寒冷气候下设计的挑战与机遇

布莱恩·塔兰托拉著

生活在山区，或赤道以北的任何地方，受到北极大雪和寒冷的影响，对房屋的设计和建造提出了非常苛刻的条件。

除了美学之外，寒冷气候设计的特殊挑战也代表着创新和创造力的机会。为高海拔地区的居民成功设计温暖舒适的住宅取决于设计中某些关键方面的解决程度。下面的讨论试图找出这些关键的方面，并提供一些实际方面的指导，以应对一个虽然美丽和引人注目，但可能充满敌意和令人生畏的环境。

建筑应该与其环境相适应。人们早就认识到，设计和施工必须对地震、风荷载和雪荷载作出反应。还考虑了土壤条件、霜深、太阳辐射和视野方向。然而，设计过程往往缺乏对温度、降雨的差异以及外部与内部湿度差异之间的相互作用的关注。

怀俄明州天气寒冷干燥；威斯康辛州有时又冷又湿。建筑围护结构及其内部的机械系统应根据其建造的特定区域进行设计。对美国农业部、美国国家海洋和大气管理局和其他政府机构提供的现成数据进行研究，可以提供有关湿热（通过物质转移水分的测量）地区和降雨量的基本信息。这些考虑，结合室内气候，是设计应该开始的最低基础。

房屋是相关和相互连接的系统和材料的组合。这些系统的一个方面的变化可能对整个系统的性能产生深远的影响。因此，设计师有必要了解材料及其在寒冷国家极端天气条件下的性能之间的相互关系，以确保最佳性能。例如，混凝土基础墙在内部隔热时是冷的。最好在外部进行绝缘，保护混凝土不受温暖、潮湿的室内空气的影响，否则可能会发生冷凝。在使用聚氯乙烯防潮屏障时也应注意：水分会被困在不透水的屏障后面，增加霉菌形成的可能性。

在北美寒冷气候地区，年降水量从不足20英寸到超过60英寸不等。当温暖的室内空气遇到建筑围护结构内的冷表面时形成的冷凝可能是引起主要关注的原因。雨、雪和冰坝对建筑材料的完整性和组装本身构成威胁。在这种气候下，控制建筑物内部的湿度和气流对于设计和建造一个耐用、舒适的家至关重要。

家中的游离水分来源多种多样。每当洗完一大堆衣服或有人洗澡时，温暖潮湿的空气就会涌向出口。墙壁和天花板组件需要详细说明，以防止渗漏，避免在腔内形成霜。墙壁和天花板上的开口和穿孔，例如排气孔进入阁楼空间的地方，应该密封和闪光，以防止泄漏过滤。在设计细节阶段和施工阶段的细心和谨慎将避免以后的许多问题。

在寒冷的国家，屋顶设计经常是有问题的。陡峭的高山式屋顶可以防止大量积雪堆积在屋顶上，但这也意味着积雪在建筑物附近或对面堆积如山，使行人交通复杂化，并可能在地基或附近造成排水和潮湿问题。低坡度屋顶上厚雪的隔热性能是众所周知的。如此有效的是一层厚厚的积雪，它可以留住热量和水分，在屋檐和屋顶的山谷中造成冰坝问题。

阁楼空间的适当通风和良好的屋顶设计大大减轻了冻融循环的潜在危害。通风口空间与整个屋顶空间的1:300的标准比例应被认为是详细设计的最低要求。在屋顶上使用凸起的后跟桁架可以增加隔热深度和额外的通风，以确保多余的热量排出到外部。在某些情况下，通过恒温器或高压控制调节的电源通风是保持屋顶组件正常运行的合理选择。

在设计和建造房屋时，成本通常是一个考虑因素。使用价值工程来权衡各种可用的湿度控制方案，使设计专业人员和业主能够做出最具成本效益的明智选择。经过精心的规划和设计，业主将拥有一个更好，更舒适，性能更好，寿命更长的房子。