陜北地區高校教學樓建筑節能措施探索

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年發布了《公共建筑節能設計標準》，強制性規范了公共建筑節能設計。

近幾年高等教育規模的不斷擴大，我國高校普遍都在大力發展校區規模，據相關統計，截至2017年，我國在建和已建的新校區高達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。陜北地區相對于我國其他地區偏遠落后，節能意識弱，建筑的能耗普遍高，因此，陜北地區高校教學樓建筑節能潛力巨大，探索適宜的建筑節能措施非常有價值。

1　研究區域概況

陜北地區包括延安市和榆林市，陜北地區的氣溫四季明顯，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 ℃。年日照時數均達到2 000 h以上，延安地區與榆林地區均屬于日照高值區，具有豐富的太陽能資源。

《民用建筑熱工設計規范》將我國不同地區按照氣象條件差異劃分為五個氣候分區，分別為嚴寒地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區和溫和地區，而陜北地區在建筑熱工分區中屬于寒冷地區，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，在陜北地區高校教學樓建筑能耗大，而且具有明顯的特點。據調研表明陜北地區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，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，相對于我國經濟發達地區，陜北地區高校教學樓無論是冬季還是夏季，幾乎沒有空調能耗。陜北地區高校教學樓能耗具有季節性的特點，據調研統計，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　節能措施

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

3.1　加強節能意識，建立能耗監控系統

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

3.2　注重節能設計

節能設計是降低建筑能耗的關鍵。據粗略估算，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劃設計開始到建筑節能材料的使用，建筑節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能設計，并建立建筑能耗監控的自動化系統，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能改造，從外圍護結構的外墻、屋頂、門窗的節能改造入手，結合可再生能源的利用進行節能設計。3.2.1注重建筑規劃設計

建筑節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，以達到節能的目的[1]。陜北屬于寒冷地區，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。依據寒冷地區的氣候條件，建筑物體形系數在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越大，則建筑能耗越高，《公共建筑節能標準》中規定了寒冷地區體型系數不超過0.4；窗墻面積比也是建筑節能的一個重要指標，外窗的設計不僅要考慮室內的通風，同時要在規范規定的限值范圍，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圍護結構節能設計

建筑的圍護結構指能夠有效抵御不利自然環境的影響，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。節能設計中建筑規劃設計很重要，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，不符合節能設計的要求，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，外墻保溫技術根據保溫層設置的位置不同，主要有外墻外保溫、外墻內保溫和外墻夾芯保溫三種，對比這三種保溫技術優缺點，陜北地區高校教學樓更適宜外墻外保溫系統，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，提高室內熱環境。門窗的能耗約占到建筑能耗的50%，因此門窗節能設計是建筑節能設計的關鍵。陜北地區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、亮度高的節能燈；照明節能更重要的是要培養師生節能減排的意識，避免電能的浪費。

4　結語

高校的節能減排是未來的發展趨勢，同時也是一項長期的工作。本文結合陜北地區氣候特征和高校教學樓建筑能耗特點，從加強建筑節能宣傳，建立能耗監控系統，控制建筑體形系數和窗墻比，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，對陜北地區高校教學樓建筑中的節能措施進行了初步的探索，為創造節約型校園提供一定參考。