嚴(yán)寒地區(qū)高速公路服務(wù)區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)研究

柳紅明，張 彰

（吉林建筑大學(xué)，吉林 長春 130000）

隨著我國城市社會(huì)的快速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平也逐步提高。機(jī)動(dòng)車逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ畹闹斜匦杵罚滟徺I量及購買速度都在不斷提升。機(jī)動(dòng)車的使用讓人們的出行更加便利，從而也促使高速公路的線路及里程數(shù)快速增長，同時(shí)也給高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)向著更人性化、更節(jié)能化發(fā)向發(fā)展提出了更高的要求。嚴(yán)寒地區(qū)的高速公路服務(wù)區(qū)一般由主干道兩側(cè)的綜合樓、鍋爐房、維修站、加油站等幾部分構(gòu)成。其建筑的能耗主要源于冬季采暖，絕大部分為小型燃煤鍋爐獨(dú)立供暖。這種供暖方式不僅加劇了對不可再生能源的消耗，而且會(huì)制造大量有害氣體污染空氣。服務(wù)區(qū)作為高速公路的基本服務(wù)單元之一，多沿高速公路路網(wǎng)分布，且大部分位于野外遠(yuǎn)離城市而獨(dú)立存在，在冬季無法提供高效、節(jié)能的供暖方式，能源利用率低、能源浪費(fèi)現(xiàn)象比較嚴(yán)重，故嚴(yán)寒地區(qū)高速公路服務(wù)區(qū)建筑節(jié)能發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

1 嚴(yán)寒地區(qū)高速公路服務(wù)區(qū)的建筑用能現(xiàn)狀

嚴(yán)寒地區(qū)的高速公路服務(wù)區(qū)因其氣候環(huán)境更加惡劣，冬季采暖持續(xù)時(shí)間更長，導(dǎo)致采暖及空調(diào)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間較長且用能強(qiáng)度較大。據(jù)數(shù)據(jù)研究顯示，嚴(yán)寒地區(qū)高速公路服務(wù)區(qū)中維持室內(nèi)熱環(huán)境系統(tǒng)所占建筑耗能比為40%～50%，照明等耗能約占30%～40%，其他設(shè)備約占 10%～20%。由此可見，冬季采暖及日常用電為嚴(yán)寒地區(qū)高速公路服務(wù)區(qū)的兩種主要用能方式。

嚴(yán)寒地區(qū)內(nèi)大多數(shù)服務(wù)區(qū)在場地內(nèi)單獨(dú)布置鍋爐房，仍然以燃煤鍋爐加暖氣片輻射式采、供暖為主，這種采、供暖方式的經(jīng)濟(jì)性及供熱效率都比較差。同時(shí)服務(wù)區(qū)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)較差的保溫性，導(dǎo)致了室內(nèi)熱量流失過快。建筑物內(nèi)多以暖氣片輻射的方式供暖，這種方式冬季熱負(fù)荷較大，地埋管采暖系統(tǒng)容易形成冷堆積，導(dǎo)致供熱效果逐年減弱，其維護(hù)費(fèi)用及故障率也相對較高。以吉林省為例，2015年政府頒布的《吉林省大氣污染防止條例》中明確規(guī)定將逐步禁止使用十蒸噸以下的燃煤鍋爐，這意味著高速公路服務(wù)區(qū)作為一個(gè)獨(dú)立的野外單元，需要尋找新的供暖方式來降低其冬季用能，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

服務(wù)區(qū)的日常用電量也十分巨大，由于高速公路服務(wù)區(qū)功能組成的較為特殊，室內(nèi)公廁、餐廳及商超市等服務(wù)區(qū)域營業(yè)時(shí)間較長，需要用電進(jìn)行室內(nèi)照明，維持室內(nèi)舒適的光環(huán)境，同時(shí)，服務(wù)區(qū)整個(gè)地塊內(nèi)的道路照明系統(tǒng)在夜間消耗的電能也十分巨大。目前嚴(yán)寒地區(qū)除了個(gè)別服務(wù)區(qū)應(yīng)用了太陽能路燈之外，大部分都缺少對建筑用電系統(tǒng)有效的節(jié)能措施，導(dǎo)致了電能的大量損耗。

2 嚴(yán)寒地區(qū)高速公路服務(wù)區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方法

2.1 服務(wù)區(qū)地勢的選擇

服務(wù)區(qū)選址周邊的地勢條件會(huì)對其建筑的節(jié)能產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。大多數(shù)服務(wù)區(qū)建筑地勢相對較為平坦，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分利用地形，節(jié)省土方量，避免植被或土壤遭到破壞。在服務(wù)區(qū)的建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)多采用背陰朝陽的方式選擇服務(wù)區(qū)建筑的位置及朝向，此種方式不僅使建筑在冬季可以增加日照時(shí)數(shù)，維持室內(nèi)溫度，夏季還可以加強(qiáng)自然通風(fēng)，使室內(nèi)的舒適性得到提高。服務(wù)區(qū)的建筑應(yīng)極力避免設(shè)置于洼地、山谷及凹陷等地區(qū)，一方面，此類地形會(huì)加劇冬季寒風(fēng)對建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的沖擊，不利于門窗洞口的保溫，導(dǎo)致建筑內(nèi)熱量散失速度加快，另一方面，由于服務(wù)區(qū)建筑層數(shù)較低，容易出現(xiàn)建筑內(nèi)上暖下冷的情況，對于建筑室內(nèi)的采光、通風(fēng)也造成了不良的影響。處于凹地地勢的建筑在冬季極易在建筑底層產(chǎn)生冷氣聚集，導(dǎo)致建筑下層的室內(nèi)溫度較低，還可能引起地面保溫結(jié)構(gòu)材料的開裂，從而損壞建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，增加建筑維護(hù)的成本。

2.2 建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)包含外墻、屋頂、外門窗、地面等，在嚴(yán)寒地區(qū)高速公路服務(wù)區(qū)建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)著重考慮其保溫性能，選取保溫性能較好的材料并注意對女兒墻、挑檐等構(gòu)造的節(jié)能處理，從而最大限度的降低熱橋效應(yīng)的出現(xiàn)。

2.3 可再生能源利用設(shè)計(jì)

可再生能源的利用包括對太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮苜Y源的利用。嚴(yán)寒地區(qū)大部分區(qū)域的太陽能、風(fēng)能及地?zé)崮苜Y源豐富，因此在服務(wù)區(qū)建筑的再生能源利用策略上，可以考慮對以上三種自然能源的重點(diǎn)使用。

太陽能利用技術(shù)在我國發(fā)展較早，目前我國在太陽能發(fā)電、太陽能采暖、太陽能制冷、太陽能除濕方面等的應(yīng)用較為廣泛。太陽能技術(shù)的應(yīng)用原理主要是將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能或熱能，來為建筑內(nèi)部的各個(gè)系統(tǒng)的日常運(yùn)行，提供能源輸送，從而降低建筑整體對非再生能源的依賴。太陽能節(jié)能系統(tǒng)大部分設(shè)置在屋頂或天窗部分，在節(jié)約用地的同時(shí)屋頂也是太陽輻射能接收的最佳位置。不同的屋頂形式對于太陽能的接收效率也略用不同，相同自然條件下，坡屋頂?shù)奶柲芙邮招室獜?qiáng)于平屋頂。

風(fēng)能是一種清潔、安全的可再生資源，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是目前我國利用風(fēng)能的主要形式。其優(yōu)點(diǎn)可以大量降低成本，并可以設(shè)置立體化設(shè)施，保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境。在利用風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)時(shí)應(yīng)對周邊環(huán)境、建筑物的體量、適宜的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建筑結(jié)構(gòu)是否安全穩(wěn)定等方面進(jìn)行充分考慮。

利用地?zé)崮艿闹髁鞣绞街患礊榈卦礋岜孟到y(tǒng)的布置，在冬季時(shí)，地源熱泵系統(tǒng)從土地中獲取低溫?zé)嵩矗?jīng)過高效集熱整合成為高溫?zé)嵩?，以此來為建筑?nèi)提供熱量；夏季時(shí)，系統(tǒng)將建筑室內(nèi)多余熱量轉(zhuǎn)移到地下，降低室內(nèi)氣溫從而達(dá)到制冷的目的。

2.4 空氣循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一般情況下，保證室內(nèi)外空氣的流通性主要做法是開窗換氣，用新鮮的空氣稀釋室內(nèi)空氣污染物，改善空氣質(zhì)量，但由于服務(wù)區(qū)建筑靠近高速公路主干道，其環(huán)境噪音較大，而且常會(huì)出現(xiàn)風(fēng)雨沙塵及冬季室外氣溫較低的情況，均不宜開窗通風(fēng)換氣。對于室內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置，可以在門窗關(guān)閉的情況下為室內(nèi)提供新鮮空氣的同時(shí)避免了噪音、室外粉塵等對室內(nèi)環(huán)境的影響，從而保證了使用者的健康，并有利于維持整體建筑的氣密性，增加室內(nèi)的舒適度。嚴(yán)寒地區(qū)一般采用帶有熱泵式熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)，其能夠適應(yīng)嚴(yán)寒地區(qū)的極端氣候環(huán)境，可以在低溫環(huán)境下正常運(yùn)作，且熱回收率相對較高。

3 結(jié)語

隨著建筑材料和技術(shù)的不斷更新，建筑也朝著建造時(shí)間更短、舒適性更強(qiáng)、更加節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。本文迎合當(dāng)今時(shí)代發(fā)展的需要，以減少嚴(yán)寒地區(qū)高速公路服務(wù)區(qū)建筑能耗為目的，從服務(wù)區(qū)選址、建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可再生能源利用設(shè)計(jì)及空氣循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)幾個(gè)方面出發(fā)，提出未來嚴(yán)寒地區(qū)高速公路服務(wù)區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的研究方向，盡可能減少服務(wù)區(qū)建筑對非再生能源的過渡依賴，從而達(dá)到人與自然和諧發(fā)展的結(jié)果。