建筑節(jié)能在高校建筑中的應用

張貴忠

(寧夏大學，寧夏 銀川 750021)

高等院校作為一個相對獨立的機構，集教學、科研和生活于一體，近十年隨著高等院校生源的擴招和高校的合并，更進一步加速了高校的建設和發(fā)展，目前高等院校已經成為了一個很大的能源消耗領域，能源開支每年以近30%的速度逐年增長。這主要是由于多方面的原因造成的，比如:高等院校絕大多數(shù)節(jié)能意識不夠，日常管理水平低。高校由于合并和擴建，各個學科以及科研的使用要求，表現(xiàn)出建筑功能的復雜性和多樣性，再加上建筑節(jié)能實施部門較多，大部分高校缺乏日常能用消耗管理的專業(yè)技術人才和力量，難以建立有效的日常管理制度。探討高等院校的建筑節(jié)能在目前顯得非常重要，這是適應社會經濟穩(wěn)定健康發(fā)展，建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的迫切需要。

建筑節(jié)能與建筑設計、材料的使用、新技術的運用等密切相關，它是一門跨學科的綜合性工作。目前高校建筑對節(jié)能方面考慮不足主要體現(xiàn)在以下幾個方面:建筑圍護結構的隔熱保溫設計不合理，節(jié)能材料使用不科學，對暖通空調等的低耗使用不夠等，以寧夏高等院校為例，造成耗能的表現(xiàn)如下:建筑單體體型系數(shù)偏高，喜歡設計大窗和幕墻，屋面保溫隔熱性能差，平均傳熱能效偏低，舊的教學樓和公寓區(qū)沒有外墻保溫、普通窗和其他節(jié)能措施造成能耗損失過大等等?？v觀南北各地高校建筑，從節(jié)能方面考慮，主要從以下幾個方面展開。

1 合理的規(guī)劃設計

高等院校在建設方面，科學合理的規(guī)劃設計對節(jié)能非常重要。充分利用原有建筑，建造綠色環(huán)保建筑，應盡可能的保留原有建筑物的歷史和人文風貌，保護好建筑應有的生態(tài)系統(tǒng)。減少對周邊環(huán)境的影響，同時要充分考慮到合理的自然通風、采暖、日照等各個方面的因素，依據(jù)校園的原有自然地理條件與環(huán)境來進行設計。科學合理的規(guī)劃設計具體體現(xiàn)在以下幾個方面:

1)建筑物的朝向:對于北方高校尤為重要，建筑本體應盡量設計坐北向南，南北朝向的建筑要比東西朝向的冷負荷小70%。主要是充分有效地利用了日照的效果。同等條件下在建筑體積一定的情況下，建筑物外體形系數(shù)越大，單位建筑的熱散失面積就會越高，兩者成正比關系。所以對高校使用的建筑，在允許的條件下盡可能降低建筑物的外體形系數(shù)。寧夏醫(yī)科大學體育館，在體育教學場館的建設中，合理地利用建筑的朝向與采光，在場館上方安裝采光帶，使整個訓練館不用燈光照射，完全利用自然光節(jié)省電能;并且在場館的供暖中，采用太陽能采暖技術，并且可按照有人使用時才采取供暖，無人時提供維持溫度即可的原則，14 000 m2的體育館僅一年節(jié)約供暖費用近10萬元，通過加強嚴格管理，對其他的建筑也采用類似的辦法，每年節(jié)約的費用在100多萬元。2)利用日照:北方地區(qū)陽光充足、日照時間長，所以建筑設計一般都需要爭取較好的日照，從而獲得較多的太陽輻射熱量來提高室內溫度，同時提高平均輻射溫度，改善室內的溫度舒適性。日照的方向和日照時間跟太陽高度角、赤緯、方位角、建筑的方位角、建筑的遮擋情況有關。而在北方地區(qū)，坐北向南的建筑設計就是為了獲得較好的日照，建筑的窗戶朝南，由于玻璃的“溫室效應”，能得到較多的太陽熱量，同時為了很好地利用日照，建筑物樓間距必須保證不能小于日照間距的最小值。3)考慮高校的單位建筑及其構造的影響:單位建筑的設計應該與當?shù)氐臍夂驐l件和特點緊密結合起來，同時要充分利用各種有利措施，營造良好的微環(huán)境，這是目前許多設計師所欠缺的東西，有些建筑師一味追求新穎，急于求成，拋棄了這條最基本的設計原則，在對高等院校的建筑設計上大量使用玻璃幕墻，以此來表現(xiàn)建筑外形的美觀效果，但玻璃幕墻的隔熱保溫性能較差，同時也會帶來“溫室效應”，對改善室內外熱環(huán)境不利。寧夏大學行政主樓南立面設計為6 mm厚的白色透明單玻幕墻，靠近幕墻的辦公室在空調全負荷運行的狀態(tài)下，也能明顯感覺到夏季悶熱，冬天冷保溫效果差，能源損耗量大。另外北方高校建筑物的設計在平面組合上，宿舍、公寓、教學樓等一般都采用內廊式結構，這種結構尤其是在西北地區(qū)，造成北面的房間終年見不到陽光而陰冷潮濕，熱環(huán)境極差，給使用者帶來極大的不便。4)建筑物的室外空間和環(huán)境空間設計方面:應盡可能保留原有的湖泊濕地，不具備條件的可適當?shù)嘏渲盟?、綠地、透水性強的地面(草坪磚等)和其他硬質地面，利用它們的溫差平衡過程來產生氣體流動、調節(jié)氣溫變化、降低輻射溫度量、減少室外熱量反射、增大空氣相對濕度、改善室外熱微環(huán)境，從而調節(jié)建筑物的室內溫度。5)新風系統(tǒng):建筑物最理想的通風效果就是自然通風，一是環(huán)保且降低能源消耗;二是適宜人體的生理特點。要做好校園內教學辦公樓、宿舍公寓等建筑物的屋頂、外墻面的防火和保溫、地面保溫以及外窗遮陽等措施，合理設計窗墻比面積，有效組織室內形成穿堂風，利用自然通風改善建筑室內熱環(huán)境，通過這些節(jié)能措施來進一步提高建筑物的節(jié)能標準。

2 新型建筑節(jié)能材料的運用

新型建筑節(jié)能材料的運用，對節(jié)能而言效果非常顯著。例如安置LED節(jié)能燈、校區(qū)內中水水循環(huán)設施，雨水收集設施等。另外建筑物外圍護結構節(jié)能材料及節(jié)能措施的使用也相當重要。外墻保溫材料及措施，屋面保溫材料及措施，現(xiàn)有屋面除了膨脹珍珠巖、聚苯板、擠塑板、巖棉、酚醛板、硬泡聚氨酯等保溫材料外，南方地區(qū)還通過種植屋面對屋面實施綠色覆蓋和熱防護，也有設計在屋頂涂刷高反射率的涂料來達到節(jié)能目的;高校建筑門窗，特別是外門窗的設計是否合理，對節(jié)能影響巨大。通過實驗研究表明，一般建筑通過門窗、幕墻的熱損耗達到建筑整體熱損耗的35%～45%。所以在設計過程中就應提高節(jié)能設計標準，以不得低于65%的節(jié)能要求，在門窗的選擇上選用節(jié)能斷橋窗，確保密閉性、隔熱性、水密性達到節(jié)能設計的要求;在施工過程中應提高安裝質量，確保門窗的整體保溫性能，減少門窗洞口縫隙，避免施工過程中在窗框和墻體間形成冷橋，造成熱損失。國家強制性條文要求，墻體材料杜絕使用實心粘土磚，高校的舊樓和改造項目中應嚴格執(zhí)行國家強制性規(guī)范要求，盡可能少用木材，建筑行業(yè)需要大量木材，尤其是現(xiàn)澆結構施工中的木支撐體系和室內裝飾部分，而我國森林資源由于前期濫采濫伐遭到人為的惡性破壞，使木材生產難以跟上基本建設的迅猛發(fā)展，同時考慮到生態(tài)和環(huán)保的問題，因此必須限制木材的使用。盡量利用廢棄混凝土、建筑廢棄物、節(jié)約和利用回收鋼材，開發(fā)新型節(jié)能建材，做到建筑材料的節(jié)能標準。

3 節(jié)水、節(jié)能設施

高等院校用水量非常大，應盡量采取有效的節(jié)水方式，比如在設計中要考慮節(jié)水設施的使用、雨水收集處理系統(tǒng)、人工濕地處理系統(tǒng)、中水處理系統(tǒng)、節(jié)水和原材料的綜合利用技術，降低物資消耗和成本。高校應提倡建設中水處理系統(tǒng)，設計時應考慮衛(wèi)生間污水和洗滌水獨立系統(tǒng)排放，中水全部回用，用于綠化和沖洗衛(wèi)生間，按中國人均用水量427 t/年，高校教職工和學生每年為學校節(jié)約用水量就很可觀，在師生中積極開展節(jié)能環(huán)保、勤儉節(jié)約教育，從管理上和設計上來帶動高等院校師生節(jié)能意識。對北方高校來說結合學校的特點，將教學辦公樓，學生公寓區(qū)，教工住宅區(qū)暖外網進行獨立供暖的措施進行運行，能效節(jié)約顯而易見。例如，寧夏大學通過對C校區(qū)鍋爐房和外網系統(tǒng)進行改造，對九幢家屬區(qū)暖外網、學生公寓區(qū)以及教學辦公區(qū)進行分區(qū)獨立供暖，拆除原燃煤鍋爐并新建地下天燃氣鍋爐，在供暖的時間節(jié)點上也進行溫度控制，每年節(jié)約經費約30萬元，節(jié)能效果顯著。除了節(jié)水、節(jié)電等人工措施外，在建筑設計中還要大量運用太陽能、風能、地熱等天然能源，這將是未來建筑節(jié)能的發(fā)展趨勢。

4 根據(jù)南北方氣候差異來設計建筑

中國地大物博，南北氣候溫差較大、冬夏季氣候溫差也大。因此要因地制宜根據(jù)不同的氣候特點和地域特點來進行相應的建筑設計，北方嚴寒地區(qū)，門窗一定要盡量采用較封閉的模式，避免冷風滲入。以北方高等院校為例，在建筑外圍護結構等滿足冬季保溫的前提下，還要考慮室內熱源對室內熱環(huán)境的影響，如教學建筑和圖書館特別是階梯教室和自習室，為了創(chuàng)造適宜學習的大空間，主要采用無梁樓蓋技術的框架結構，墻體不承重，外墻普遍采用空心砌塊，這種空心砌塊具有自重較輕，其傳熱系數(shù)較低，保溫隔熱好，便于施工等特點。但框架結構有自身節(jié)能的不足，主要表現(xiàn)在混凝土柱比較多，在冬季容易形成冷橋。為了減少冬季的熱能損失，進一步節(jié)約采暖能耗，為了達到節(jié)能熱阻，可在建筑外墻原有的基礎上結合建筑構造特點，設置適宜的外保溫層。在設置外保溫層時，應根據(jù)實際情況合理設置外保溫層的厚度要求。對于南方炎熱地區(qū)應采用開敞的建筑結構形式，合理組織自然通風，選擇較適宜的隔熱材料和隔熱構造，做好屋面的隔熱保溫，可設計使用遮陽板，通過種植綠化進行遮陽，雙層皮的西山外墻等。在不必要的情況下，盡量少用或不用玻璃幕墻，避免熱能損耗，減少由于幕墻熱阻較小而帶來的熱量損失，合理利用窗墻比和建筑物的外體型系數(shù)達到節(jié)能設計的要求。

高等院校作為一個高素質的人才基地，對節(jié)能方面的意識一般是比較超前的，高校建筑設計更要體現(xiàn)超前的節(jié)能意識，設計師在高校建筑設計中，一定要好好把握建筑與節(jié)能新技術的關系，處理好建筑與自然環(huán)境的關系。另外，對環(huán)保的太陽能、地源熱、新技術和新材料等也要大量運用，為創(chuàng)造節(jié)約型高校而努力。

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