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既有公共建筑节能与改造
  • 发布日期:2018-01-11      浏览次数:1022
    • 摘要:以西安市长安大学朱雀幼儿园作为研究对象,对其进行绿色建筑节能分析,通过现场调研、询问使用者感受等方法,探究建筑存在的问题并总结可改造的空间和潜力,探寻节能改造过程中合理的途径和方法,提出适宜的改造设计意见。

      关键词:幼儿园;节能分析;节能改造;绿色建筑

      一、长安大学朱雀幼儿园现状分析

      (一)建筑背景信息

      1.建筑背景长安大学朱雀幼儿园为长安大学的附属公办幼儿园,属于省级示范幼儿园。建筑始建于1986年,后经过了两次扩建,形成现如今的建筑规模。随着建筑使用的过程中出现了室内环境差、耗能大等一系列问题,幼儿园建筑的使用频率高且使用人群集中固定,所以应在提高使用者舒适性的前提下,降低建筑运行能耗,进行节能改造设计,从根本上解决室内环境以及运营成本的问题。2.自然气候西安气候属暖温带半湿润大陆性季风气候。四季分明,夏季炎热多雨,冬季寒冷少雨雪,春秋时有连阴雨天气出现。在建筑热工设计分区中,西安属于寒冷地区。3.建筑概况长安大学朱雀幼儿园位于陕西省西安市雁塔区崇业路10号长安大学朱雀住宅区内。幼儿园建筑占地面积615㎡,建筑面积1950㎡,户外活动场地1650㎡。整体结构为砖混结构,共四层,每层层高为3.2米,其中第四层为活动板房建筑。

      (二)建筑现状

      1.外墙围护结构现状由于幼儿园建造时间较早,通过调研得知教学楼的外围护结构并没有使用保温隔热措施,并且幼儿园的多功能厅及二层西侧的活动室墙体为临时活动板房的岩棉夹芯板,虽有一定的保温隔热能力,但还是不能满足使用者的舒适度需求。这导致建筑的保温性能不好,导致冬季室内温度低,采暖能耗增大,夏季室内温度过高,制冷设备耗电严重,使用者舒适度较差。2.门窗现状幼儿园的外窗全部为1.5m×1.8m的单层铝合金玻璃窗。由于只采用单层玻璃,且密封性能不佳,冬季由窗户散失的热量较大,加之教室中的供暖设施均依窗布置,窗户的保温隔热性能不好直接影响到冬季采暖部分热量的损失。此外,窗户的隔音效果也不佳。如今,幼儿园的开窗大小也不符合幼儿园建筑设计规范(活动室窗地面积比应为1/5,卧室应为1/6),开窗面积偏小,不能良好满足室内采光、通风要求。通过计算,得到围护结构各部分不同朝向的面积及窗墙比,结果见表1。在走廊内侧的墙体上局部开有小高窗,但由于开启面积小,加之外窗面积小,导致活动室及卧室的采光和通风仍存在问题,在使用方面感到空气流通不畅。幼儿园的外门除了北侧正门是玻璃门外,其余都使用的单层玻璃铝合金门,门体老旧且单薄,保温隔热性能差,密封性不好,冬季热量损耗大。3.屋顶现状长安大学朱雀幼儿园采用平屋顶,加盖的临时性建筑为坡屋顶。如今三层及四层分别有室外平台,即下层房屋的屋顶平台。屋顶虽然做了适当的防水层及保温层,但是顶层各教室在夏季仍异常炎热,经实测,平均比其它层教室温度高2~3℃,给使用者带来了较为不适的空间体验。4.设备现状长安大学朱雀幼儿园的各类设备系统较老旧,出现老化现象。其室内照明设备仍采用的是国家要求淘汰的荧光灯管及白炽灯;暖气设备及管道也比较老旧;制冷设备为风扇以及台式空调;烧水设备是电热水器。

      二、长安大学朱雀幼儿园问题分析与总结

      根据实地调研情况分析,可将长安大学朱雀幼儿园建筑中所存在的能耗问题总结为采光问题、通风问题、热舒适度问题及设备问题。

      (一)采光问题

      活动室和卧室的开窗面积小,不满足规定及需要,导致教室内部,特别是一层教室的采光不充足;幼儿园的内廊过于狭长,且只能通过尽端的铝合金玻璃门及内墙上的小面积上悬式高窗进行采光,加之门厅空间狭小,导致走廊、入口等交通空间的采光严重不足。

      (二)通风问题

      活动室及卧室的外开窗及内廊高窗面积小,导致室内空气流通不畅;楼梯间过于封闭,窗户小且不便开启;走廊为狭长的内廊式,加之门厅空间狭小,通风换气只靠几扇小面积的门和高窗,无论是风压还是热压,都无法达到有效通风换气的作用。

      (三)热舒适度问题

      屋面未做合适的保温隔热构造,顶层教室冬冷夏热,使用者舒适度较差;外围护墙体没有保温隔热措施,夏季建筑整体温度较高,利用机械制冷,耗电量巨大;加建的临时性板房建筑墙体及屋顶保温隔热性能较差,室内夏日炎热,冬季寒冷;建筑采用单层铝合金玻璃窗,密封性能、保温度性能差,热损失严重;冬季采暖,顶层室温过高,底层室温又达不到要求,导致冬季整体空间温度波动较大,热损耗较多,使用者舒适度较差;二、三层东南侧的活动室在夏天早晨光照过于强烈,无合适的遮阳措施,导致夏季早晨室内光照过强、温度高,影响幼儿进行室内活动。

      三、长安大学朱雀幼儿园节能改造

      (一)针对采光、通风问题的改造

      增大活动室及卧室的建筑开窗面积,将原先1.5mx1.8m的窗户扩大为2.1mx2.1m的大窗。设置低位通风格栅窗,在夜间可通过手动打开,为室内进行夜间通风,并且更换窗户构件,使之达到保温、隔热、隔声等效果。增大活动室及卧室的内廊高窗数量。由于外窗设置了夜间使用的低位通风百叶窗,所以外窗与高窗相配合,可在白天及夜间,通过热压通风原理让室内进行良好的通风换气。对幼儿园正门入口空间进行改造。对门厅空间进行扩大延伸,将原先传达室旁的小型灰空间纳入门厅范围。加建部分采用中空玻璃幕墙围合,它具有优良的保温隔热与隔声特性,能显著减少室内外通过门窗的热交换,降低建筑空调能耗,限制了表面的冷凝现象。在建筑东南侧加建边庭空间。该空间是将原先紧邻建筑的室外小庭院进行两面玻璃幕墙围合及顶部围合,形成一个高度达4层楼的边庭空间,并在顶部设置通风口及太阳能光电板装置。玻璃幕墙的材质选用可呼吸交流的双层玻璃幕墙,该空间的设置可显著改善室内的通风换气问题,成为东西方向风廊。由于采用双层玻璃幕墙,在夏季可打开外层玻璃的上下通风口及顶部通风口,通过热压作用将室内温度较高的空气引出排走,起到了自然通风的作用;在冬季可将外层玻璃的上下通风口关闭,成为保温夹层,减少室内散热量,达到提升室内热舒适度,降低空调耗能的作用;可在不影响其他房间采光的前提下改善各层走廊空间的采光;从空间使用角度讲,为幼儿园增设了竖向贯通的室内活动交流空间,丰富了建筑空间。将楼梯间原先的砖混外墙加小开窗形式更换为玻璃幕墙形式,改善交通空间的采光和通风问题。在顶层玻璃幕墙处设置可开启窗扇用以通风,起到一定的拔风作用。

      (二)针对热舒适度问题的改造

      屋面加设内保温吊顶,起到保温隔热的效果。做种植屋面改造。在屋面进行种植绿化,增加屋顶保温隔热效果、加强屋面蓄水能力、减少雨水渗透的同时可创造环境优美的屋顶平台、改善空气质量。做外墙外保温。根据外立面装饰要求选择适合的保温装饰一体化材料,能够有效保护建筑主体结构,延长使用寿命,基本消除热桥效应的影响,不会占用建筑室内空间,且工程造价较低,施工时无需室内搬迁。将原有门窗换成塑钢门窗,改善窗户的保温性能。对于窗户的框架,采用导热系数小的塑料、断热处理过的金属框材、钢塑、铝塑、木塑复合材料,保温兼顾美观,将单层玻璃窗换为双层中空LOW-E玻璃。新增设的玻璃幕墙选用节能幕墙材料。采用可呼吸交流的双层玻璃幕墙,解决了采用普通玻璃幕墙所导致的通风、太阳辐射以及增加采暖空调系统负荷的问题。为保持建筑立面的完整性,在需要遮阳设施的二、三层东南侧活动室设置内遮阳百叶设施,用以遮挡过强的阳光照射,减少夏季进入室内的太阳辐射热。在建筑南向窗户上统一安装太阳能光电板水平遮阳设施。将遮阳系统与太阳能光电系统结合,一方面可在夏季为房间遮阳,并可根据日照角度自行调整;另一方面可吸收太阳能并加以利用,除提供系统自身运转外还可以为热水系统提供能量。

      (三)针对设备问题的改造

      将电热水器更换为太阳能热水系统。西安地区全年接受高太阳辐射的时间较长,所以适宜利用太阳能技术。在建筑屋顶设置太阳能集热器及太阳能热水系统,以解决建筑内部的热水供应问题。利用太阳能发电。在屋顶安装太阳能光伏板,为整个建筑提供电能。在节约运营成本的同时,也节约了资源。

      四、结语

      通过对该建筑的现状问题进行总结与归纳,对既有建筑节能改造的研究,运用节能改造具体策略,结合西安地区气候等因素,针对建筑中的实际问题,有针对性地提出了适宜的节能改造具体措施,进行了节能改造设计。通过以上分析改造过程,zui终通过以被动技术为主体的设计手段力求达到该建筑改造后的节能要求,提高建筑的使用舒适度。

       

      作者:鲁倩妮

     
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