就能迎風，然後再把風排出去，」卡內基美隆大學建築學教授、前建築學院院長維萬·洛夫特尼斯說。 “窗戶開得越多，空氣流通就越順暢。但如果你想加快風速，有個通用的經驗法則：迎風面的窗戶應該少開一些，背風面的窗戶應該多開一些。”
這裡所說的「閣樓感」指的是文丘里效應，這是流體動力學中的一個原理，指的是當風被擠壓通過狹窄的開口時，風速會增加，就像摩天大樓之間的風洞一樣。當風通過較小的開口進入房屋時，風速會在房屋內加快，從而使人感覺微風更強勁。
窗戶的位置也非常重要。朝南和朝北的窗戶比朝東或朝西的窗戶更容易遮陽。這是因為下午時分，當太陽從東向西落下時，陽光會以較低的角度照射進窗戶。
「除非你擁有最壯觀的景色，否則在下午晚些時候天氣已經非常炎熱的時候，讓人們處於遭受大量太陽熱量的環境中是不可原諒的，」洛夫特尼斯說。
4. 產生流動的空氣柱
運用一些基本的化學和物理原理，你也可以幫助改變家裡的氣流方向。利用設計師所說的“煙囪效應”，你可以將熱空氣向上引導，使其遠離人們生活、吃飯和睡覺的地面區域。熱空氣密度比冷空氣低，因此會上升。透過高高的天花板和較窄的開口形成通風塔，可以將熱空氣導入其中。這種氣流會將密度較高的冷空氣引入較低的居住空間，因為冷空氣會留在地面附近。
你可以透過將窗戶安裝在更高的位置來打造這種塔狀效果，例如安裝高側窗（靠近天花板）或天窗，或者簡單地創建像中庭這樣比房間其他部分更高的空間。最高點與地面之間的高度差越大，效果就越明顯。如果你已經有閣樓，也可以安裝閣樓入口。為了確保室內空氣流通，不要只是循環使用污濁的空氣，可以稍微打開窗戶引入一些新鮮空氣。 （別忘了安裝紗窗，防止惱人的蟲子進入。）
5. 明智地選擇屋頂材料
給屋頂做隔熱。順便也幫屋頂刷上油漆。為房屋頂部（包括閣樓）做隔熱，可以防止陽光照射到屋頂上積聚的熱量進入室內。這相當於為房屋增加了一層抵禦夏日烈陽的保護。使用反光材料建造屋頂也是減少屋頂吸熱的一種方法。就像沙灘上的白色亞麻布一樣，歷史上人們通常使用較淺的材質。但白色屋頂未必是大多數房主在美學上的首選。
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「現在屋頂產業一直在研發深色屋頂瓦，這種瓦片恰好具有很高的反射率，」洛夫特尼斯說。 「換句話說，顏色和反射率之間的關係過去就像窗戶一樣。過去只有一種選擇：如果你想要高反射率，就必須鋪設白色屋頂。但如今，他們已經找到了一種方法，可以製造出非白色但反射率卻很高的塗層。”
6. 加厚牆體
一想到酷暑難耐的夏天，腦海中就會浮現出地中海別墅和阿拉伯沙漠居所的景象，這並非偶然。這些房屋歷來都以抵禦高溫為設計概念。你也會注意到，它們很少是木質結構，也沒有閣樓。這是因為像混凝土這樣厚重的材料具有更大的熱容量，能夠儲存白天多餘的熱量，並在夜間被涼爽的空氣帶走。透過這種方式，混凝土、石頭和磚塊等材料更適合被動式降溫，因為它們能夠更好地儲存原本會散發到室內空氣中的熱量。
7.面向未來的設計
我們並非僅僅為了應對幾個異常炎熱的夏季而設計房屋——氣候變遷的趨勢只會愈演愈烈。我們現在建造的房屋在未來幾十年需要承受更大的高溫。在極端高溫下保持房屋涼爽只是我們減輕對污染性能源系統依賴的眾多措施之一。隨著我們的設計越來越巧妙、越來越環保，我們可以越來越少地依賴人工冷凍和聯邦能源系統。
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正如洛夫特尼斯所解釋的，當我們開始設計永續住宅時，我們實際上是在設計具有韌性的房屋。隨著風暴和火災威脅電力供應的可靠性，韌性將變得越來越重要。我們可能很快就會面臨沒有空調的困境，與其到那時才突然放棄空調，不如現在就設計出不依賴人工冷凍的房屋。
「想像一下，你家停電一周，而你的房子設計時安裝了中央空調系統，但遮陽效果很差，甚至根本沒有遮陽設施，」她解釋說。 「很多情況下，很多窗戶都打不開。你打開前門，可能發現有一兩扇窗戶已經密封了十年之久。你下午很難待在這樣的房子裡，甚至根本無法待在那裡。所以，理解‘韌性’這個詞對我們來說很重要，因為停電的原因有很多。”
本文已更新。原文發表於2021年5月12日。
