西安地区高校公共建筑节能分析与改造

李畅 吴双

摘 要：随着近代人类的负效行为与天灾使人口膨胀、能源、土地、住房、环境等危机空前地危害到人类自身的生态与可持续发展，全球各行业才被惊醒，急求对策。建筑行业也不例外。建筑及其环境必须具备有利于生态与可持续发展的物质与精神基础。从20世纪七八十年代到21世纪初期的大多数建筑，都存在着数量多、使用功能不完善、能耗高的弊端。将既有建筑引入绿色建筑和可持续发展的理念，采取适宜的绿色技术对既有公共建筑进行绿色改造，实现既有公共建筑的功能提升和可持续发展成为现阶段的重要任务。西安作为西北地区建筑行业发展较为健全的城市，在绿色建筑和节能建筑的发展上尤为重视，将结合绿色建筑五节一环保（节能、节地、节水、节材、保护环境、减少污染）的基本理念，对陕西师范大学雁塔校区教学一楼做出绿色建筑分析，并结合先进的技术手段，提出改造方案。

关键词：既有建筑；绿色建筑改造；节能分析

一、陕西师范大学教学一楼现状分析

（一）改造对象选取依据

西安是西北高校的集中地，校园建筑中，教学楼建筑使用率高，使用人群数量大，是西安地区和各类高校中最具有代表性的建筑形式之一，是西安既有公共建筑節能的重点领域。

陕西师范大学，简称“陕师大”，坐落于古都西安，雁塔校区古朴典雅，钟灵毓秀，图书馆古朴庄重，气势宏伟，校区内绿化面积宽阔，种植种类丰富，使这样一个历史悠久的名校，在如今对于生态校园和绿色校园的发展要求也能很好适应，但是校区年代久远也是造成建筑存在诸多问题的一个因素。

（二）改造对象的基本概况

教学一楼位于陕西师范大学雁塔校区，属于校园内第一批教学建筑，在2008年进行了立面和内部结构的改造，占地面积为820平方米，框架结构，总建筑面积为2340平方米，层高为3层，每层面积大约780平方米，楼梯一共三部，停车位置占用建筑南部前广场和学校统一停车场。

1.陕西师范大学教学一楼平面布局

建筑主入口为南向礼仪入口，建筑北侧设置次入口，走廊两端分别设置疏散次入口，楼梯分为三部，建筑本身为长方形平面对称建筑，三部楼梯有效分割疏散空间。西侧部分主要功能为六个教学观察室，平时作为课程教室使用，每层设置一个男卫生间，一个女卫生间，在首层设置值班室，其他教室分别为测试室、实验室和辅导室等功能性公共教室，房间呈南北向分布，中间走廊狭长，宽度为2.1米。

建筑二层主要为行政办公室和教师研究工作室，西侧主要为控制中心和机房等机械功能空间，其中也分布了办公室和主任室等行政办公空间。主楼梯正对的接待室，玻璃幕墙围合，增加空间的通透性和间接采光效果。建筑东侧则包括三个教师工作室和两个教学研究室，两侧由中间主楼梯将行政空间和教研空间区分开。

建筑三层是建筑的顶层，三层在功能上承接了二层东侧的教师工作室，在南侧也设置了五个教授工作室和一个博士工作坊，北侧房间采光效果较差，所以统一设置为科研和实验室用房。

2.陕西师范大学教学一楼内部构成

建筑主要为框架结构，单层层高在三米左右，每层楼板下均做吊顶，吊顶内部为通风管线，下方设置人工照明灯具。

建筑开窗数量多，窗地比较大，有较好的通风效果，但是由于窗户使用的是普通窗体，所以密闭保温性能略有欠缺。

二、陕西师范大学教学一楼绿色建筑分析

（一）陕西师范大学教学一楼节能建筑形体分析

陕师大教学一楼为长方形（一字型排布）建筑，建筑外表面面积较长，平面周长较长，因此其外围护结构散热面积大。

建筑主要立面为南向和北向立面，阴影区集中在北侧校区内绿植园——畅志园，而且建筑总层高为三层，形成阴影面积较小，不影响其他建筑物、构筑物的使用功能。西安主风向为东北风和西南方向，所以风荷载水平力对建筑影响较小，长方形建筑南北开窗均匀通透，其采光和通风效果较好。

（二）陕西师范大学教学一楼“四节一环保”分析

1.节地：陕西师范大学教学一楼为旧建筑改造项目，2008年进行改造后竣工后，进行合理再利用，节省了新的建筑用地。建筑主阴影区域为北侧，阴影投射在畅志园，又因为建筑层高为三层，建筑高度在十米之内，所以并不影响植物园的采光要求，建筑周围场地绿化丰富，能够适当为建筑调节室内温度。

2.节能：建筑本身存在着一些能源利用方面的问题。

首先，建筑平面为长方形，进深短，跨度大，除了走廊两端的楼梯间和次入口及主入口采光，没有其他自然采光手段，教室和工作室/办公室也没有对走廊的高窗。走廊亮度较差，建筑采用走廊吊顶局部照明的方式。

因为建筑层高较低，又设置了照明吊顶，以至于走廊通风效果较差，办公室和教室内安装空调和人工排风系统，缺乏自然通风，能源消耗较大。

建筑外墙和屋顶无绿化和太阳能装置，不利于建筑内空间保温和隔热，建筑本身不能提供能源用以消耗。

建筑窗户为双层窗户，是保留了改造之前建筑使用的外窗，在改造过程中，外表面墙体材料更改，同时在窗户外侧又加设一道窗户，在一定程度上起到了隔热保温效果，但是在使用时会造成极大的不便。

主入口设置门斗，但未做外层入口，只能作为雨棚使用，没有形成独立前室，无保温隔热作用。

3.节水：教学楼不会产生严重的水资源浪费的情况，且卫生间的拮据方面选择都是节水器具，感应式手龙头和冲水器，避免了使用者因疏忽产生的浪费情况。南入口前广场绿地浇灌也都是采用喷灌和微灌技术，有良好的节水效果。

4.节材：建筑外墙裁量适用面砖和抹灰墙面，不构成材料浪费。

5.环境保护：主入口二三层外立面使用传统单向玻璃幕墙，不能做到材料环保。教室内部和走廊有墙面吸声材料，能有效控制噪声。

三、陕西师范大学教学一楼绿色建筑改进建议

（一）遮阳改造

存在问题：夏季南向墙体和房间室内温度过高，没有直接遮阳手段避免阳光直射所造成的局部眩光；西墙开窗使夏季出现严重的西晒情况，同时也使西侧南侧同时开窗的房间温度过高；北向除了部分实验室对采光要求较低之外，其他工作室与教室采光效果较差。

改造措施：夏季建筑围护结构大部分都在太阳辐射下，窗口遮阳在改造过程中尤为重要。

1.建筑南向立面由于层数较低，加上入口前广场空间绿化效果明显，对建筑窗口形成了一定程度的遮阳效果，所以在遮阳策略上只有在窗户固定位置做水平遮阳板，颜色为银白色，材质为金属。

2.建筑北立面没有直射阳光，本身对遮阳设备的要求不高，再加上是校内植物园，夏天通过植物的蒸腾作用，对建筑会有明显的降温和减轻热辐射的效果，所以只在檐口做出一定的处理，来避免一定程度的热辐射。

3.建筑西立面采用生态遮阳、垂直遮阳与窗口遮陽的综合遮阳模式，墙体局部外挂金属网，与墙体表面建筑间距约500mm，墙体根部种植栽培管理简单的依附性植物，例如爬山虎。在夏季能够通过植物的蒸腾作用降低墙体表面及室内的温度，也能沿铁丝网生长达到遮阳效果。

4.建筑东立面太阳直射率较低，而且有部分时间是在工作时间之外，所以采用内遮阳的方式，在窗体内部进行卷帘内遮阳，节省外遮阳构件费用。

（二）通风改造

存在问题：教室和走廊通风不畅，没有合理的通风系统。

改造措施：主要采用自然通风的方式。但由于教学工作空间，工作时间常年送新风，其自然通风的能力只能在非工作时间体现。（图1）

1.风压作用：由于建筑多数为南北向空间，且进深较短，所以在南、北教室靠走廊侧墙上开高窗，使夏季开窗时能形成南北穿堂风。

2.热压作用：建筑狭长且没有中庭和天井，在楼梯间设计改造时，利用风压通风使得办公空间和走廊的热风吹向风压较低的楼梯间，在楼梯间上层设置上人屋面的出口，四面开窗通风，采用太阳能拔风烟囱，有效促进热压通风，根据不同季节的需求来调节封口开启和闭合。

（三）能源改造

存在问题：走廊人工照明系统常明，造成一定的能源浪费；屋顶工作室和实验室夏季温度较高，使用起来不方便；南向房间夏季温度普遍偏高，而冬季保温性又较差。

改造措施：

1.将建筑中的照明系统改造成节能照明设备，选择照明智能控制系统和节水器具，减少建筑内不使用时却产生的能源消耗。

2.屋顶改造成上人屋面，设置屋顶绿化，能够有效保护建筑物顶部，延长屋顶建材使用寿命，缓解城市热岛效应，保温隔热，冬季夏季均能调节顶层空间的温度，减少空调的使用，一定程度节约了能源。

3.提高建筑冬季的室内舒适度，建筑在外围护结构的改造方面，选用外墙内保温的形式。窗户将原有的双层普通窗户改为LOW-E中空玻璃，夏天室内温度比室外的低，要求玻璃能隔热，就使室外热量尽量少地传递到室内。

4.在南立面和东立面可设置太阳墙，利用太阳墙附着在建筑表面，吸收太阳能，转化成其他能源供给建筑本体自身的能源消耗，减少整体能耗，也节省了建筑空间。

（四）环保改造

存在问题：建筑立面普通幕墙造成光污染。

改造措施：建筑幕墙部分使用呼吸幕墙的做法，由内外两层幕墙之间形成一个通风换气层，由于此换气层中空气的流通或循环的作用，使内层幕墙的温度接近室内温度，减小温差。外侧幕墙玻璃使用可选择LOW-E玻璃，拥有良好的光学性能，室外反射率在10%-30%，小于国家幕墙的可见光反射率要求，减少光学污染。

四、结语

教学楼作为高校系统使用率最高的建筑形式，成为既有建筑绿色实践改造的重中之重。绿色建筑是与自然能够和谐相处的一种可持续发展的建筑形式，设计时要以满足人类要求、保护生态环境、绿色建筑概念的全方位涵盖以及全寿命周期为原则，根据地理环境，利用可再生能源，充分节约能源、减少对环境的污染，减轻建筑对自然环境的压力。既有建筑改造中所采用的绿色建筑技术远远不是终极目标，绿色建筑实践就是一个不断探索，不断完善的过程，包含了人与自然、社会环境的和谐共处法则，对既有环境的尊重与合理利用，对人类社会发展的高度责任感。

参考文献：

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[2]赵夏.既有建筑绿色改造评价标准浅析[J].福建建筑，2016，（12）.

[3]朱国庆.浅析绿色建筑在旧建筑改造中的应用[J].城市建筑，2013，（20）.

[4]黄凯.既有机关办公建筑绿色建筑改造实例分析[J].绿色建筑，2014，（01）.

作者单位：

长安大学建筑学院