陕北地区高校教学楼建筑节能措施探索

郑　海　霍治澎

(延安大学建筑工程学院，陕西 延安　716000)

0　引言

高校教学楼属于公共建筑的一种类型，公共建筑相比对居住建筑空间构成和功能分区更复杂多样，同时公共建筑的能耗远远高于住宅建筑能耗，是我国能耗控制的重点对象。我国最早在2005年发布了《公共建筑节能设计标准》，强制性规范了公共建筑节能设计。

近几年高等教育规模的不断扩大，我国高校普遍都在大力发展校区规模，据相关统计，截至2017年，我国在建和已建的新校区高达200多所。伴随着我国高校建筑面积仍在不断增加，建筑类型越来越多样，高校建筑能耗越来越突出。而教学楼在高校建筑中使用频率最高，最具有代表性。陕北地区相对于我国其他地区偏远落后，节能意识弱，建筑的能耗普遍高，因此，陕北地区高校教学楼建筑节能潜力巨大，探索适宜的建筑节能措施非常有价值。

1　研究区域概况

陕北地区包括延安市和榆林市，陕北地区的气温四季明显，具有明显的昼夜温差，年平均气温约为10 ℃，最冷月为1月份，冬季平均气温在-8 ℃～4 ℃。年日照时数均达到2 000 h以上，延安地区与榆林地区均属于日照高值区，具有丰富的太阳能资源。

《民用建筑热工设计规范》将我国不同地区按照气象条件差异划分为五个气候分区，分别为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区，而陕北地区在建筑热工分区中属于寒冷地区，按照设计要求，住宅建筑设计应满足冬季保温的要求。

2　能耗特点

建筑的使用功能不同，导致能耗需求不同，在陕北地区高校教学楼建筑能耗大，而且具有明显的特点。据调研表明陕北地区高校教学楼能耗主要集中在天然气和电能，冬季采暖主要使用天然气，陕北属于寒冷地区，因此冬季采暖期长，天然气消耗大；电能主要使用在照明、教学多媒体设备和热水器，相对于我国经济发达地区，陕北地区高校教学楼无论是冬季还是夏季，几乎没有空调能耗。陕北地区高校教学楼能耗具有季节性的特点，据调研统计，4月～11月初能耗集中在电能(见图1)，11月中旬～次年3月底能源消耗集中在天然气和电能(见图2)，其中天然气能耗所占比例大，由于陕北地区最冷月在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会明显降低。

3　节能措施

针对陕北地区高校教学楼的能耗特点，主要从节能宣传教育和既有建筑节能设计两方面进行初步的探索。

3.1　加强节能意识，建立能耗监控系统

高校师生总体素质较高，通过宣传教育是有效的途径之一。在全校范围内开展节能减排的宣传教育，邀请专家对绿色建筑、建筑节能技术等专业知识进行普及教育，增强师生的节能环保意识，减少浪费能源的行为；举办节能环保设计创意比赛，比赛的形式可以吸引师生的兴趣，通过比赛加强校园节能减排的宣传，同时还可以展示学生的创新水平，培养团队合作精神，提高学生实践能力；建立能耗管理系统和教学楼能耗监控系统，实现校园能耗自动化管理，可有效节约用电量。

3.2　注重节能设计

节能设计是降低建筑能耗的关键。据粗略估算，采取周密、有效的建筑技术措施可降低2/3～3/4的建筑能耗[2]。陕北地区高校教学楼建筑分为新建和已建两种，对于新建建筑要从建筑规划设计开始到建筑节能材料的使用，建筑节能保温隔热技术的利用，可再生能源的利用等全方位进行节能设计，并建立建筑能耗监控的自动化系统，追求低能耗、绿色建筑为目标；而对于已建建筑，应注重既有建筑的节能改造，从外围护结构的外墙、屋顶、门窗的节能改造入手，结合可再生能源的利用进行节能设计。3.2.1注重建筑规划设计

建筑节能设计要求建筑物在冬季能最大限度地利用自然能来取暖，多获得热量和减少热损失；夏季最大限度地减少得热并利用自然能来降温冷却，以达到节能的目的[1]。陕北属于寒冷地区，高校教学楼设计时，应避开冬季主导的东南风向；同时教学楼建筑的体型应尽量减少凹凸面，严格控制建筑的体型系数。依据寒冷地区的气候条件，建筑物体形系数在0.3的基础上每增加0.01，该建筑能耗约增加2.4%～2.8%[2]，因此一般情况下建筑物体形系数越大，则建筑能耗越高，《公共建筑节能标准》中规定了寒冷地区体型系数不超过0.4；窗墙面积比也是建筑节能的一个重要指标，外窗的设计不仅要考虑室内的通风，同时要在规范规定的限值范围，合理的窗墙面积比不仅可以获取良好的通风效果，而且可以有效的降低建筑的能耗。

3.2.2围护结构节能设计

建筑的围护结构指能够有效抵御不利自然环境的影响，包括建筑的墙体、门窗、屋顶和地面，而能够和室外空气直接接触的外墙、屋面和外门窗部分为外围护结构。节能设计中建筑规划设计很重要，外围护结构的保温隔热设计也是关键因素，外围护结构如果没有良好的热工性能会造成大量的热损失，为使室内保持舒适的温度，则需要消耗更多的能源，这就造成了一种恶性循环，不符合节能设计的要求，因此必须确保建筑的外墙、屋面和门窗具有良好的保温隔热能力，才能有效的降低建筑物的能耗。

提高外墙热工性能可以有效降低建筑的能耗。目前，外墙保温技术根据保温层设置的位置不同，主要有外墙外保温、外墙内保温和外墙夹芯保温三种，对比这三种保温技术优缺点，陕北地区高校教学楼更适宜外墙外保温系统，无论是新建建筑还是既有建筑外墙改造，外墙外保温技术都可满足，外保温技术能有效降低墙体热损失，提高室内热环境。门窗的能耗约占到建筑能耗的50%，因此门窗节能设计是建筑节能设计的关键。陕北地区高校教学楼外窗除了要合理的窗墙比，还应使用双层中空Low-E玻璃代替单层玻璃，Low-E玻璃的隔热性能和透光性能良好，窗框要用导热系数小的材料，并做好密封处理，防止冷风渗透。除了外墙和门窗的能耗，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设计，同时也要注重保温性能。屋面可采用倒置式保温屋面，采用聚苯乙烯泡沫塑料作为保温层，将传统屋面构造中的保温层设置在防水层上，可提高屋面保温性能，同时可延长防水层寿命。 照明节能设计要充分利用自然采光，同时减少白炽灯的使用，采用能耗低、亮度高的节能灯；照明节能更重要的是要培养师生节能减排的意识，避免电能的浪费。

4　结语

高校的节能减排是未来的发展趋势，同时也是一项长期的工作。本文结合陕北地区气候特征和高校教学楼建筑能耗特点，从加强建筑节能宣传，建立能耗监控系统，控制建筑体形系数和窗墙比，做好建筑物外围护结构墙体、门窗、屋面室外保温等几个方面，对陕北地区高校教学楼建筑中的节能措施进行了初步的探索，为创造节约型校园提供一定参考。