高校建筑的节能设计

2013-08-02刘宁胡愈

河南建材 2013年2期

刘宁胡愈

1郑州市建设工程质量检测有限公司（45005 2）2河南工程学院土木工程学院（45119 1）

百年大计，质量第一；科教兴国，教育为本。一个学校硬件设施的好坏对受教育者起着举足轻重的作用。随着社会主义市场经济的发展，我国的教育事业也取得了长足的进步。义务教育的普及化，高等教育的扩大化，使得越来越多的学子们有了能够进入高等学府去接受教育的机会。然而必须看到的是，目前在中原地区，众多学校在运行过程中除去人为因素会产生很大的浪费外，校舍本身的节能与否成为了学校建筑是否节能的一个主要问题。无论是空调、电梯、供水、供暖，还是管理等方面，都要耗费大量的能源。

1 郑州高校建筑现状

通过对郑州市的各高校进行实地调研发现以下特点:1）由于涉及到很多合并的院校，因此几乎每个高校都分为几个老校区外加一个新校区。或者没有合并的院校也是一个老校区加上一个新校区。老校区都地处市区繁华地段，而新校区都地处郊外的新区，比较荒凉。在郑州市的东西南北四个方向分别有四个大学城,这就使得无论市区内任何的高校，都要开有驶往新校区的班车。2）从建筑类别看，郑州市高校的教学楼、实验楼、办公楼和图书馆多采用综合多层楼和单独多层楼为主，个别学校的办公楼采用了高层建筑。一般建筑均为大空间多层建筑。3）学校的运动场馆多为大空间大跨度的钢结构屋顶结构，便于采光和提供大空间的活动场所。

2 郑州市高校建筑存在的问题

郑州市高校近10年来发展的速度让河南人有目共睹，但在建筑节能方面还存在着许多不足，建筑节能方面还有许多潜力可挖。

1）大量使用玻璃幕墙，无论是实验楼还是教学楼，立面表达手法上都要加上玻璃幕墙，使得光污染严重，同时也加重了空调负荷。

2）利用公用事业单位统一采购的条件，设计师和开发商将能耗分摊到每个角落，不想为不能马上见效的节能措施投资，也不可能采用国外先进的节能技术。

3）近来一些办公楼、实验楼和图书馆都采用了智能化，但对智能化的理解还仅限于整个弱电系统的使用。比如自动门的开关，刷卡机对身份的识别等。

3 郑州市某高校建筑节能设计策略

根据郑州市地区特点，需要考虑保温、隔热、通风，从本地气候、经济条件出发，优选先进节能技术。

3.1 建筑形体节能作用

赫尔佐格对建筑形体进行过深入分析，得出的结论是:同样面积的四边形建筑中，正方形体形系数最小，即周长最小。所以正方形建筑的保温性能最好。赫尔佐格在此结论下进一步提出将正方形旋转45°，以对角线为南北向布置，可以最大限度地吸收太阳辐射热量。德国建筑师英恩霍文认为圆形比方形的体形系数更小,对于降低风压也有显著作用，同时对于光照的利用也比方形更充分。因此，把圆柱体引入到建筑中，可以降低风压，减少热能流失和结构损耗。龙子湖校区某高校的办公综合楼采用大V字形,龙湖校区某高校图书馆采取中空开口形，均不利于建筑节能。

3.2 门窗和玻璃幕墙节能

建筑围护结构中最薄弱的环节是门窗，要想达到节能，必须做到以下几点措施:

1）对校区的建筑窗墙比要有一定控制。窗户的面积直接决定了建筑物的采光和暖通空调的能耗，一般的窗墙比控制在0.3，而对于教学楼，由于要求采光充分，因此一般窗墙比要大于0.8。在郑州地区，高校教学楼、办公楼和实验楼的门窗设计要求选择采光、隔声、热工性能良好的新型玻璃材料和合金材料。郑州地区今年一些高校新区建筑中玻璃幕墙采用了6 mm+9 A+6 mm和10 mm+9 A+10 mm的中空玻璃。由于建筑节能标准不断提高，普通中空玻璃已经不能满足节能的需求。通过实验对比可以发现12 mm空气层的Low-E中空玻璃适合郑州地区，玻璃的传热比系数比较适中。普通教学楼则采用的是10 mm普通玻璃。

2）依据日照的时间和程度，合理的设计遮阳措施，可以减少玻璃的日照面积并且节省夏季空调的能耗量[1]。在郑州地区，冬季需日照，而夏季却需要遮阳。所以要考虑郑州地区的气候特点来合理设计遮阳措施。遮阳构造的设计需要结合玻璃、门窗、外墙的整体效果进行，同时要考虑颜色、形式等，既简约，又得体、不失美观，而且便于安装和拆洗。遮阳板设计的合理，可以使板上表面的光线反射后通过自动风窗进入室内，照亮天花板的有斜度的反光部分。如果冬季比较温暖，自动通风窗会自动开启，室外空气可以通过百叶窗进入室内。百叶窗的这种作用是通过烟囱效应实现的，不管风速有多大，风向如何变幻，通风效果都不错。

3）玻璃窗要达到美观、经济、耐久，同时也要便于清洗和维修。这就要求在选择玻璃的时候需要考虑材料的合理构造形式，使用的灵活性，最大限度的减少能耗。这些要求对于玻璃窗格的颜色、大小和方向均需满足经济、美观、适用的要求。河南工程学院办公楼采用的是银白色镀膜铝合金窗，淡蓝色玻璃；华北水利水电学院行政楼采用的是白色铝合金窗和单框中空玻璃。

3.3 空调节能

现代建筑的重要耗能来自于建筑物的空调，其中的耗电量占整个建筑耗能的50%以上[2]。一些学校办公楼还采取了中央空调集中供暖和制冷的措施,主要应用的是全空气系统风机盘管加新风系统。每栋办公楼的空调能耗都要分冬夏两季来统计，考虑到学校有寒暑假的因素，一般学校办公楼的夏季能耗在2 000 KW左右，冬季由于有暖气，所以能耗相对较少。鉴于采暖空调在办公楼采暖制冷当中属于主导作用，所以对于空调的潜能需要格外关注。室内空调需选择节能高效型；空调的安装不宜一直接受日照；不要设定过低温度；经常清洗空调；采用泵热技术来满足夏季制冷与冬季采暖的需求；加强管理与维修，重视室温的调控；还要推行空调蓄冷技术。

3.4 照明节能

随着现代化生活水平的提高，人们对现代化建筑的照明要求越来越高[3]。有些办公室无论阴晴，全天开着灯。从节能角度来说，如果房间的进深不大，在天气晴好的时候，可以适当关掉灯具而采用自然照明的方式，这时窗外就不需要遮阳板了。尤其对于教室采用大面积的窗户采光，可以更好地利用阳光照明。对于办公楼照明节能设计中，尽可能利用自然光，灯具采用高效照明光源。