陜北地區(qū)高校教學樓建筑節(jié)能措施探索

鄭　海　霍治澎

(延安大學建筑工程學院，陜西 延安　716000)

0　引言

高校教學樓屬于公共建筑的一種類型，公共建筑相比對居住建筑空間構成和功能分區(qū)更復雜多樣，同時公共建筑的能耗遠遠高于住宅建筑能耗，是我國能耗控制的重點對象。我國最早在2005年發(fā)布了《公共建筑節(jié)能設計標準》，強制性規(guī)范了公共建筑節(jié)能設計。

近幾年高等教育規(guī)模的不斷擴大，我國高校普遍都在大力發(fā)展校區(qū)規(guī)模，據(jù)相關統(tǒng)計，截至2017年，我國在建和已建的新校區(qū)高達200多所。伴隨著我國高校建筑面積仍在不斷增加，建筑類型越來越多樣，高校建筑能耗越來越突出。而教學樓在高校建筑中使用頻率最高，最具有代表性。陜北地區(qū)相對于我國其他地區(qū)偏遠落后，節(jié)能意識弱，建筑的能耗普遍高，因此，陜北地區(qū)高校教學樓建筑節(jié)能潛力巨大，探索適宜的建筑節(jié)能措施非常有價值。

1　研究區(qū)域概況

陜北地區(qū)包括延安市和榆林市，陜北地區(qū)的氣溫四季明顯，具有明顯的晝夜溫差，年平均氣溫約為10 ℃，最冷月為1月份，冬季平均氣溫在-8 ℃～4 ℃。年日照時數(shù)均達到2 000 h以上，延安地區(qū)與榆林地區(qū)均屬于日照高值區(qū)，具有豐富的太陽能資源。

《民用建筑熱工設計規(guī)范》將我國不同地區(qū)按照氣象條件差異劃分為五個氣候分區(qū)，分別為嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)和溫和地區(qū)，而陜北地區(qū)在建筑熱工分區(qū)中屬于寒冷地區(qū)，按照設計要求，住宅建筑設計應滿足冬季保溫的要求。

2　能耗特點

建筑的使用功能不同，導致能耗需求不同，在陜北地區(qū)高校教學樓建筑能耗大，而且具有明顯的特點。據(jù)調(diào)研表明陜北地區(qū)高校教學樓能耗主要集中在天然氣和電能，冬季采暖主要使用天然氣，陜北屬于寒冷地區(qū)，因此冬季采暖期長，天然氣消耗大；電能主要使用在照明、教學多媒體設備和熱水器，相對于我國經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，陜北地區(qū)高校教學樓無論是冬季還是夏季，幾乎沒有空調(diào)能耗。陜北地區(qū)高校教學樓能耗具有季節(jié)性的特點，據(jù)調(diào)研統(tǒng)計，4月～11月初能耗集中在電能(見圖1)，11月中旬～次年3月底能源消耗集中在天然氣和電能(見圖2)，其中天然氣能耗所占比例大，由于陜北地區(qū)最冷月在1月份，因此能耗的高峰期在每年的12月、1月；每年的1月底～3月初、7月底～9月初由于寒暑假的原因能耗會明顯降低。

3　節(jié)能措施

針對陜北地區(qū)高校教學樓的能耗特點，主要從節(jié)能宣傳教育和既有建筑節(jié)能設計兩方面進行初步的探索。

3.1　加強節(jié)能意識，建立能耗監(jiān)控系統(tǒng)

高校師生總體素質(zhì)較高，通過宣傳教育是有效的途徑之一。在全校范圍內(nèi)開展節(jié)能減排的宣傳教育，邀請專家對綠色建筑、建筑節(jié)能技術等專業(yè)知識進行普及教育，增強師生的節(jié)能環(huán)保意識，減少浪費能源的行為；舉辦節(jié)能環(huán)保設計創(chuàng)意比賽，比賽的形式可以吸引師生的興趣，通過比賽加強校園節(jié)能減排的宣傳，同時還可以展示學生的創(chuàng)新水平，培養(yǎng)團隊合作精神，提高學生實踐能力；建立能耗管理系統(tǒng)和教學樓能耗監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)校園能耗自動化管理，可有效節(jié)約用電量。

3.2　注重節(jié)能設計

節(jié)能設計是降低建筑能耗的關鍵。據(jù)粗略估算，采取周密、有效的建筑技術措施可降低2/3～3/4的建筑能耗[2]。陜北地區(qū)高校教學樓建筑分為新建和已建兩種，對于新建建筑要從建筑規(guī)劃設計開始到建筑節(jié)能材料的使用，建筑節(jié)能保溫隔熱技術的利用，可再生能源的利用等全方位進行節(jié)能設計，并建立建筑能耗監(jiān)控的自動化系統(tǒng)，追求低能耗、綠色建筑為目標；而對于已建建筑，應注重既有建筑的節(jié)能改造，從外圍護結構的外墻、屋頂、門窗的節(jié)能改造入手，結合可再生能源的利用進行節(jié)能設計。3.2.1注重建筑規(guī)劃設計

建筑節(jié)能設計要求建筑物在冬季能最大限度地利用自然能來取暖，多獲得熱量和減少熱損失；夏季最大限度地減少得熱并利用自然能來降溫冷卻，以達到節(jié)能的目的[1]。陜北屬于寒冷地區(qū)，高校教學樓設計時，應避開冬季主導的東南風向；同時教學樓建筑的體型應盡量減少凹凸面，嚴格控制建筑的體型系數(shù)。依據(jù)寒冷地區(qū)的氣候條件，建筑物體形系數(shù)在0.3的基礎上每增加0.01，該建筑能耗約增加2.4%～2.8%[2]，因此一般情況下建筑物體形系數(shù)越大，則建筑能耗越高，《公共建筑節(jié)能標準》中規(guī)定了寒冷地區(qū)體型系數(shù)不超過0.4；窗墻面積比也是建筑節(jié)能的一個重要指標，外窗的設計不僅要考慮室內(nèi)的通風，同時要在規(guī)范規(guī)定的限值范圍，合理的窗墻面積比不僅可以獲取良好的通風效果，而且可以有效的降低建筑的能耗。

3.2.2圍護結構節(jié)能設計

建筑的圍護結構指能夠有效抵御不利自然環(huán)境的影響，包括建筑的墻體、門窗、屋頂和地面，而能夠和室外空氣直接接觸的外墻、屋面和外門窗部分為外圍護結構。節(jié)能設計中建筑規(guī)劃設計很重要，外圍護結構的保溫隔熱設計也是關鍵因素，外圍護結構如果沒有良好的熱工性能會造成大量的熱損失，為使室內(nèi)保持舒適的溫度，則需要消耗更多的能源，這就造成了一種惡性循環(huán)，不符合節(jié)能設計的要求，因此必須確保建筑的外墻、屋面和門窗具有良好的保溫隔熱能力，才能有效的降低建筑物的能耗。

提高外墻熱工性能可以有效降低建筑的能耗。目前，外墻保溫技術根據(jù)保溫層設置的位置不同，主要有外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫和外墻夾芯保溫三種，對比這三種保溫技術優(yōu)缺點，陜北地區(qū)高校教學樓更適宜外墻外保溫系統(tǒng)，無論是新建建筑還是既有建筑外墻改造，外墻外保溫技術都可滿足，外保溫技術能有效降低墻體熱損失，提高室內(nèi)熱環(huán)境。門窗的能耗約占到建筑能耗的50%，因此門窗節(jié)能設計是建筑節(jié)能設計的關鍵。陜北地區(qū)高校教學樓外窗除了要合理的窗墻比，還應使用雙層中空Low-E玻璃代替單層玻璃，Low-E玻璃的隔熱性能和透光性能良好，窗框要用導熱系數(shù)小的材料，并做好密封處理，防止冷風滲透。除了外墻和門窗的能耗，屋面的能耗也占了建筑能耗一定比例。屋面除了要做好排水防水設計，同時也要注重保溫性能。屋面可采用倒置式保溫屋面，采用聚苯乙烯泡沫塑料作為保溫層，將傳統(tǒng)屋面構造中的保溫層設置在防水層上，可提高屋面保溫性能，同時可延長防水層壽命。 照明節(jié)能設計要充分利用自然采光，同時減少白熾燈的使用，采用能耗低、亮度高的節(jié)能燈；照明節(jié)能更重要的是要培養(yǎng)師生節(jié)能減排的意識，避免電能的浪費。

4　結語

高校的節(jié)能減排是未來的發(fā)展趨勢，同時也是一項長期的工作。本文結合陜北地區(qū)氣候特征和高校教學樓建筑能耗特點，從加強建筑節(jié)能宣傳，建立能耗監(jiān)控系統(tǒng)，控制建筑體形系數(shù)和窗墻比，做好建筑物外圍護結構墻體、門窗、屋面室外保溫等幾個方面，對陜北地區(qū)高校教學樓建筑中的節(jié)能措施進行了初步的探索，為創(chuàng)造節(jié)約型校園提供一定參考。