高校建筑的節能設計

劉 寧 胡 愈

1鄭州市建設工程質量檢測有限公司（45005 2）2河南工程學院土木工程學院（45119 1）

百年大計，質量第一；科教興國，教育為本。一個學校硬件設施的好壞對受教育者起著舉足輕重的作用。隨著社會主義市場經濟的發展，我國的教育事業也取得了長足的進步。義務教育的普及化，高等教育的擴大化，使得越來越多的學子們有了能夠進入高等學府去接受教育的機會。然而必須看到的是，目前在中原地區，眾多學校在運行過程中除去人為因素會產生很大的浪費外，校舍本身的節能與否成為了學校建筑是否節能的一個主要問題。無論是空調、電梯、供水、供暖，還是管理等方面，都要耗費大量的能源。

1 鄭州高校建筑現狀

通過對鄭州市的各高校進行實地調研發現以下特點:1）由于涉及到很多合并的院校，因此幾乎每個高校都分為幾個老校區外加一個新校區。或者沒有合并的院校也是一個老校區加上一個新校區。老校區都地處市區繁華地段，而新校區都地處郊外的新區，比較荒涼。在鄭州市的東西南北四個方向分別有四個大學城,這就使得無論市區內任何的高校，都要開有駛往新校區的班車。2）從建筑類別看，鄭州市高校的教學樓、實驗樓、辦公樓和圖書館多采用綜合多層樓和單獨多層樓為主，個別學校的辦公樓采用了高層建筑。一般建筑均為大空間多層建筑。3）學校的運動場館多為大空間大跨度的鋼結構屋頂結構，便于采光和提供大空間的活動場所。

2 鄭州市高校建筑存在的問題

鄭州市高校近10年來發展的速度讓河南人有目共睹，但在建筑節能方面還存在著許多不足，建筑節能方面還有許多潛力可挖。

1）大量使用玻璃幕墻，無論是實驗樓還是教學樓，立面表達手法上都要加上玻璃幕墻，使得光污染嚴重，同時也加重了空調負荷。

2）利用公用事業單位統一采購的條件，設計師和開發商將能耗分攤到每個角落，不想為不能馬上見效的節能措施投資，也不可能采用國外先進的節能技術。

3）近來一些辦公樓、實驗樓和圖書館都采用了智能化，但對智能化的理解還僅限于整個弱電系統的使用。比如自動門的開關，刷卡機對身份的識別等。

3 鄭州市某高校建筑節能設計策略

根據鄭州市地區特點，需要考慮保溫、隔熱、通風，從本地氣候、經濟條件出發，優選先進節能技術。

3.1 建筑形體節能作用

赫爾佐格對建筑形體進行過深入分析，得出的結論是:同樣面積的四邊形建筑中，正方形體形系數最小，即周長最小。所以正方形建筑的保溫性能最好。赫爾佐格在此結論下進一步提出將正方形旋轉45°，以對角線為南北向布置，可以最大限度地吸收太陽輻射熱量。德國建筑師英恩霍文認為圓形比方形的體形系數更小,對于降低風壓也有顯著作用，同時對于光照的利用也比方形更充分。因此，把圓柱體引入到建筑中，可以降低風壓，減少熱能流失和結構損耗。龍子湖校區某高校的辦公綜合樓采用大V字形,龍湖校區某高校圖書館采取中空開口形，均不利于建筑節能。

3.2 門窗和玻璃幕墻節能

建筑圍護結構中最薄弱的環節是門窗，要想達到節能，必須做到以下幾點措施:

1）對校區的建筑窗墻比要有一定控制。窗戶的面積直接決定了建筑物的采光和暖通空調的能耗，一般的窗墻比控制在0.3，而對于教學樓，由于要求采光充分，因此一般窗墻比要大于0.8。在鄭州地區，高校教學樓、辦公樓和實驗樓的門窗設計要求選擇采光、隔聲、熱工性能良好的新型玻璃材料和合金材料。鄭州地區今年一些高校新區建筑中玻璃幕墻采用了6 mm+9 A+6 mm和10 mm+9 A+10 mm的中空玻璃。由于建筑節能標準不斷提高，普通中空玻璃已經不能滿足節能的需求。通過實驗對比可以發現12 mm空氣層的Low-E中空玻璃適合鄭州地區，玻璃的傳熱比系數比較適中。普通教學樓則采用的是10 mm普通玻璃。

2）依據日照的時間和程度，合理的設計遮陽措施，可以減少玻璃的日照面積并且節省夏季空調的能耗量[1]。在鄭州地區，冬季需日照，而夏季卻需要遮陽。所以要考慮鄭州地區的氣候特點來合理設計遮陽措施。遮陽構造的設計需要結合玻璃、門窗、外墻的整體效果進行，同時要考慮顏色、形式等，既簡約，又得體、不失美觀，而且便于安裝和拆洗。遮陽板設計的合理，可以使板上表面的光線反射后通過自動風窗進入室內，照亮天花板的有斜度的反光部分。如果冬季比較溫暖，自動通風窗會自動開啟，室外空氣可以通過百葉窗進入室內。百葉窗的這種作用是通過煙囪效應實現的，不管風速有多大，風向如何變幻，通風效果都不錯。

3）玻璃窗要達到美觀、經濟、耐久，同時也要便于清洗和維修。這就要求在選擇玻璃的時候需要考慮材料的合理構造形式，使用的靈活性，最大限度的減少能耗。這些要求對于玻璃窗格的顏色、大小和方向均需滿足經濟、美觀、適用的要求。河南工程學院辦公樓采用的是銀白色鍍膜鋁合金窗，淡藍色玻璃；華北水利水電學院行政樓采用的是白色鋁合金窗和單框中空玻璃。

3.3 空調節能

現代建筑的重要耗能來自于建筑物的空調，其中的耗電量占整個建筑耗能的50%以上[2]。一些學校辦公樓還采取了中央空調集中供暖和制冷的措施,主要應用的是全空氣系統風機盤管加新風系統。每棟辦公樓的空調能耗都要分冬夏兩季來統計，考慮到學校有寒暑假的因素，一般學校辦公樓的夏季能耗在2 000 KW左右，冬季由于有暖氣，所以能耗相對較少。鑒于采暖空調在辦公樓采暖制冷當中屬于主導作用，所以對于空調的潛能需要格外關注。室內空調需選擇節能高效型；空調的安裝不宜一直接受日照；不要設定過低溫度；經常清洗空調；采用泵熱技術來滿足夏季制冷與冬季采暖的需求；加強管理與維修，重視室溫的調控；還要推行空調蓄冷技術。

3.4 照明節能

隨著現代化生活水平的提高，人們對現代化建筑的照明要求越來越高[3]。有些辦公室無論陰晴，全天開著燈。從節能角度來說，如果房間的進深不大，在天氣晴好的時候，可以適當關掉燈具而采用自然照明的方式，這時窗外就不需要遮陽板了。尤其對于教室采用大面積的窗戶采光，可以更好地利用陽光照明。對于辦公樓照明節能設計中，盡可能利用自然光，燈具采用高效照明光源。

4 結語

學校的辦公建筑和教學建筑設施隨著現代化的發展也在不斷地推陳出新，對于節能的發展需要不斷地引導和管理，使其健康、有序、可持續地發展，能夠為鄭州乃至河南省高等教育的發展做出積極的貢獻。

[1]籍存德,郝瑞珍,肖景文,等.夏熱冬暖地區辦公建筑節能設計探討[J].建筑科學,2006,12(6):65～68.

[2]吳聰慧.生態辦公建筑設計的技術理念之初探[J].長春工程學院學報,2009(1):16～20.

[3]梁珍,趙加寧,郭駿,等.高層辦公建筑能耗調查與節能潛力分析[J].節能技術,2001,1(1):19～22.

[4]李雪平.高層辦公建筑的節能設計[J]..工業建筑,2010,12(40):13～15.