西安地區(qū)既有公共建筑節(jié)能分析與改造

魯倩妮

摘 要： 以西安市長安大學朱雀幼兒園作為研究對象，對其進行綠色建筑節(jié)能分析，通過現(xiàn)場調(diào)研、詢問使用者感受等方法，探究建筑存在的問題并總結(jié)可改造的空間和潛力，探尋節(jié)能改造過程中合理的途徑和方法，提出適宜的改造設(shè)計意見。

關(guān)鍵詞：幼兒園；節(jié)能分析；節(jié)能改造；綠色建筑

一、長安大學朱雀幼兒園現(xiàn)狀分析

（一）建筑背景信息

1.建筑背景

長安大學朱雀幼兒園為長安大學的附屬公辦幼兒園，屬于省級示范幼兒園。建筑始建于1986年，后經(jīng)過了兩次擴建，形成現(xiàn)如今的建筑規(guī)模。隨著建筑使用的過程中出現(xiàn)了室內(nèi)環(huán)境差、耗能大等一系列問題，幼兒園建筑的使用頻率高且使用人群集中固定，所以應(yīng)在提高使用者舒適性的前提下，降低建筑運行能耗，進行節(jié)能改造設(shè)計，從根本上解決室內(nèi)環(huán)境以及運營成本的問題。

2.自然氣候

西安氣候?qū)倥瘻貛О霛駶櫞箨懶约撅L氣候。四季分明，夏季炎熱多雨，冬季寒冷少雨雪，春秋時有連陰雨天氣出現(xiàn)。在建筑熱工設(shè)計分區(qū)中，西安屬于寒冷地區(qū)。

3.建筑概況

長安大學朱雀幼兒園位于陜西省西安市雁塔區(qū)崇業(yè)路10號長安大學朱雀住宅區(qū)內(nèi)。幼兒園建筑占地面積615㎡，建筑面積1950㎡，戶外活動場地1650㎡。整體結(jié)構(gòu)為磚混結(jié)構(gòu)，共四層，每層層高為3.2米，其中第四層為活動板房建筑。

（二）建筑現(xiàn)狀

1.外墻圍護結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

由于幼兒園建造時間較早，通過調(diào)研得知教學樓的外圍護結(jié)構(gòu)并沒有使用保溫隔熱措施，并且幼兒園的多功能廳及二層西側(cè)的活動室墻體為臨時活動板房的巖棉夾芯板，雖有一定的保溫隔熱能力，但還是不能滿足使用者的舒適度需求。這導致建筑的保溫性能不好，導致冬季室內(nèi)溫度低，采暖能耗增大，夏季室內(nèi)溫度過高，制冷設(shè)備耗電嚴重，使用者舒適度較差。

2.門窗現(xiàn)狀

幼兒園的外窗全部為1.5m×1.8m的單層鋁合金玻璃窗。由于只采用單層玻璃，且密封性能不佳，冬季由窗戶散失的熱量較大，加之教室中的供暖設(shè)施均依窗布置，窗戶的保溫隔熱性能不好直接影響到冬季采暖部分熱量的損失。此外，窗戶的隔音效果也不佳。如今，幼兒園的開窗大小也不符合幼兒園建筑設(shè)計規(guī)范（活動室窗地面積比應(yīng)為1/5，臥室應(yīng)為1/6），開窗面積偏小，不能良好滿足室內(nèi)采光、通風要求。通過計算，得到圍護結(jié)構(gòu)各部分不同朝向的面積及窗墻比，結(jié)果見表1。

在走廊內(nèi)側(cè)的墻體上局部開有小高窗，但由于開啟面積小，加之外窗面積小，導致活動室及臥室的采光和通風仍存在問題，在使用方面感到空氣流通不暢。

幼兒園的外門除了北側(cè)正門是玻璃門外，其余都使用的單層玻璃鋁合金門，門體老舊且單薄，保溫隔熱性能差，密封性不好，冬季熱量損耗大。

3.屋頂現(xiàn)狀

長安大學朱雀幼兒園采用平屋頂，加蓋的臨時性建筑為坡屋頂。如今三層及四層分別有室外平臺，即下層房屋的屋頂平臺。屋頂雖然做了適當?shù)姆浪畬蛹氨貙?，但是頂層各教室在夏季仍異常炎熱，?jīng)實測，平均比其它層教室溫度高2～3℃，給使用者帶來了較為不適的空間體驗。

4.設(shè)備現(xiàn)狀

長安大學朱雀幼兒園的各類設(shè)備系統(tǒng)較老舊，出現(xiàn)老化現(xiàn)象。其室內(nèi)照明設(shè)備仍采用的是國家要求淘汰的熒光燈管及白熾燈；暖氣設(shè)備及管道也比較老舊；制冷設(shè)備為風扇以及臺式空調(diào)；燒水設(shè)備是電熱水器。

二、長安大學朱雀幼兒園問題分析與總結(jié)

根據(jù)實地調(diào)研情況分析，可將長安大學朱雀幼兒園建筑中所存在的能耗問題總結(jié)為采光問題、通風問題、熱舒適度問題及設(shè)備問題。

（一）采光問題

活動室和臥室的開窗面積小，不滿足規(guī)定及需要，導致教室內(nèi)部，特別是一層教室的采光不充足；幼兒園的內(nèi)廊過于狹長，且只能通過盡端的鋁合金玻璃門及內(nèi)墻上的小面積上懸式高窗進行采光，加之門廳空間狹小，導致走廊、入口等交通空間的采光嚴重不足。

（二）通風問題

活動室及臥室的外開窗及內(nèi)廊高窗面積小，導致室內(nèi)空氣流通不暢；樓梯間過于封閉，窗戶小且不便開啟；走廊為狹長的內(nèi)廊式，加之門廳空間狹小，通風換氣只靠幾扇小面積的門和高窗，無論是風壓還是熱壓，都無法達到有效通風換氣的作用。

（三）熱舒適度問題

屋面未做合適的保溫隔熱構(gòu)造，頂層教室冬冷夏熱，使用者舒適度較差；外圍護墻體沒有保溫隔熱措施，夏季建筑整體溫度較高，利用機械制冷，耗電量巨大；加建的臨時性板房建筑墻體及屋頂保溫隔熱性能較差，室內(nèi)夏日炎熱，冬季寒冷；建筑采用單層鋁合金玻璃窗，密封性能、保溫度性能差，熱損失嚴重；冬季采暖，頂層室溫過高，底層室溫又達不到要求，導致冬季整體空間溫度波動較大，熱損耗較多，使用者舒適度較差；二、三層東南側(cè)的活動室在夏天早晨光照過于強烈，無合適的遮陽措施，導致夏季早晨室內(nèi)光照過強、溫度高，影響幼兒進行室內(nèi)活動。

三、長安大學朱雀幼兒園節(jié)能改造

（一）針對采光、通風問題的改造

增大活動室及臥室的建筑開窗面積，將原先1.5mx1.8m的窗戶擴大為2.1mx2.1m的大窗。設(shè)置低位通風格柵窗，在夜間可通過手動打開，為室內(nèi)進行夜間通風，并且更換窗戶構(gòu)件，使之達到保溫、隔熱、隔聲等效果。

增大活動室及臥室的內(nèi)廊高窗數(shù)量。由于外窗設(shè)置了夜間使用的低位通風百葉窗，所以外窗與高窗相配合，可在白天及夜間，通過熱壓通風原理讓室內(nèi)進行良好的通風換氣。

對幼兒園正門入口空間進行改造。對門廳空間進行擴大延伸，將原先傳達室旁的小型灰空間納入門廳范圍。加建部分采用中空玻璃幕墻圍合，它具有優(yōu)良的保溫隔熱與隔聲特性，能顯著減少室內(nèi)外通過門窗的熱交換，降低建筑空調(diào)能耗，限制了表面的冷凝現(xiàn)象。

在建筑東南側(cè)加建邊庭空間。該空間是將原先緊鄰建筑的室外小庭院進行兩面玻璃幕墻圍合及頂部圍合，形成一個高度達4層樓的邊庭空間，并在頂部設(shè)置通風口及太陽能光電板裝置。玻璃幕墻的材質(zhì)選用可呼吸交流的雙層玻璃幕墻，該空間的設(shè)置可顯著改善室內(nèi)的通風換氣問題，成為東西方向風廊。由于采用雙層玻璃幕墻，在夏季可打開外層玻璃的上下通風口及頂部通風口，通過熱壓作用將室內(nèi)溫度較高的空氣引出排走，起到了自然通風的作用；在冬季可將外層玻璃的上下通風口關(guān)閉，成為保溫夾層，減少室內(nèi)散熱量，達到提升室內(nèi)熱舒適度，降低空調(diào)耗能的作用；可在不影響其他房間采光的前提下改善各層走廊空間的采光；從空間使用角度講，為幼兒園增設(shè)了豎向貫通的室內(nèi)活動交流空間，豐富了建筑空間。

將樓梯間原先的磚混外墻加小開窗形式更換為玻璃幕墻形式，改善交通空間的采光和通風問題。在頂層玻璃幕墻處設(shè)置可開啟窗扇用以通風，起到一定的拔風作用。

（二）針對熱舒適度問題的改造

屋面加設(shè)內(nèi)保溫吊頂，起到保溫隔熱的效果。

做種植屋面改造。在屋面進行種植綠化，增加屋頂保溫隔熱效果、加強屋面蓄水能力、減少雨水滲透的同時可創(chuàng)造環(huán)境優(yōu)美的屋頂平臺、改善空氣質(zhì)量。

做外墻外保溫。根據(jù)外立面裝飾要求選擇適合的保溫裝飾一體化材料，能夠有效保護建筑主體結(jié)構(gòu)，延長使用壽命，基本消除熱橋效應(yīng)的影響，不會占用建筑室內(nèi)空間，且工程造價較低，施工時無需室內(nèi)搬遷。

將原有門窗換成塑鋼門窗，改善窗戶的保溫性能。對于窗戶的框架，采用導熱系數(shù)小的塑料、斷熱處理過的金屬框材、鋼塑、鋁塑、木塑復(fù)合材料，保溫兼顧美觀，將單層玻璃窗換為雙層中空LOW-E玻璃。

新增設(shè)的玻璃幕墻選用節(jié)能幕墻材料。采用可呼吸交流的雙層玻璃幕墻，解決了采用普通玻璃幕墻所導致的通風、太陽輻射以及增加采暖空調(diào)系統(tǒng)負荷的問題。

為保持建筑立面的完整性，在需要遮陽設(shè)施的二、三層東南側(cè)活動室設(shè)置內(nèi)遮陽百葉設(shè)施，用以遮擋過強的陽光照射，減少夏季進入室內(nèi)的太陽輻射熱。

在建筑南向窗戶上統(tǒng)一安裝太陽能光電板水平遮陽設(shè)施。將遮陽系統(tǒng)與太陽能光電系統(tǒng)結(jié)合，一方面可在夏季為房間遮陽，并可根據(jù)日照角度自行調(diào)整；另一方面可吸收太陽能并加以利用，除提供系統(tǒng)自身運轉(zhuǎn)外還可以為熱水系統(tǒng)提供能量。

（三）針對設(shè)備問題的改造

將電熱水器更換為太陽能熱水系統(tǒng)。西安地區(qū)全年接受高太陽輻射的時間較長，所以適宜利用太陽能技術(shù)。在建筑屋頂設(shè)置太陽能集熱器及太陽能熱水系統(tǒng)，以解決建筑內(nèi)部的熱水供應(yīng)問題。

利用太陽能發(fā)電。在屋頂安裝太陽能光伏板，為整個建筑提供電能。在節(jié)約運營成本的同時，也節(jié)約了資源。

四、結(jié)語

通過對該建筑的現(xiàn)狀問題進行總結(jié)與歸納，對既有建筑節(jié)能改造的研究，運用節(jié)能改造具體策略，結(jié)合西安地區(qū)氣候等因素，針對建筑中的實際問題，有針對性地提出了適宜的節(jié)能改造具體措施，進行了節(jié)能改造設(shè)計。通過以上分析改造過程，最終通過以被動技術(shù)為主體的設(shè)計手段力求達到該建筑改造后的節(jié)能要求，提高建筑的使用舒適度。

參考文獻：

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