西安地區(qū)高校公共建筑節(jié)能分析與改造

李暢 吳雙

摘 要：隨著近代人類的負(fù)效行為與天災(zāi)使人口膨脹、能源、土地、住房、環(huán)境等危機(jī)空前地危害到人類自身的生態(tài)與可持續(xù)發(fā)展，全球各行業(yè)才被驚醒，急求對策。建筑行業(yè)也不例外。建筑及其環(huán)境必須具備有利于生態(tài)與可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)與精神基礎(chǔ)。從20世紀(jì)七八十年代到21世紀(jì)初期的大多數(shù)建筑，都存在著數(shù)量多、使用功能不完善、能耗高的弊端。將既有建筑引入綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展的理念，采取適宜的綠色技術(shù)對既有公共建筑進(jìn)行綠色改造，實(shí)現(xiàn)既有公共建筑的功能提升和可持續(xù)發(fā)展成為現(xiàn)階段的重要任務(wù)。西安作為西北地區(qū)建筑行業(yè)發(fā)展較為健全的城市，在綠色建筑和節(jié)能建筑的發(fā)展上尤為重視，將結(jié)合綠色建筑五節(jié)一環(huán)保（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、保護(hù)環(huán)境、減少污染）的基本理念，對陜西師范大學(xué)雁塔校區(qū)教學(xué)一樓做出綠色建筑分析，并結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)手段，提出改造方案。

關(guān)鍵詞：既有建筑；綠色建筑改造；節(jié)能分析

一、陜西師范大學(xué)教學(xué)一樓現(xiàn)狀分析

（一）改造對象選取依據(jù)

西安是西北高校的集中地，校園建筑中，教學(xué)樓建筑使用率高，使用人群數(shù)量大，是西安地區(qū)和各類高校中最具有代表性的建筑形式之一，是西安既有公共建筑節(jié)能的重點(diǎn)領(lǐng)域。

陜西師范大學(xué)，簡稱“陜師大”，坐落于古都西安，雁塔校區(qū)古樸典雅，鐘靈毓秀，圖書館古樸莊重，氣勢宏偉，校區(qū)內(nèi)綠化面積寬闊，種植種類豐富，使這樣一個歷史悠久的名校，在如今對于生態(tài)校園和綠色校園的發(fā)展要求也能很好適應(yīng)，但是校區(qū)年代久遠(yuǎn)也是造成建筑存在諸多問題的一個因素。

（二）改造對象的基本概況

教學(xué)一樓位于陜西師范大學(xué)雁塔校區(qū)，屬于校園內(nèi)第一批教學(xué)建筑，在2008年進(jìn)行了立面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改造，占地面積為820平方米，框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積為2340平方米，層高為3層，每層面積大約780平方米，樓梯一共三部，停車位置占用建筑南部前廣場和學(xué)校統(tǒng)一停車場。

1.陜西師范大學(xué)教學(xué)一樓平面布局

建筑主入口為南向禮儀入口，建筑北側(cè)設(shè)置次入口，走廊兩端分別設(shè)置疏散次入口，樓梯分為三部，建筑本身為長方形平面對稱建筑，三部樓梯有效分割疏散空間。西側(cè)部分主要功能為六個教學(xué)觀察室，平時作為課程教室使用，每層設(shè)置一個男衛(wèi)生間，一個女衛(wèi)生間，在首層設(shè)置值班室，其他教室分別為測試室、實(shí)驗(yàn)室和輔導(dǎo)室等功能性公共教室，房間呈南北向分布，中間走廊狹長，寬度為2.1米。

建筑二層主要為行政辦公室和教師研究工作室，西側(cè)主要為控制中心和機(jī)房等機(jī)械功能空間，其中也分布了辦公室和主任室等行政辦公空間。主樓梯正對的接待室，玻璃幕墻圍合，增加空間的通透性和間接采光效果。建筑東側(cè)則包括三個教師工作室和兩個教學(xué)研究室，兩側(cè)由中間主樓梯將行政空間和教研空間區(qū)分開。

建筑三層是建筑的頂層，三層在功能上承接了二層?xùn)|側(cè)的教師工作室，在南側(cè)也設(shè)置了五個教授工作室和一個博士工作坊，北側(cè)房間采光效果較差，所以統(tǒng)一設(shè)置為科研和實(shí)驗(yàn)室用房。

2.陜西師范大學(xué)教學(xué)一樓內(nèi)部構(gòu)成

建筑主要為框架結(jié)構(gòu)，單層層高在三米左右，每層樓板下均做吊頂，吊頂內(nèi)部為通風(fēng)管線，下方設(shè)置人工照明燈具。

建筑開窗數(shù)量多，窗地比較大，有較好的通風(fēng)效果，但是由于窗戶使用的是普通窗體，所以密閉保溫性能略有欠缺。

二、陜西師范大學(xué)教學(xué)一樓綠色建筑分析

（一）陜西師范大學(xué)教學(xué)一樓節(jié)能建筑形體分析

陜師大教學(xué)一樓為長方形（一字型排布）建筑，建筑外表面面積較長，平面周長較長，因此其外圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱面積大。

建筑主要立面為南向和北向立面，陰影區(qū)集中在北側(cè)校區(qū)內(nèi)綠植園——暢志園，而且建筑總層高為三層，形成陰影面積較小，不影響其他建筑物、構(gòu)筑物的使用功能。西安主風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)和西南方向，所以風(fēng)荷載水平力對建筑影響較小，長方形建筑南北開窗均勻通透，其采光和通風(fēng)效果較好。

（二）陜西師范大學(xué)教學(xué)一樓“四節(jié)一環(huán)?！狈治?/p>

1.節(jié)地：陜西師范大學(xué)教學(xué)一樓為舊建筑改造項(xiàng)目，2008年進(jìn)行改造后竣工后，進(jìn)行合理再利用，節(jié)省了新的建筑用地。建筑主陰影區(qū)域?yàn)楸眰?cè)，陰影投射在暢志園，又因?yàn)榻ㄖ痈邽槿龑樱ㄖ叨仍谑字畠?nèi)，所以并不影響植物園的采光要求，建筑周圍場地綠化豐富，能夠適當(dāng)為建筑調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。

2.節(jié)能：建筑本身存在著一些能源利用方面的問題。

首先，建筑平面為長方形，進(jìn)深短，跨度大，除了走廊兩端的樓梯間和次入口及主入口采光，沒有其他自然采光手段，教室和工作室/辦公室也沒有對走廊的高窗。走廊亮度較差，建筑采用走廊吊頂局部照明的方式。

因?yàn)榻ㄖ痈咻^低，又設(shè)置了照明吊頂，以至于走廊通風(fēng)效果較差，辦公室和教室內(nèi)安裝空調(diào)和人工排風(fēng)系統(tǒng)，缺乏自然通風(fēng)，能源消耗較大。

建筑外墻和屋頂無綠化和太陽能裝置，不利于建筑內(nèi)空間保溫和隔熱，建筑本身不能提供能源用以消耗。

建筑窗戶為雙層窗戶，是保留了改造之前建筑使用的外窗，在改造過程中，外表面墻體材料更改，同時在窗戶外側(cè)又加設(shè)一道窗戶，在一定程度上起到了隔熱保溫效果，但是在使用時會造成極大的不便。

主入口設(shè)置門斗，但未做外層入口，只能作為雨棚使用，沒有形成獨(dú)立前室，無保溫隔熱作用。

3.節(jié)水：教學(xué)樓不會產(chǎn)生嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)的情況，且衛(wèi)生間的拮據(jù)方面選擇都是節(jié)水器具，感應(yīng)式手龍頭和沖水器，避免了使用者因疏忽產(chǎn)生的浪費(fèi)情況。南入口前廣場綠地澆灌也都是采用噴灌和微灌技術(shù)，有良好的節(jié)水效果。

4.節(jié)材：建筑外墻裁量適用面磚和抹灰墻面，不構(gòu)成材料浪費(fèi)。

5.環(huán)境保護(hù)：主入口二三層外立面使用傳統(tǒng)單向玻璃幕墻，不能做到材料環(huán)保。教室內(nèi)部和走廊有墻面吸聲材料，能有效控制噪聲。

三、陜西師范大學(xué)教學(xué)一樓綠色建筑改進(jìn)建議

（一）遮陽改造

存在問題：夏季南向墻體和房間室內(nèi)溫度過高，沒有直接遮陽手段避免陽光直射所造成的局部眩光；西墻開窗使夏季出現(xiàn)嚴(yán)重的西曬情況，同時也使西側(cè)南側(cè)同時開窗的房間溫度過高；北向除了部分實(shí)驗(yàn)室對采光要求較低之外，其他工作室與教室采光效果較差。

改造措施：夏季建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)大部分都在太陽輻射下，窗口遮陽在改造過程中尤為重要。

1.建筑南向立面由于層數(shù)較低，加上入口前廣場空間綠化效果明顯，對建筑窗口形成了一定程度的遮陽效果，所以在遮陽策略上只有在窗戶固定位置做水平遮陽板，顏色為銀白色，材質(zhì)為金屬。

2.建筑北立面沒有直射陽光，本身對遮陽設(shè)備的要求不高，再加上是校內(nèi)植物園，夏天通過植物的蒸騰作用，對建筑會有明顯的降溫和減輕熱輻射的效果，所以只在檐口做出一定的處理，來避免一定程度的熱輻射。

3.建筑西立面采用生態(tài)遮陽、垂直遮陽與窗口遮陽的綜合遮陽模式，墻體局部外掛金屬網(wǎng)，與墻體表面建筑間距約500mm，墻體根部種植栽培管理簡單的依附性植物，例如爬山虎。在夏季能夠通過植物的蒸騰作用降低墻體表面及室內(nèi)的溫度，也能沿鐵絲網(wǎng)生長達(dá)到遮陽效果。

4.建筑東立面太陽直射率較低，而且有部分時間是在工作時間之外，所以采用內(nèi)遮陽的方式，在窗體內(nèi)部進(jìn)行卷簾內(nèi)遮陽，節(jié)省外遮陽構(gòu)件費(fèi)用。

（二）通風(fēng)改造

存在問題：教室和走廊通風(fēng)不暢，沒有合理的通風(fēng)系統(tǒng)。

改造措施：主要采用自然通風(fēng)的方式。但由于教學(xué)工作空間，工作時間常年送新風(fēng)，其自然通風(fēng)的能力只能在非工作時間體現(xiàn)。（圖1）

1.風(fēng)壓作用：由于建筑多數(shù)為南北向空間，且進(jìn)深較短，所以在南、北教室靠走廊側(cè)墻上開高窗，使夏季開窗時能形成南北穿堂風(fēng)。

2.熱壓作用：建筑狹長且沒有中庭和天井，在樓梯間設(shè)計改造時，利用風(fēng)壓通風(fēng)使得辦公空間和走廊的熱風(fēng)吹向風(fēng)壓較低的樓梯間，在樓梯間上層設(shè)置上人屋面的出口，四面開窗通風(fēng)，采用太陽能拔風(fēng)煙囪，有效促進(jìn)熱壓通風(fēng)，根據(jù)不同季節(jié)的需求來調(diào)節(jié)封口開啟和閉合。

（三）能源改造

存在問題：走廊人工照明系統(tǒng)常明，造成一定的能源浪費(fèi)；屋頂工作室和實(shí)驗(yàn)室夏季溫度較高，使用起來不方便；南向房間夏季溫度普遍偏高，而冬季保溫性又較差。

改造措施：

1.將建筑中的照明系統(tǒng)改造成節(jié)能照明設(shè)備，選擇照明智能控制系統(tǒng)和節(jié)水器具，減少建筑內(nèi)不使用時卻產(chǎn)生的能源消耗。

2.屋頂改造成上人屋面，設(shè)置屋頂綠化，能夠有效保護(hù)建筑物頂部，延長屋頂建材使用壽命，緩解城市熱島效應(yīng)，保溫隔熱，冬季夏季均能調(diào)節(jié)頂層空間的溫度，減少空調(diào)的使用，一定程度節(jié)約了能源。

3.提高建筑冬季的室內(nèi)舒適度，建筑在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改造方面，選用外墻內(nèi)保溫的形式。窗戶將原有的雙層普通窗戶改為LOW-E中空玻璃，夏天室內(nèi)溫度比室外的低，要求玻璃能隔熱，就使室外熱量盡量少地傳遞到室內(nèi)。

4.在南立面和東立面可設(shè)置太陽墻，利用太陽墻附著在建筑表面，吸收太陽能，轉(zhuǎn)化成其他能源供給建筑本體自身的能源消耗，減少整體能耗，也節(jié)省了建筑空間。

（四）環(huán)保改造

存在問題：建筑立面普通幕墻造成光污染。

改造措施：建筑幕墻部分使用呼吸幕墻的做法，由內(nèi)外兩層幕墻之間形成一個通風(fēng)換氣層，由于此換氣層中空氣的流通或循環(huán)的作用，使內(nèi)層幕墻的溫度接近室內(nèi)溫度，減小溫差。外側(cè)幕墻玻璃使用可選擇LOW-E玻璃，擁有良好的光學(xué)性能，室外反射率在10%-30%，小于國家幕墻的可見光反射率要求，減少光學(xué)污染。

四、結(jié)語

教學(xué)樓作為高校系統(tǒng)使用率最高的建筑形式，成為既有建筑綠色實(shí)踐改造的重中之重。綠色建筑是與自然能夠和諧相處的一種可持續(xù)發(fā)展的建筑形式，設(shè)計時要以滿足人類要求、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、綠色建筑概念的全方位涵蓋以及全壽命周期為原則，根據(jù)地理環(huán)境，利用可再生能源，充分節(jié)約能源、減少對環(huán)境的污染，減輕建筑對自然環(huán)境的壓力。既有建筑改造中所采用的綠色建筑技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是終極目標(biāo)，綠色建筑實(shí)踐就是一個不斷探索，不斷完善的過程，包含了人與自然、社會環(huán)境的和諧共處法則，對既有環(huán)境的尊重與合理利用，對人類社會發(fā)展的高度責(zé)任感。

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作者單位：

長安大學(xué)建筑學(xué)院