铁路客站建筑围护结构节能设计浅谈

朱　桦

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉　430063)

我国正在面临能源问题的巨大挑战，从20世纪90年代中期开始，我国能源消费总量普遍高于能源生产总量，供不应求的矛盾逐年突出。据统计，目前我国建筑能耗已占全国总能耗的20%左右，成为总能耗的重要组成部分。建筑节能在我国能源政策和能源科技中占据相当重要的地位，它与能源结构调整、开发，可再生能源利用组成能源战略的要素。同时，建筑节能也是贯彻国家可持续发展战略一个非常重要的组成部分，是发展国民经济，有效利用资源，改善居住热环境，提高居住功能与舒适性水平，保护生态环境，实现我国宏观发展战略目标的需要，是建筑发展的大趋势和建筑技术进步的重点。

铁路旅客站房(以下称站房)作为交通型公共建筑，其空间复杂，人流量大，能源消耗巨大，故建设节能型客站是铁路旅客站房发展的必然趋势，而铁路站房建筑专业的节能设计工作在其中肩负着重要责任。建筑节能并不意味着限制需求，降低建筑物的服务标准与质量，不能以牺牲室内环境、品质来实现，而是在保证能源终端需求的前提下，以提高建筑物的能量利用效率，用有限的资源和最小的能源消费代价来取得最大的经济和社会效益。

1　主要用能特点及能耗因素

(1)站房属大空间；外墙面积大，外界对室内的自然对流影响大；大空间的温度分层现象严重，既影响到气流组织，又影响到使用能耗等多方面。

(2)站房人流密度大且人流量变化大；人员散热对建筑的热湿环境影响大。

(3)站房空调能耗大；气流组织方案影响系统的能耗。根据对不同公共建筑的调查：不同的气流组织方案使空调能耗相差30%以上，而空调能耗占运行能耗的50%以上。

(4)过渡季节充分利用自然通风，对于降低能耗和提高站房建筑的空气品质意义重大。

从客站以上用能特点不难得出影响站房能耗的主要因素，包括：①建筑空间布局形式，如何合理利用热压、季风组织建筑通风换气。②建筑的体型系数、窗墙比，确定围护结构的构造措施，选定建筑材料，可以达到冬季保暖和夏季保冷隔热效果，同时满足遮阳和采光的双重需要。③建筑配套的系统性节能技术措施，如电动通风窗、感温控制、自动遮阳等。

因此，采用合理的建筑节能技术，使建筑物室内冬季保暖和夏季保冷隔热，获取较好的室内空气质量是站房设计、调试、运行中的重点，同时也是难点。

2　建筑围护结构节能因素分析

围护结构是室内和室外的物理界限，是多种功能的集合体。围护结构采用新的材料、构造和技术，对降低建筑能耗的意义重大，越来越成为设计师不可忽视的环节。

建筑围护结构包含有墙体、窗体、屋面等，大型公共建筑围护结构更加复杂。以屋面非透明部分的热工参数(传热系数)为例，采用逐时动态模拟法，阐述围护结构对建筑物能耗的影响程度。

图1　非透明屋面传热系数为0.86 W/(m2·k)全年逐时负荷

图2　非透明屋面传热系数为1.4 W/(m2·k)全年逐时负荷

图1、图2分别表示非透明屋面传热系数为0.86 W/(m2·k)、1.4 W/(m2·k)工况下，采用逐时的动态模拟取得的全年负荷逐时分布。可以看出，在屋面非透明部分传热系数不同的情况下，夏季冷负荷强度变化幅度较大，冬季热负荷强度变化较平缓。由于建筑物屋面非透明部分传热系数的不同，通过屋面介质传递进入室内的冷热量在不同时刻有一定程度上的差异，表现出建筑能耗在两种非透明屋面传热系数工况下有所不同。

正因为建筑物在不同传热系数条件下全年不同时刻的负荷强度值不尽相同，使得建筑物在夏季制冷期和冬季供热期的累积负荷有差别，如图3所示。

图3　全年冷热累积负荷随非透明屋面传热系数的变化

从图3中可知，全年冷热累积负荷在不同非透明屋面传热系数的情形下有一定程度的变化，这主要是由于建筑屋面非透明部分占整个建筑屋面比例较大，通过屋面传递的冷热量依据传热能力的不同有较大的变化。非透明屋面的传热系数从0.86 W/(m2·k)变化到1.4 W/(m2·k)，建筑全年累积热负荷增加了11.9%，建筑全年累积冷负荷增加了11.5%。可见，在建筑外形条件不变的情况下，建筑围护结构对全年负荷的影响较大。

3　结语与展望

改善屋顶的传热过程，改进屋顶透明部分面积和窗墙比，选取不同热工性能的围护结构等措施，都将改变建筑物室内热环境和能源消耗，并宜采用逐时的动态模拟法得到建筑环境及建筑物全年能耗之间的关系。因此，在分析评价一个建筑设计方案将造成的环境状况和能耗时，一般都采用模拟计算的方法。通过动态模拟，可以预测不同系统设计导致的全年空调能耗，从而对系统方案设计进行优化。

影响客站建筑物能耗的因素较多，如气象环境、建筑物体现、建筑物朝向以及围护结构的传热性能，它们对建筑物全年的能耗影响程度各异。而建筑外观、朝向和体形又受到建筑设计效果的限制。因此，客站建筑节能主要以围护结构的节能措施为主，来降低客站的建筑能耗。

加大围护结构，墙体(含玻璃幕墙)窗墙比以及屋顶透明面积会在冬天增加太阳得热，减少冬天供暖能耗以及冬夏季的照明能耗；但在冬季夜间又会增加向室外的散热，增加供暖能耗，夏季还会导致通过外窗的得热增加，加大空调能耗。同样，增加围护结构的传热性能，可减少冬夏季热损失，但持续的提高会使得降低能耗的能力减小而投资却增长。同时，考虑到建筑设计的需要，会使围护结构某部分不满足节能的需要，需要对围护结构设计进行优化，以权衡判断法分析其优劣。

[1]GB50189—2005公共建筑节能设计标准[S]