物理学显示了能源效率的理想屋顶形状

杜克大学的机械工程教授阿德里安·贝扬(Adrian Bejan)参观了意大利南部的贝尼文托镇时,他的注意力吸引了他的眼球 - 旧建筑的屋顶看起来都非常相似。他们有浅峰和宽的基地。起初,他认为这可能只是一种古老的建筑风格。但是,作为一名热力学专家[…],物理学显示了能源效率的理想屋顶形状,首先出现在Knowridge Science报告中。

来源:Knowridge科学报告
信用:John Kinnander/Unsplash。

杜克大学的机械工程教授阿德里安·贝扬(Adrian Bejan)参观了意大利南部的贝尼文托镇时,他的注意力吸引了他的眼球 - 旧建筑的屋顶看起来都非常相似。

他们具有浅峰和宽的底座。起初,他认为这可能只是一种古老的建筑风格。

但是,作为研究热量如何移动的热力学专家,Bejan开始怀疑这些屋顶形状背后是否有更深的理由。

所以,他用铅笔和纸坐下,开始进行计算。他看着热量如何流过两个屋顶形状:一个带有三角形横截面,例如典型的A框架屋顶,一个形状像圆形的圆锥形。

他与佛罗里达国际大学的工程学教授Pezhman Mardanpour合作。 一起,他们发现了一些令人着迷的东西:屋顶的形状可以在建筑物的保留或损失中产生很大的不同。 他们的研究发表在《热与传播国际通讯》杂志上,表明,被困在屋顶内的空气充当绝缘体,就像阁楼上的空气一样。 热量和质量转移的国际通信 但是空气的行为如何取决于屋顶的形状。如果屋顶的峰高三英尺,则空气将平稳移动,有助于保持建筑物的温暖。但是,如果峰高,空气变得更加混乱,也不会隔离。 为了节省能量,他们找到了两个理想的形状。对于较短的屋顶(三英尺以下的峰值),最好的设计是使屋顶宽三到四倍。对于较高的屋顶(超过三英尺),最好的设计是等边三角形,高度和宽度相等。这些形状有助于捕获温暖的空气并减少热量损失。 有趣的是,Bejan注意到,世界上许多旧房屋,不仅在意大利,已经遵循这些比例,即使建筑商可能不使用物理或方程式。

他与佛罗里达国际大学的工程学教授Pezhman Mardanpour合作。

一起,他们发现了一些令人着迷的东西:屋顶的形状可以在建筑物的保留或损失中产生很大的不同。

他们的研究发表在《热与传播国际通讯》杂志上,表明,被困在屋顶内的空气充当绝缘体,就像阁楼上的空气一样。

热量和质量转移的国际通信

但是空气的行为如何取决于屋顶的形状。如果屋顶的峰高三英尺,则空气将平稳移动,有助于保持建筑物的温暖。但是,如果峰高,空气变得更加混乱,也不会隔离。

为了节省能量,他们找到了两个理想的形状。对于较短的屋顶(三英尺以下的峰值),最好的设计是使屋顶宽三到四倍。对于较高的屋顶(超过三英尺),最好的设计是等边三角形,高度和宽度相等。这些形状有助于捕获温暖的空气并减少热量损失。有趣的是,Bejan注意到,世界上许多旧房屋,不仅在意大利,已经遵循这些比例,即使建筑商可能不使用物理或方程式。