校园节能与能源利用措施的研究

王炜,田晨

(1.江苏建筑职业技术学院 建筑设计与装饰学院,江苏 徐州 221116;2.中国矿业大学 力学与建筑工程学院,江苏 徐州 221008)

校园节能与能源利用措施的研究

王炜1,田晨2

(1.江苏建筑职业技术学院 建筑设计与装饰学院,江苏 徐州 221116;2.中国矿业大学 力学与建筑工程学院,江苏 徐州 221008)

为了在校园建设中推行节能减排政策,以绿色校园建设思想为出发点,进行了校园建筑围护结构、节电节水、洁净能源开发利用等方面的研究,提出了校园节能与能源利用的主要途径和措施,即建筑围护结构节能、节电节水和水资源利用、洁净能源的开发利用等.为现代校园建设提供参考.

校园节能;能耗;水资源利用;洁净能源;技术措施;开发利用

现代绿色校园建设中,建筑节能与能源利用是最为核心的内容之一,包括建筑围护结构节能、节电节水和洁净能源的开发利用.通过研究提出有针对性的技术措施和管理办法,使绿色校园建设更加具有科学性和实效性,为校园的新建、改建和扩建提供参考.改变校园建设中的粗放模式,为资源节约型和环境友好型社区的建设提供帮助.

1 建筑围护结构

校园建筑类型多种多样,如教学楼、食堂、图书馆、实验楼、学生宿舍等,人员流动密集,使用时间相对较长,所消耗的能耗也较大.而围护体系的热损失约占整个建筑物的70%～80%,对建筑围护结构进行节能改造可以很好的降低建筑能耗.

1.1 门窗

建筑部件中门窗的热工性能最差,受太阳辐射影响较大,是建筑物能耗增大的主要原因,同时也是影响室内热环境的重要因素.门窗的节能应侧重夏季隔热,冬季保温.采用限制窗墙比和采用节能实用技术,加强门窗的保温隔热性能.例如,山东建筑大学学生公寓中使用的节能窗,如图1所示,采用的是Low-E中空镀膜玻璃窗,其传热系数小于2.0.这种节能玻璃具备较低的传热系数和良好的保温隔热效果,有效地降低了室内对室外的热辐射,保证了室内热环境的稳定.另外,Low-E中空玻璃对太阳光具有选择透过性,其表面发射率较低,从而使窗户不再是建筑物围护结构节能的薄弱环节[1].

图1 节能窗外观Fig.1 Appearance of energy efficiency window

采取强化门窗节能效果的措施有:控制门窗与墙的面积比在0.3左右;加强门窗隔热性能,特别是选用对太阳光中红外线反射能力强的热反射材料;采取合理的遮阳措施,合理地设计挑檐、遮阳板、遮阳篷和采用活动式遮阳措施;改善门窗的保温性能,选用热导系数小的材料,提高门窗热阻.

1.2 外墙

外墙在围护结构耗能中约占25%.改善墙体的保温隔热性能,将明显提高建筑物的节能效果.墙体节能措施主要如下:

1)外墙外保温.EPS板薄抹面外保温、胶粉EPS颗粒浆料外保温、EPS板现浇外保温和机械锚固EPS钢丝网架板外保温等.此外,还有一些广泛使用的做法,如岩棉系统、聚氨酯系统、保温砌模系统等.

2)外墙内保温.包括砂加气砌块、棉制品干挂、泡沫玻璃内保温和石膏聚苯颗粒保温等.

3)夹芯保温[2].是把墙体制成内外两片,把保温材料设置在两片墙体中间,如图2所示.

图2 墙体夹芯保温示意Fig.2 Diagram of sandwich thermal insulation walls

4)外墙自保温.墙体自身材料具有节能阻热的功能,如使用较多的是加气混凝土砌块,尤其是砂加气混凝土砌块.

1.3 屋面

一般减少屋面能耗的主要措施是通过做保温隔热层,或是通过屋面的种植,形成一层天然的保温隔热层.种植屋面要根据地域、气候、建筑环境、建筑功能等选择相适应的屋面构造形式,适合于夏热冬暖和夏热冬冷地区.服务性或地下建筑宜采用培植方法的植被.坡屋顶、高层建筑的平屋面宜采用草皮及地被植物[3].这些措施一方面降低了建筑物对周围环境的热反射和热辐射;另一方面增加了绿化面积,还为多种生物提供了良好的生存环境,如图3所示.

图3 天津泰达图书馆屋顶花园Fig.3 Roof garden of Tianjin Taida Library

1.4 建筑物体形

单位体积所对应的外表面积越小,热损失就越小.以建筑占地面积为400 m2、高度为24 m的建筑为标准,各面的外立面材料与构造相同情况下(传热能力相同),进行不同平面形式体形系数及单位面积耗热量比值的计算,见表1.

表1 建筑体形与单位面积耗热量Tab.1 Building size and heat consumption per unit area

控制体形系数首先就是要尽量减小面宽,同时加大进深,但是要注意长宽比.趋向正方形的建筑体形系数较小,热损失也较少.增加层数,建筑体积增加快于外围护面积的增加,减少建筑热损耗.在体形框架大体不变的情况下,以体现校园建筑特色为主,立面不应太复杂,减少凹凸,从而减少建筑物的体表面.

2 节电节水和水资源利用

2.1 节电

用电是校园能耗的主要部分.照明节电是校园节能的主要方面.可以在教室、办公室、图书馆等地安装光感供电装置,根据室内不同位置的光线强度,自动调整灯光照明的强度.在一些不需要强光线的地方,感应器可以自动关闭灯光或者降低灯光的输出功率.同时,也可以在教室里安装红外感应器,根据室内人员的多少及分布情况,调整室内照明强度.在无热源释放红外线的时候,感应器就会自动关闭电源,即采用智能化照明控制系统.

对于地下空间,如车库、设备用房等,可以采用太阳光光导照明技术[4].光导照明设备通过设置在室外的采光罩,采集太阳光,通过导光管把太阳光经过强化后分配到室内的各个漫射器,由漫射器把太阳光均匀的照射到需要阳光照射的地方,使一些不能开窗的空间也能得到太阳光.光导照明和传统照明方式相比,是一种节能、环保和绿色的照明方式,具有广阔的发展空间和应用前景.

2.2 节水

在校园中的学生宿舍、教学楼、行政楼、图书馆等建筑,可采用节水器具,如感应水龙头.食堂里也应根据实际情况选用相应的节水器具.校园绿化浇灌选择滴灌、微灌及渗灌等节水灌溉方式.对于已建校园内的供水系统,及时查漏补漏,降低管网漏损率.

2.3 水资源利用

水资源利用是指降水、地表水、地下水和“中水”的合理配置,即在水量与水质、供水与排水上统一规划管理.按水资源高质高用及低质低用原则,规划水系统方案.完善供水和排水系统设计,雨污分流,再生回用.降低雨水地表径流量和径流面积,充分利用绿地、管道、铺装等收集雨水.按用水水质要求,实行水资源开发和梯级处理回用,减少洁净水的使用量.确定节水指标,合理设置用水计量表[5].

3 洁净能源的开发利用

在校园中也应重视对新能源的开发和可再生能源的应用.校园中主要应用的是太阳能、浅层地热能、小型风力发电及生物质能等.

3.1 太阳能

对太阳能的利用主要分为光电和光热两种.把光能转化成电称为光伏打.光伏打电池板可与外装饰材料结合使用.电池板可随时改变其角度,更好地接收阳光辐射,也可以和活动遮阳百叶结合设计.由于温度超过25℃时光伏打电池的工作效率会降低.因此,在寒冷地区具有一定优势.目前,光伏打电池在全球特别是在建筑上的应用不断扩大.

而光热则是由太阳辐射透过玻璃盖板,被集热板吸收后,沿肋片和管壁传递,加热吸热管内的水.吸热管内的水温上升后,水密度减小而上升,形成一个向上的动力,热水不断地上移,冷水不断地下移,最终使整个水箱水温上升到一定的高度.

3.2 浅层地能

当今,人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下,对浅层地能的开发利用,已愈来愈受到人们的青睐[6].例如,地源热泵就是一种利用浅层地热能源,既可供热又可制冷的高效节能系统.在冬季,把地能中的热量取出来,供给室内采暖.在夏季,把室内的热量放出来,释放到地能中去.

3.3 生物质能

沼气池是生物质能源应用的一个方面,利用沼气可以有效地节约能源,保护和改善环境.校园里面有大量的生活垃圾和植被的枯枝败叶,可以充分利用这些生活垃圾和自然有机物,集中建设沼气池,利用沼气来补充学校的用能需求.

4 结语

学校特别是高校应建立绿色生态校园建设思想,尊重自然环境,用科学技术、经济效益和社会效益相统一的方法进行规划、设计、建造和管理校园,将节能意识贯穿于每一个环节,为师生员工营造更好的学习、生活、工作条件.

[1] 罗江海,李伟华.Low-E中空玻璃节能效果的计算与分析[J].中国建材,2008(1):84-86.

[2] 夏光辉,崔建华,夏珊,等.新型夹芯保温复合墙体的技术与发展[J].工程与建设,2012,26(4):523-526.

[3] 王清平.建筑围护结构的节能措施[J].能源与环境,2014(2):30-32.

[4] 李胜英.地下车库光导照明技术与经济性浅析[J].绿色建筑,2012(3):43-45.

[5] 王炜,田国华,刘伟.绿色大学校园建设策略及措施研究[J].江苏建筑,2014(1):98-100.

[6] 王炜,田国华,刘伟.简议我国绿色建筑发展现状及其展望[J].江苏建筑职业技术学院学报,2013,13(4):4-6.

Study on measures of energy saving and utilization in campus

WANG Wei1,TIAN Chen2
(1.School of Architectural Design and Decoration,Jiangsu Jianzhu Institute,Xuzhou,Jiangsu 221116,China;2.School of Mechanics&Civil Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221008,China)

In order to implement energy conservation and emission reduction policy,this paper,taking the thought of constructing green campus as starting point,carries out studies on respects of retaining structure of campus building,electricity and water saving,and development and utilization of clean energy,and puts forward main paths and measures of energy saving and utilization in campus including energy saving of retaining structure,electricity and water saving,utilization of water resource,and development of clean energy to afford references to modern campus construction.

energy saving in campus;energy consumption;water resource utilization;clean energy;technical measures;development and utilization

TU 83

A

2095-3550(2014)04-0005-03

2014-10-13

住房和城乡建设部科技计划项目 (2011 K1 6);徐州市科技发展项目 (XF11C053)

王炜,男,天津人,讲师,硕士.

E-mail:36188361@qq.com

(责任编辑:陶红林)