高校學(xué)生宿舍樓節(jié)能改造技術(shù)初探以重慶市為例

1、高校學(xué)生宿舍樓節(jié)能改造技術(shù)初探以重慶大學(xué)學(xué)生11舍為例摘要：本文以重慶大學(xué)學(xué)生11宿舍為例，探討了以重慶為代表的夏熱冬冷地區(qū)的學(xué)生宿舍樓節(jié)能改造，試圖在現(xiàn)有的建筑基礎(chǔ)上，在經(jīng)濟(jì)、施工方便的前提下，提出諸如結(jié)合陽臺的遮陽系統(tǒng)等節(jié)能改造措施。通過一些簡便易行，不需要太復(fù)雜的構(gòu)造和高新技術(shù)，將相應(yīng)的適宜性技術(shù)應(yīng)用在建設(shè)量巨大的高校學(xué)生宿舍中；能改善室內(nèi)熱環(huán)境。從建筑外觀來看，這些技術(shù)也能起到一定美化和裝飾作用，對改變學(xué)生宿舍樓千篇一律的建筑形象有益，節(jié)能之余也能形成豐富的外部光影效果，并且能隨著季節(jié)的變化和早晚的變化而不時更新立面。這種建筑形象無疑是有趣的、活躍的，更重要的是這種有趣的外觀不是來自“

2、為形式而形式”的設(shè)計思維，而是來自于內(nèi)在的符合氣候的設(shè)計思維，因此它是極有生命力的。關(guān)鍵詞： 學(xué)生宿舍樓 節(jié)能改造 熱環(huán)境1.概述1.1選題背景2011年3月，清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心編寫的中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告2011中指出，隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國建筑能耗總量呈持續(xù)增長態(tài)勢，并且增長速度有越來越快的趨勢。報告還顯示，我國總的建筑商品能耗從1996年的2.59億噸標(biāo)煤增長到2008年的6.55億噸標(biāo)煤（不含生物質(zhì)能），增加了1.5倍。2008年的建筑能耗（不含生物質(zhì)能）約占該年社會總能耗的23%，其中電力能耗約占該年社會總電耗的21%。與相同緯度的發(fā)達(dá)國家相比，雖然我國單

3、位建筑面積的采暖能耗達(dá)到了發(fā)達(dá)國家新建建筑的3倍以上，但熱舒適程度依然相差巨大。從可持續(xù)的發(fā)展角度來看，我國能源和資源面臨前所未有的嚴(yán)峻壓力，節(jié)約建筑能耗勢在必行。新建建筑的節(jié)能設(shè)計已然受到廣泛重視，但同時更應(yīng)該重視現(xiàn)實社會中大量既有建筑的節(jié)能改造問題。公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的節(jié)能50%的目標(biāo)，由改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、提高采暖空調(diào)和照明能耗效率來共同負(fù)擔(dān)，而通過有關(guān)方面研究表明，改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能所分擔(dān)的節(jié)能率約占 20%。由此可見，對既有建筑實行圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能改造，又是使既有建筑節(jié)能改造取得成效的必要條件。1.2研究目的和意義本文以調(diào)查研究為基礎(chǔ)，以適用于高校學(xué)生宿舍圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造技

4、術(shù)措施為對象，以降低既有高校學(xué)生公寓能耗、節(jié)約能源、提高人體舒適度為目的，有較為實際的研究意義。 首先，通過對高校學(xué)生宿舍圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能改造，可以改善宿舍室內(nèi)熱環(huán)境、降低宿舍建筑能耗、美化宿舍建筑立面，為高校學(xué)生提供一個良好、舒適的住宿環(huán)境。另外，高校學(xué)生宿舍圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造具有較大的市場潛力，這些工程項目將給材料、化工、太陽能等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來無限商機，從而有利于發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)，增加就業(yè)。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問題國外關(guān)于建筑節(jié)能方面的研究比我國開始的要早，尤其是美國、英國、日本、等發(fā)達(dá)國家對于建筑節(jié)能方面的研究和應(yīng)用都遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在前面。從 20 世紀(jì) 70、80 年代起“能源危機”的沖擊

5、迫使歐美等發(fā)達(dá)國家開始注重建筑能耗系統(tǒng)方面的研究，政府也開始注重制訂能源方面的法律與法規(guī)，并在建筑節(jié)能改造領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。我國的建筑節(jié)能工作于發(fā)達(dá)國家相比雖然起步較晚，但也取得了長足的進(jìn)步。經(jīng)過近 20 年的研究實踐，新建建筑的節(jié)能已經(jīng)形成了一批相對成熟的技術(shù)，其中絕大部分技術(shù)可以經(jīng)過改造，嫁接到既有建筑節(jié)能改造技術(shù)上來。 在節(jié)能改造實例方面，我國直到 20 世紀(jì) 80 年代末、90 年代初，才開始有了個別的既有居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造示范工程， 例如 1993 年北京市西壩河中里 18 號樓保溫改造工程、1992年甘肅省建筑科學(xué)研究院住宅改造試點工程及

6、1997 年哈爾濱煤炭設(shè)計院職工住宅改造試點改造1等。近幾年來，各地陸續(xù)開始對公共建筑、居住建筑進(jìn)行節(jié)能改造，但針對高校學(xué)生宿舍的節(jié)能改造工程尚不多見。2.現(xiàn)狀調(diào)研2.1概念界定根據(jù)現(xiàn)代漢語詞典中對宿舍的定義，本文將學(xué)生宿舍的概念界定為：學(xué)校提供給學(xué)生居住的房屋。同時，目前習(xí)慣將高校中的從 90 年代后期修建的配套設(shè)施較好，采用公寓化管理方式的宿舍稱為學(xué)生公寓，與以前的宿舍相區(qū)別。從建筑學(xué)專業(yè)的角度看二者在建筑設(shè)計上并無實質(zhì)差異，因此，在本文中將二者統(tǒng)稱為學(xué)生宿舍。 2.2高校學(xué)生宿舍空間形態(tài)不同的空間形態(tài)會形成不同的建筑形體和造型，另外，采用不同的空間形態(tài)，其宿舍內(nèi)的通風(fēng)、日照、采光、噪聲干

7、擾等室內(nèi)環(huán)境情況也不同。因此，不同空間形態(tài)的宿舍樓的節(jié)能改造方式也有所不同。 與宿舍的發(fā)展過程相對應(yīng)，可以將學(xué)生宿舍建筑空間形態(tài)分為：走廊式和單元式。 2.2.1 走廊式走廊式的學(xué)生宿舍是我國宿舍發(fā)展的原型， 后來的宿舍形式可以說都是在它的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。它也是目前最為普遍的一種宿舍形式。根據(jù)走廊與寢室的位置，走廊式的宿舍又可分為外走廊式和內(nèi)走廊式，此外還有將內(nèi)外廊結(jié)合的空間形式，以及利用建筑形體組合，形成圍合內(nèi)庭院的圍廊式空間形態(tài)。外走廊式的宿舍形式的優(yōu)點有： ·建筑物內(nèi)使用干擾較小，自然采光和通風(fēng)好； ·向陽走廊夏季可遮陽，宜于晾曬，提供寒冷地區(qū)冬季室外活動場所

8、，北向封閉走廊可提高冬季室溫等特點； 它的不足有建筑平面欠緊湊、占地多、造價高等。正是由于它在面積和造價上的局限，在很大程度上限制了這種類型宿舍的應(yīng)用。2.2.2單元式短廊式宿舍形式縮短了走廊的長度或者是增加了衛(wèi)生間和樓梯間的數(shù)量， 這種設(shè)計的優(yōu)點有： ·改善了長廊內(nèi)通風(fēng)采光較差，相互干擾較大等缺點； ·每個使用單元相對獨立，減少了走廊中不必要的人員走動，減少了相互干擾； ·在設(shè)計上，能夠以每個使用單元為單位進(jìn)行組合和拼接，改變長廊式單調(diào)呆板的形式，形成較為豐富的建筑造型。比如清華大學(xué)大石橋?qū)W生宿舍區(qū)內(nèi)的本科生宿舍，就采用了短廊式的設(shè)計，將整個宿舍樓分為若干個使用

9、單元。2.3重慶大學(xué)b區(qū)學(xué)生11宿舍樓現(xiàn)狀調(diào)研與結(jié)果2.3.1學(xué)生11宿舍樓基本概況圖片2-1圖片2-2圖片2-3重慶大學(xué)b區(qū)學(xué)生宿舍11宿舍樓位于沙坪壩重慶大學(xué)b區(qū)西側(cè)靠近沙楊路一翼，緊鄰勤工助學(xué)樓和4、7、8舍，宿舍樓西側(cè)有學(xué)生生活區(qū)能源供應(yīng)處燃?xì)庹疽蛔?。學(xué)生生活區(qū)位于b區(qū)深處，環(huán)境靜謐，居住環(huán)境良好。該宿舍樓建于1999年，總建筑面積7018平方米，共設(shè)8層，每層31間寢室，層高3.3米，分設(shè)2人間和4人間；基地位于坡地，門廳設(shè)在二層，宿舍北側(cè)貼近擋土墻；可容納近800學(xué)生居住。2.3.2宿舍樓的圍護(hù)體系構(gòu)造狀況（1）外墻通過調(diào)研，該宿舍樓采用20 厚混合砂漿；200 厚實心粘土磚；20

10、 厚水泥砂漿；外墻貼3 厚面磚的外墻做法。外墻在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中所占比例最大（全玻璃幕墻除外），由墻體傳熱造成的熱損失占整個建筑的熱損失的比例也較大。該宿舍采用的外墻做法是90年代高校學(xué)生宿舍普遍采用的做法，根據(jù)資料顯示這種外墻做法的平均傳熱系數(shù)值均高于節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值 0.60 w/(m2·k)，可從一方面說明目前學(xué)生11宿舍樓外墻的熱工性能不符合節(jié)能要求，對外墻實施改造工作，既可以滿足節(jié)能要求，又可以改善及有宿舍樓的外觀效果。（2）屋面 學(xué)生11宿舍樓屋面為平屋面，由于條件所限無法具體調(diào)查，但通過樓的建成時間可推斷其構(gòu)造形式與傳熱系數(shù)。屋面做法是重慶市 19861999 年期間

11、平屋面常見的構(gòu)造形式，主要的屋面保溫隔熱材料多為水泥蛭石、爐渣、水泥膨脹珍珠巖；1999 年以后常見的屋面保溫隔熱材料多為憎水膨脹珍珠巖或膨脹蛭石。屋面是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中受室外綜合溫度作用較大的部位，屋面的保溫隔熱性能的好壞，是影響頂層房間的室內(nèi)熱環(huán)境和建筑的采暖空調(diào)能耗的重要因素。（3）外窗 改革開放前，高校學(xué)生宿舍樓外窗多用木窗；20 世紀(jì) 7080 年代，在國家政策的推動下，普通鋼窗的應(yīng)用率較高；20 世紀(jì) 80 年代中期，鋁合金窗因為強度高、外觀好、采光面積大等特點被廣泛應(yīng)用于高校學(xué)生宿舍樓建筑；20 世紀(jì) 90 年代發(fā)展起來的 pvc 塑鋼窗的熱工性能較好，但因剛度、采光性等較鋁合金窗

12、差等原因，反而應(yīng)用的不多。外窗是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中熱工性能最薄弱的構(gòu)件，是影響冬、夏季室內(nèi)熱環(huán)境和造成采暖空調(diào)能耗過高的主要原因。盡管窗戶面積只占外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面積的1/31/5，但在典型的公共建筑中，通過外窗損失的采暖和制冷能耗約占建筑總能耗的 2/3，其中傳熱損失為 1/3，所以，門窗是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的重點。11舍采用的是鋁合金推拉窗，在實際居住環(huán)境中，同學(xué)們表示經(jīng)常或有時能感覺到門窗的冷風(fēng)滲透現(xiàn)象；特別是冬季，床位位于窗戶旁邊的同學(xué)更是叫苦不迭，急需對其實施改造。從重慶市高校既有學(xué)生宿舍樓圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系構(gòu)造情況調(diào)研結(jié)果來看，市內(nèi)絕大多數(shù)既有宿舍樓的外墻、屋面、外窗等構(gòu)件的熱工性能達(dá)不到規(guī)范規(guī)定

13、的限值，從而造成宿舍樓的建筑能耗比較大，部分宿舍冬夏兩季室內(nèi)熱環(huán)境比較差，實施節(jié)能改造的潛力比較大。3.學(xué)生宿舍樓節(jié)能技術(shù)應(yīng)用與改造措施3.1重慶市的氣候特征重慶位于北半球副熱帶內(nèi)陸地區(qū)，其氣候特征恰如幾句俗諺：春早氣溫不穩(wěn)定，夏長酷熱多伏旱，秋涼綿綿陰雨天，冬暖少雪云霧多。重慶年平均氣溫為18。1月份氣溫最低，月平均氣溫為7，最低極限氣溫為零下3.8。7月至8月份氣溫最高，多在2738之間，最高極限氣溫可達(dá)43.8。因此，重慶與武漢、南京并稱長江流域三大“火爐”。重慶雨季集中在夏秋，年降雨量為10001100毫升。尤以夜雨為多，別有一番情趣，歷代詩人常以“巴山夜雨”為題吟詩填詞。重慶亦有“霧

14、都”之稱。每年秋末至春初多霧，年均霧日為68天。每逢霧日，滿城云纏霧繞，大街小巷縹緲迷離，恍若仙境。重慶還是中國日照最少城市之一，年均日照時1259.5小時。7月至8月份略高，月均日照時230小時。其他月份在150小時以下。重慶三面環(huán)山，溝壑縱橫，因此風(fēng)速較小。但在夏季雷陣雨天氣時，又一反常態(tài)，常常伴有大風(fēng)，風(fēng)速每秒可達(dá)1027米。重慶位于長江流域上游，屬“夏熱冬冷”地區(qū)。重慶地處四川盆地，兩江交匯之處，氣候與其他城市明顯不同。冬季日照嚴(yán)重不足，屬國內(nèi)日照最少的地區(qū)（在世界上也屬于日照最少的地區(qū)）。并且日照時間都集中在夏季里，冬季幾乎無日照。夏季酷暑，冬季濕寒。重慶的住宅也沒有保溫、節(jié)能要求。

15、隨著生活水平的發(fā)展，改善生活條件已成為我們的最大需求。我們已不再能忍受“酷暑”和“濕寒”，希望通過相應(yīng)的節(jié)能改造來改善解決冬季采暖、夏季制冷的問題。3.2學(xué)生宿舍樓相關(guān)節(jié)能改造措施介紹3.2.1外墻節(jié)能改造技術(shù)措施圖片3-1隨著外墻保溫性能要求的逐步提高，單種材料保溫墻體已經(jīng)很難滿足要求。目前，常用的外墻的保溫系統(tǒng)節(jié)能改造主要有外保溫和內(nèi)保溫兩種形式。而外保溫系統(tǒng)比內(nèi)保溫系統(tǒng)有著十分明顯的優(yōu)越性：一是避免了建筑的冷、熱橋，減少了外墻內(nèi)表面潮濕、結(jié)露，甚至發(fā)霉和淌水現(xiàn)象的發(fā)生，同時也可以提高墻體的防水功能和氣密性；二是墻體的蓄熱性能好，熱容量大，室內(nèi)能蓄存更多熱量，使諸如太陽能輻射或間接采暖造成

16、的室內(nèi)溫度變化減緩，室溫較穩(wěn)定，有利于改善室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量；三是大為減輕主體墻體產(chǎn)生裂縫、變形、破損的危險，熱應(yīng)力減少，使墻體的耐久性得以加強，增加建筑的結(jié)構(gòu)壽命，減少長期維修費用；四是避免了在改造時對學(xué)生作息的干擾，且不減少建筑使用面積；五是有利于加快施工進(jìn)度，綜合經(jīng)濟(jì)效益很高，有利于節(jié)約能源。（1） eps板（模塑聚苯板）外墻保溫系統(tǒng)該系統(tǒng)是置于建筑物外墻的保溫及裝飾面系統(tǒng)，由模塑聚苯板、膠粘劑和必要時使用的錨栓，抹面膠漿和耐堿網(wǎng)格布及涂料等組成的系統(tǒng)，又稱 eps 板薄抹灰系統(tǒng)。薄抹灰增強防護(hù)層的厚度宜控制在：普通型35mm，加強型 57mm。該系統(tǒng)采用粘接固定方式與基層墻體連接，也可輔有

17、錨栓；采用輕質(zhì)有良好保溫效果的阻燃型絕熱用模塑聚苯乙烯泡沫塑料制作的板材保溫層，保溫效果好，工藝簡單，經(jīng)濟(jì)，做法成熟，使用比較廣泛；適用于基體為混凝土和砌體結(jié)構(gòu)的外墻節(jié)能改造。（2） 膠粉 eps顆粒保溫漿料外墻外保溫系統(tǒng) 該系統(tǒng)設(shè)置在外墻外側(cè)，由界面層、膠粉聚苯顆粒保溫層、抗裂保護(hù)層和飾面層構(gòu)成，起保溫隔熱、防護(hù)和裝飾作用的構(gòu)造系統(tǒng)，也可稱之為保溫漿料系統(tǒng)。該系統(tǒng)保溫層無腔，抗風(fēng)壓特別是抗負(fù)風(fēng)壓以及抵抗地震性能好，在高層建筑中使用較為安全；由于構(gòu)造合理，保溫層飾面抗裂性能好，有較好保溫隔熱、耐候、耐火、憎水、水蒸氣滲透性能；施工工藝合理、操作簡便、性能穩(wěn)定、效果良好；適用于基體為混凝土和砌體

18、結(jié)構(gòu)的既有建筑外墻節(jié)能改造， 也可以用于解決不采暖樓梯間的隔墻及封閉公共走廊隔墻、變形縫兩側(cè)外墻及分戶墻的保溫。3.2.2生活陽臺節(jié)能改造措施根據(jù)重慶的氣候特點，所有的學(xué)生生活陽臺均為不封閉陽臺。為了保證房間的室內(nèi)熱環(huán)境，工程師通常把陽臺作為溫度阻尼區(qū)，這些阻尼區(qū)像一道熱閥，不僅可使房間的傳熱損失減少 40%50%，而且大大減少了房間的冷風(fēng)滲透，從而減少室內(nèi)的熱損失。 由于南北陽臺所處的朝向、 位置等方面的差別，進(jìn)行節(jié)能改造的措施也有所不同。 南向陽臺能夠大面積接受直接太陽輻射，其改造重點是減少熱量損失，同時充分利用阻尼區(qū)在白天作為附加陽光間來使用，是冬季節(jié)省能耗改善室內(nèi)熱環(huán)境的有效措施。對于

19、生活陽臺的改造措施如下： 陽臺空間的地板是最具貯熱作用的部位，宜采用石材、地磚等具有較大蓄熱系數(shù)的鋪裝材料。能夠大面積接受直接太陽輻射，其改造重點是減少熱量損失，同時充分利用阻尼區(qū)在白天作為附加陽光間來使用，是冬季節(jié)省能耗改善室內(nèi)熱環(huán)境的有效措施。圖片3-3圖片3-23.2.3與陽臺節(jié)能改造相結(jié)合的遮陽系統(tǒng)圖片3-4圖片3-5鑒于重慶炎熱的夏天，日照強烈，生活陽臺每日接收大量太陽輻射，且在對生活陽臺進(jìn)行節(jié)能改造的同時不宜影響原有的通風(fēng)環(huán)境。根據(jù)對生活陽臺尺寸的研究，可以在陽臺下沿架設(shè)可折疊遮陽系統(tǒng)，相當(dāng)于將陽臺挑板延伸，提高遮陽板對下層寢室的蔭蔽效應(yīng)；遮陽系統(tǒng)采用輕鋼骨架，搭設(shè)木色鋁塑遮陽板，

20、架設(shè)骨架用膨脹螺栓與主體結(jié)構(gòu)連接。遮陽板通過可以自由成角度旋轉(zhuǎn)的鉸鏈與支座連接，可繞平行于陽臺邊沿的軸旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)冬季和夏季不同的遮陽模式：夏季遮陽板平行放置，蔭蔽下層寢室生活陽臺；冬季收起遮陽板，讓生活陽臺接受更多陽光。遮陽系統(tǒng)轉(zhuǎn)化開關(guān)設(shè)置在每個寢室生活陽臺，便于同學(xué)們操作，季節(jié)轉(zhuǎn)換時宿舍樓整體調(diào)整，可形成獨特的外立面效果。圖片3-7圖片3-6同時也可以采用統(tǒng)一安置的豎掛式遮陽板，骨架設(shè)置在生活陽臺外沿，遮陽板與骨架以滑軌形式連接，可沿滑軌上下滑動適應(yīng)季節(jié)變化。3.2.4結(jié)合開敞陽臺的外窗改造設(shè)計目前的學(xué)生宿舍陽臺設(shè)計中，陽臺多采用固定鋁合金窗或者平開窗，因此通風(fēng)面積最多只能達(dá)到最大通風(fēng)面積

21、的50%；通風(fēng)的減少，是導(dǎo)致造成夏季的室內(nèi)溫度過高的重要原因。因此從改善陽臺通風(fēng)的角度出發(fā)，考慮如何改善窗戶的選型和設(shè)計也是相當(dāng)必要的。本文提出的辦法是變鋁合金推拉窗為折疊窗，折疊窗目前港臺的亞熱帶地區(qū)用得比較多，用于解決當(dāng)?shù)乇容^突出的通風(fēng)去濕的問題，這種窗型雖然市場上有銷售，但由于面市不久，內(nèi)地設(shè)計人員選用不多。這種折疊窗主要由外框、轉(zhuǎn)軸、封口板4種型材構(gòu)成，另外配一些專用的注塑件，組裝時每兩塊型材之間通過一根轉(zhuǎn)軸芯材相連接，頁片可繞著型材在90°的范圍之內(nèi)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸芯材的上下端部安裝有注塑件，依靠注塑件掛在外框的限位槽內(nèi)，可以在限位槽內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運動，以此來實現(xiàn)折疊窗的開啟和關(guān)閉功能。在陽臺的正面，折疊窗開啟以后，可以靠放在遮陽框架柱上；在陽臺的側(cè)面，結(jié)合室內(nèi)家具的布置，在左右兩側(cè)各設(shè)一段寬600mm的短墻，這樣折疊窗可以靠墻。構(gòu)造并不復(fù)雜，但是效果卻很顯著，可以成倍的提高陽臺通風(fēng)的面積，良好的陽臺通風(fēng)，保持了陽臺始終處于空氣中的負(fù)壓區(qū)，室內(nèi)成為空氣的正壓區(qū)，從而促進(jìn)和改善室內(nèi)的通風(fēng)效果。而且折疊窗完全開啟以后，可以變封閉陽臺為開敞陽臺，