建筑節能在高校建筑中的應用

張貴忠

(寧夏大學，寧夏 銀川 750021)

高等院校作為一個相對獨立的機構，集教學、科研和生活于一體，近十年隨著高等院校生源的擴招和高校的合并，更進一步加速了高校的建設和發展，目前高等院校已經成為了一個很大的能源消耗領域，能源開支每年以近30%的速度逐年增長。這主要是由于多方面的原因造成的，比如:高等院校絕大多數節能意識不夠，日常管理水平低。高校由于合并和擴建，各個學科以及科研的使用要求，表現出建筑功能的復雜性和多樣性，再加上建筑節能實施部門較多，大部分高校缺乏日常能用消耗管理的專業技術人才和力量，難以建立有效的日常管理制度。探討高等院校的建筑節能在目前顯得非常重要，這是適應社會經濟穩定健康發展，建設資源節約型、環境友好型社會的迫切需要。

建筑節能與建筑設計、材料的使用、新技術的運用等密切相關，它是一門跨學科的綜合性工作。目前高校建筑對節能方面考慮不足主要體現在以下幾個方面:建筑圍護結構的隔熱保溫設計不合理，節能材料使用不科學，對暖通空調等的低耗使用不夠等，以寧夏高等院校為例，造成耗能的表現如下:建筑單體體型系數偏高，喜歡設計大窗和幕墻，屋面保溫隔熱性能差，平均傳熱能效偏低，舊的教學樓和公寓區沒有外墻保溫、普通窗和其他節能措施造成能耗損失過大等等。縱觀南北各地高校建筑，從節能方面考慮，主要從以下幾個方面展開。

1 合理的規劃設計

高等院校在建設方面，科學合理的規劃設計對節能非常重要。充分利用原有建筑，建造綠色環保建筑，應盡可能的保留原有建筑物的歷史和人文風貌，保護好建筑應有的生態系統。減少對周邊環境的影響，同時要充分考慮到合理的自然通風、采暖、日照等各個方面的因素，依據校園的原有自然地理條件與環境來進行設計。科學合理的規劃設計具體體現在以下幾個方面:

1)建筑物的朝向:對于北方高校尤為重要，建筑本體應盡量設計坐北向南，南北朝向的建筑要比東西朝向的冷負荷小70%。主要是充分有效地利用了日照的效果。同等條件下在建筑體積一定的情況下，建筑物外體形系數越大，單位建筑的熱散失面積就會越高，兩者成正比關系。所以對高校使用的建筑，在允許的條件下盡可能降低建筑物的外體形系數。寧夏醫科大學體育館，在體育教學場館的建設中，合理地利用建筑的朝向與采光，在場館上方安裝采光帶，使整個訓練館不用燈光照射，完全利用自然光節省電能;并且在場館的供暖中，采用太陽能采暖技術，并且可按照有人使用時才采取供暖，無人時提供維持溫度即可的原則，14 000 m2的體育館僅一年節約供暖費用近10萬元，通過加強嚴格管理，對其他的建筑也采用類似的辦法，每年節約的費用在100多萬元。2)利用日照:北方地區陽光充足、日照時間長，所以建筑設計一般都需要爭取較好的日照，從而獲得較多的太陽輻射熱量來提高室內溫度，同時提高平均輻射溫度，改善室內的溫度舒適性。日照的方向和日照時間跟太陽高度角、赤緯、方位角、建筑的方位角、建筑的遮擋情況有關。而在北方地區，坐北向南的建筑設計就是為了獲得較好的日照，建筑的窗戶朝南，由于玻璃的“溫室效應”，能得到較多的太陽熱量，同時為了很好地利用日照，建筑物樓間距必須保證不能小于日照間距的最小值。3)考慮高校的單位建筑及其構造的影響:單位建筑的設計應該與當地的氣候條件和特點緊密結合起來，同時要充分利用各種有利措施，營造良好的微環境，這是目前許多設計師所欠缺的東西，有些建筑師一味追求新穎，急于求成，拋棄了這條最基本的設計原則，在對高等院校的建筑設計上大量使用玻璃幕墻，以此來表現建筑外形的美觀效果，但玻璃幕墻的隔熱保溫性能較差，同時也會帶來“溫室效應”，對改善室內外熱環境不利。寧夏大學行政主樓南立面設計為6 mm厚的白色透明單玻幕墻，靠近幕墻的辦公室在空調全負荷運行的狀態下，也能明顯感覺到夏季悶熱，冬天冷保溫效果差，能源損耗量大。另外北方高校建筑物的設計在平面組合上，宿舍、公寓、教學樓等一般都采用內廊式結構，這種結構尤其是在西北地區，造成北面的房間終年見不到陽光而陰冷潮濕，熱環境極差，給使用者帶來極大的不便。4)建筑物的室外空間和環境空間設計方面:應盡可能保留原有的湖泊濕地，不具備條件的可適當地配置水面、綠地、透水性強的地面(草坪磚等)和其他硬質地面，利用它們的溫差平衡過程來產生氣體流動、調節氣溫變化、降低輻射溫度量、減少室外熱量反射、增大空氣相對濕度、改善室外熱微環境，從而調節建筑物的室內溫度。5)新風系統:建筑物最理想的通風效果就是自然通風，一是環保且降低能源消耗;二是適宜人體的生理特點。要做好校園內教學辦公樓、宿舍公寓等建筑物的屋頂、外墻面的防火和保溫、地面保溫以及外窗遮陽等措施，合理設計窗墻比面積，有效組織室內形成穿堂風，利用自然通風改善建筑室內熱環境，通過這些節能措施來進一步提高建筑物的節能標準。

2 新型建筑節能材料的運用

新型建筑節能材料的運用，對節能而言效果非常顯著。例如安置LED節能燈、校區內中水水循環設施，雨水收集設施等。另外建筑物外圍護結構節能材料及節能措施的使用也相當重要。外墻保溫材料及措施，屋面保溫材料及措施，現有屋面除了膨脹珍珠巖、聚苯板、擠塑板、巖棉、酚醛板、硬泡聚氨酯等保溫材料外，南方地區還通過種植屋面對屋面實施綠色覆蓋和熱防護，也有設計在屋頂涂刷高反射率的涂料來達到節能目的;高校建筑門窗，特別是外門窗的設計是否合理，對節能影響巨大。通過實驗研究表明，一般建筑通過門窗、幕墻的熱損耗達到建筑整體熱損耗的35%～45%。所以在設計過程中就應提高節能設計標準，以不得低于65%的節能要求，在門窗的選擇上選用節能斷橋窗，確保密閉性、隔熱性、水密性達到節能設計的要求;在施工過程中應提高安裝質量，確保門窗的整體保溫性能，減少門窗洞口縫隙，避免施工過程中在窗框和墻體間形成冷橋，造成熱損失。國家強制性條文要求，墻體材料杜絕使用實心粘土磚，高校的舊樓和改造項目中應嚴格執行國家強制性規范要求，盡可能少用木材，建筑行業需要大量木材，尤其是現澆結構施工中的木支撐體系和室內裝飾部分，而我國森林資源由于前期濫采濫伐遭到人為的惡性破壞，使木材生產難以跟上基本建設的迅猛發展，同時考慮到生態和環保的問題，因此必須限制木材的使用。盡量利用廢棄混凝土、建筑廢棄物、節約和利用回收鋼材，開發新型節能建材，做到建筑材料的節能標準。

3 節水、節能設施

高等院校用水量非常大，應盡量采取有效的節水方式，比如在設計中要考慮節水設施的使用、雨水收集處理系統、人工濕地處理系統、中水處理系統、節水和原材料的綜合利用技術，降低物資消耗和成本。高校應提倡建設中水處理系統，設計時應考慮衛生間污水和洗滌水獨立系統排放，中水全部回用，用于綠化和沖洗衛生間，按中國人均用水量427 t/年，高校教職工和學生每年為學校節約用水量就很可觀，在師生中積極開展節能環保、勤儉節約教育，從管理上和設計上來帶動高等院校師生節能意識。對北方高校來說結合學校的特點，將教學辦公樓，學生公寓區，教工住宅區暖外網進行獨立供暖的措施進行運行，能效節約顯而易見。例如，寧夏大學通過對C校區鍋爐房和外網系統進行改造，對九幢家屬區暖外網、學生公寓區以及教學辦公區進行分區獨立供暖，拆除原燃煤鍋爐并新建地下天燃氣鍋爐，在供暖的時間節點上也進行溫度控制，每年節約經費約30萬元，節能效果顯著。除了節水、節電等人工措施外，在建筑設計中還要大量運用太陽能、風能、地熱等天然能源，這將是未來建筑節能的發展趨勢。

4 根據南北方氣候差異來設計建筑

中國地大物博，南北氣候溫差較大、冬夏季氣候溫差也大。因此要因地制宜根據不同的氣候特點和地域特點來進行相應的建筑設計，北方嚴寒地區，門窗一定要盡量采用較封閉的模式，避免冷風滲入。以北方高等院校為例，在建筑外圍護結構等滿足冬季保溫的前提下，還要考慮室內熱源對室內熱環境的影響，如教學建筑和圖書館特別是階梯教室和自習室，為了創造適宜學習的大空間，主要采用無梁樓蓋技術的框架結構，墻體不承重，外墻普遍采用空心砌塊，這種空心砌塊具有自重較輕，其傳熱系數較低，保溫隔熱好，便于施工等特點。但框架結構有自身節能的不足，主要表現在混凝土柱比較多，在冬季容易形成冷橋。為了減少冬季的熱能損失，進一步節約采暖能耗，為了達到節能熱阻，可在建筑外墻原有的基礎上結合建筑構造特點，設置適宜的外保溫層。在設置外保溫層時，應根據實際情況合理設置外保溫層的厚度要求。對于南方炎熱地區應采用開敞的建筑結構形式，合理組織自然通風，選擇較適宜的隔熱材料和隔熱構造，做好屋面的隔熱保溫，可設計使用遮陽板，通過種植綠化進行遮陽，雙層皮的西山外墻等。在不必要的情況下，盡量少用或不用玻璃幕墻，避免熱能損耗，減少由于幕墻熱阻較小而帶來的熱量損失，合理利用窗墻比和建筑物的外體型系數達到節能設計的要求。

高等院校作為一個高素質的人才基地，對節能方面的意識一般是比較超前的，高校建筑設計更要體現超前的節能意識，設計師在高校建筑設計中，一定要好好把握建筑與節能新技術的關系，處理好建筑與自然環境的關系。另外，對環保的太陽能、地源熱、新技術和新材料等也要大量運用，為創造節約型高校而努力。

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