節(jié)能型高速公路服務區(qū)的建設研究

李曉波

(石家莊市公路橋梁建設集團)

1 建筑選址

(1)服務區(qū)的選址對于節(jié)能尤為重要。應充分考慮自然氣候和環(huán)境對住宅能耗的降低。采用“負陰抱陽”:在冬季既能充分利用南向的陽光又能利用高地抵御北面的嚴寒，夏季又能通風良好。建筑不宜布置在山谷、洼地、溝底等凹地里。在谷底的建筑容易受“地形逆溫”的影響，形成空氣“上暖下冷”的現(xiàn)象。另外，凹地建筑不僅不利于夏季自然通風，而且冬季冷氣流在凹地里易形成對建筑物的“霜洞”效應，位于凹地的底層或半地下層建筑若保持所需的室內(nèi)溫度所耗能量會相應增加，如圖1。

圖1 建筑物的“霜洞”效應

2 太陽能光伏

對于高速公路服務區(qū)來說，一般都處在邊遠地區(qū)，遠離城市和電網(wǎng)，而我國大部地區(qū)太陽能資源豐富，利用太陽能光伏發(fā)電前景非常廣。太陽能光伏發(fā)電與火力、水力、柴油發(fā)電等相比具有許多優(yōu)點，如安全可靠、無噪聲、無污染、資源隨處可得不受地域限制、可以方便地與建筑物結合等。因此，無論從近期還是遠期，無論從能源環(huán)境的角度還是從滿足邊遠地區(qū)的角度考慮，太陽能光伏發(fā)電都具有實際的意義，很適宜在高速公路服務區(qū)中應用。小型獨立太陽能光伏電源系統(tǒng)基本構成如圖2。

圖2 直流型小型獨立太陽能光伏電源系統(tǒng)

3 太陽能熱水器與建筑一體化

太陽能熱水器與建筑結合的設計思路，是太陽能熱水器應用發(fā)展的必由之路。只有從設計一開始，即將太陽能熱水器所包含的所有內(nèi)容都當做建筑不可缺少的元素加以考慮，為設備安裝提供方便，才能真正做到熱水器與建筑的一體化，太陽能熱水器在建筑上才可能得到有效的應用。為此必須將太陽能熱水器納入高速公路服務區(qū)建筑規(guī)劃和設計中，統(tǒng)一規(guī)劃、同步設計、同步施工驗收，與建筑工程同時投入使用。

4 土壤源熱泵

在高速公路沿線服務以及管理設施的設計中，考慮到其所處的位置特點，很適宜采用土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。土壤源熱泵是利用地下常溫土壤溫度相對穩(wěn)定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)與建筑物內(nèi)部完成熱交換的裝置。冬季從土壤中取熱，向建筑物供暖;夏季向土壤排熱，為建筑物制冷。它以土壤作為熱源、冷源，通過高效熱泵機組向建筑物供熱或供冷。高效熱泵機組的能效比一般能達到4.0kW/h以上，與傳統(tǒng)的冷水機組加鍋爐的配置相比，全年能耗可節(jié)省40％左右，初投資偏高，機房面積較小，節(jié)省常規(guī)系統(tǒng)冷卻塔可觀的耗水量，運行費用低，不產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，對環(huán)境無污染，實現(xiàn)了環(huán)保的功效。

土壤熱交換器地源熱泵，包括一個土壤耦合地熱交換器，它或是水平地安裝在地溝中，或是以U形管狀垂直安裝在豎井當中。不同的管溝或豎井中的熱交換器并聯(lián)連接，在通過不同的集管進入建筑中與建筑物內(nèi)的水環(huán)路相連接。工作原理見下圖3:

圖3 工作原理圖

圖4 土壤溫度變化曲線

土壤溫度隨時間與空間的變化受地面溫度年周期性變化影響，土壤溫度從3月份開始升高，7月份達到最高值，之后又逐漸下降。隨著深度的增加，土壤溫度的年變化波幅逐漸減小，最大最小值出現(xiàn)的時間也逐漸延遲，達到一定深度后，土壤全年溫度基本不變，此溫度一般在15～25m左右，如圖4所示。

5 中水的利用

高速公路服務區(qū)一般都遠離城市，如鋪設自來水管道很難實現(xiàn)或鋪設費用過高，因此，生活、生產(chǎn)用水問題一般都是通過打深井來解決的。高速公路服務區(qū)用水主要分布在餐飲和公共衛(wèi)生間等處，約占80％以上。高速公路服務區(qū)中水的利用途徑主要可以分為以下幾種。

(1)用于服務區(qū)綠化、園區(qū)沖廁、沖洗道路，實施簡便。(2)將中水引入人流集中區(qū)，實現(xiàn)雙路供水，區(qū)內(nèi)的沖廁用水、綠化用水等都用中水代替。

(3)使用中水洗車在水質(zhì)、水量上都能滿足要求，在高速公路中，更是有大量來往車輛需要使用水沖洗。

因此，若將服務區(qū)污水有效處理后回收進行二次利用，作為沖廁、洗車、綠化、道路澆灑用水，便可以節(jié)約大量水資源。

6 結語

高速公路仍將得到充分的發(fā)展。在高速公路服務的建設中大力提倡節(jié)能設計理念，加大可再生能源的利用，對緩解高速公路沿線自然資源緊缺，保護生態(tài)自然環(huán)境起到重要作用。

[1] 王軍.建筑能耗與建筑節(jié)能設計[J].城市管理與科技，2006，8(2):84-85.

[2] 陳君朝.高速公路服務區(qū)建設的問題及建議[J].石家莊鐵道學院學報，2005，18(4):97-99.