高校学生宿舍楼节能改造技术初探以重庆市为例

1、高校学生宿舍楼节能改造技术初探以重庆大学学生11舍为例摘要：本文以重庆大学学生11宿舍为例，探讨了以重庆为代表的夏热冬冷地区的学生宿舍楼节能改造，试图在现有的建筑基础上，在经济、施工方便的前提下，提出诸如结合阳台的遮阳系统等节能改造措施。通过一些简便易行，不需要太复杂的构造和高新技术，将相应的适宜性技术应用在建设量巨大的高校学生宿舍中；能改善室内热环境。从建筑外观来看，这些技术也能起到一定美化和装饰作用，对改变学生宿舍楼千篇一律的建筑形象有益，节能之余也能形成丰富的外部光影效果，并且能随着季节的变化和早晚的变化而不时更新立面。这种建筑形象无疑是有趣的、活跃的，更重要的是这种有趣的外观不是来自“

2、为形式而形式”的设计思维，而是来自于内在的符合气候的设计思维，因此它是极有生命力的。关键词： 学生宿舍楼 节能改造 热环境1.概述1.1选题背景2011年3月，清华大学建筑节能研究中心编写的中国建筑节能年度发展研究报告2011中指出，随着城市化进程的推进、经济的发展，中国建筑能耗总量呈持续增长态势，并且增长速度有越来越快的趋势。报告还显示，我国总的建筑商品能耗从1996年的2.59亿吨标煤增长到2008年的6.55亿吨标煤（不含生物质能），增加了1.5倍。2008年的建筑能耗（不含生物质能）约占该年社会总能耗的23%，其中电力能耗约占该年社会总电耗的21%。与相同纬度的发达国家相比，虽然我国单

3、位建筑面积的采暖能耗达到了发达国家新建建筑的3倍以上，但热舒适程度依然相差巨大。从可持续的发展角度来看，我国能源和资源面临前所未有的严峻压力，节约建筑能耗势在必行。新建建筑的节能设计已然受到广泛重视，但同时更应该重视现实社会中大量既有建筑的节能改造问题。公共建筑节能设计标准中规定的节能50%的目标，由改善围护结构热工性能、提高采暖空调和照明能耗效率来共同负担，而通过有关方面研究表明，改善围护结构热工性能所分担的节能率约占 20%。由此可见，对既有建筑实行围护结构的节能改造，又是使既有建筑节能改造取得成效的必要条件。1.2研究目的和意义本文以调查研究为基础，以适用于高校学生宿舍围护结构节能改造技

4、术措施为对象，以降低既有高校学生公寓能耗、节约能源、提高人体舒适度为目的，有较为实际的研究意义。 首先，通过对高校学生宿舍围护结构的节能改造，可以改善宿舍室内热环境、降低宿舍建筑能耗、美化宿舍建筑立面，为高校学生提供一个良好、舒适的住宿环境。另外，高校学生宿舍围护结构节能改造具有较大的市场潜力，这些工程项目将给材料、化工、太阳能等相关产业的发展带来无限商机，从而有利于发展国民经济，增加就业。1.3 国内外研究现状及存在问题国外关于建筑节能方面的研究比我国开始的要早，尤其是美国、英国、日本、等发达国家对于建筑节能方面的研究和应用都远远走在前面。从 20 世纪 70、80 年代起“能源危机”的冲击

5、迫使欧美等发达国家开始注重建筑能耗系统方面的研究，政府也开始注重制订能源方面的法律与法规，并在建筑节能改造领域积累了丰富的经验，取得了明显的经济效益与社会效益。我国的建筑节能工作于发达国家相比虽然起步较晚，但也取得了长足的进步。经过近 20 年的研究实践，新建建筑的节能已经形成了一批相对成熟的技术，其中绝大部分技术可以经过改造，嫁接到既有建筑节能改造技术上来。 在节能改造实例方面，我国直到 20 世纪 80 年代末、90 年代初，才开始有了个别的既有居住建筑围护结构节能改造示范工程， 例如 1993 年北京市西坝河中里 18 号楼保温改造工程、1992年甘肃省建筑科学研究院住宅改造试点工程及

6、1997 年哈尔滨煤炭设计院职工住宅改造试点改造1等。近几年来，各地陆续开始对公共建筑、居住建筑进行节能改造，但针对高校学生宿舍的节能改造工程尚不多见。2.现状调研2.1概念界定根据现代汉语词典中对宿舍的定义，本文将学生宿舍的概念界定为：学校提供给学生居住的房屋。同时，目前习惯将高校中的从 90 年代后期修建的配套设施较好，采用公寓化管理方式的宿舍称为学生公寓，与以前的宿舍相区别。从建筑学专业的角度看二者在建筑设计上并无实质差异，因此，在本文中将二者统称为学生宿舍。 2.2高校学生宿舍空间形态不同的空间形态会形成不同的建筑形体和造型，另外，采用不同的空间形态，其宿舍内的通风、日照、采光、噪声干

7、扰等室内环境情况也不同。因此，不同空间形态的宿舍楼的节能改造方式也有所不同。 与宿舍的发展过程相对应，可以将学生宿舍建筑空间形态分为：走廊式和单元式。 2.2.1 走廊式走廊式的学生宿舍是我国宿舍发展的原型， 后来的宿舍形式可以说都是在它的基础上发展、演变而来的。它也是目前最为普遍的一种宿舍形式。根据走廊与寝室的位置，走廊式的宿舍又可分为外走廊式和内走廊式，此外还有将内外廊结合的空间形式，以及利用建筑形体组合，形成围合内庭院的围廊式空间形态。外走廊式的宿舍形式的优点有： ·建筑物内使用干扰较小，自然采光和通风好； ·向阳走廊夏季可遮阳，宜于晾晒，提供寒冷地区冬季室外活动场所

8、，北向封闭走廊可提高冬季室温等特点； 它的不足有建筑平面欠紧凑、占地多、造价高等。正是由于它在面积和造价上的局限，在很大程度上限制了这种类型宿舍的应用。2.2.2单元式短廊式宿舍形式缩短了走廊的长度或者是增加了卫生间和楼梯间的数量， 这种设计的优点有： ·改善了长廊内通风采光较差，相互干扰较大等缺点； ·每个使用单元相对独立，减少了走廊中不必要的人员走动，减少了相互干扰； ·在设计上，能够以每个使用单元为单位进行组合和拼接，改变长廊式单调呆板的形式，形成较为丰富的建筑造型。比如清华大学大石桥学生宿舍区内的本科生宿舍，就采用了短廊式的设计，将整个宿舍楼分为若干个使用

9、单元。2.3重庆大学b区学生11宿舍楼现状调研与结果2.3.1学生11宿舍楼基本概况图片2-1图片2-2图片2-3重庆大学b区学生宿舍11宿舍楼位于沙坪坝重庆大学b区西侧靠近沙杨路一翼，紧邻勤工助学楼和4、7、8舍，宿舍楼西侧有学生生活区能源供应处燃气站一座。学生生活区位于b区深处，环境静谧，居住环境良好。该宿舍楼建于1999年，总建筑面积7018平方米，共设8层，每层31间寝室，层高3.3米，分设2人间和4人间；基地位于坡地，门厅设在二层，宿舍北侧贴近挡土墙；可容纳近800学生居住。2.3.2宿舍楼的围护体系构造状况（1）外墙通过调研，该宿舍楼采用20 厚混合砂浆；200 厚实心粘土砖；20

10、 厚水泥砂浆；外墙贴3 厚面砖的外墙做法。外墙在建筑外围护结构中所占比例最大（全玻璃幕墙除外），由墙体传热造成的热损失占整个建筑的热损失的比例也较大。该宿舍采用的外墙做法是90年代高校学生宿舍普遍采用的做法，根据资料显示这种外墙做法的平均传热系数值均高于节能标准规定的限值 0.60 w/(m2·k)，可从一方面说明目前学生11宿舍楼外墙的热工性能不符合节能要求，对外墙实施改造工作，既可以满足节能要求，又可以改善及有宿舍楼的外观效果。（2）屋面 学生11宿舍楼屋面为平屋面，由于条件所限无法具体调查，但通过楼的建成时间可推断其构造形式与传热系数。屋面做法是重庆市 19861999 年期间

11、平屋面常见的构造形式，主要的屋面保温隔热材料多为水泥蛭石、炉渣、水泥膨胀珍珠岩；1999 年以后常见的屋面保温隔热材料多为憎水膨胀珍珠岩或膨胀蛭石。屋面是建筑围护结构中受室外综合温度作用较大的部位，屋面的保温隔热性能的好坏，是影响顶层房间的室内热环境和建筑的采暖空调能耗的重要因素。（3）外窗 改革开放前，高校学生宿舍楼外窗多用木窗；20 世纪 7080 年代，在国家政策的推动下，普通钢窗的应用率较高；20 世纪 80 年代中期，铝合金窗因为强度高、外观好、采光面积大等特点被广泛应用于高校学生宿舍楼建筑；20 世纪 90 年代发展起来的 pvc 塑钢窗的热工性能较好，但因刚度、采光性等较铝合金窗

12、差等原因，反而应用的不多。外窗是建筑外围护结构中热工性能最薄弱的构件，是影响冬、夏季室内热环境和造成采暖空调能耗过高的主要原因。尽管窗户面积只占外围护结构表面积的1/31/5，但在典型的公共建筑中，通过外窗损失的采暖和制冷能耗约占建筑总能耗的 2/3，其中传热损失为 1/3，所以，门窗是外围护结构节能的重点。11舍采用的是铝合金推拉窗，在实际居住环境中，同学们表示经常或有时能感觉到门窗的冷风渗透现象；特别是冬季，床位位于窗户旁边的同学更是叫苦不迭，急需对其实施改造。从重庆市高校既有学生宿舍楼围护结构体系构造情况调研结果来看，市内绝大多数既有宿舍楼的外墙、屋面、外窗等构件的热工性能达不到规范规定

13、的限值，从而造成宿舍楼的建筑能耗比较大，部分宿舍冬夏两季室内热环境比较差，实施节能改造的潜力比较大。3.学生宿舍楼节能技术应用与改造措施3.1重庆市的气候特征重庆位于北半球副热带内陆地区，其气候特征恰如几句俗谚：春早气温不稳定，夏长酷热多伏旱，秋凉绵绵阴雨天，冬暖少雪云雾多。重庆年平均气温为18。1月份气温最低，月平均气温为7，最低极限气温为零下3.8。7月至8月份气温最高，多在2738之间，最高极限气温可达43.8。因此，重庆与武汉、南京并称长江流域三大“火炉”。重庆雨季集中在夏秋，年降雨量为10001100毫升。尤以夜雨为多，别有一番情趣，历代诗人常以“巴山夜雨”为题吟诗填词。重庆亦有“雾

14、都”之称。每年秋末至春初多雾，年均雾日为68天。每逢雾日，满城云缠雾绕，大街小巷缥缈迷离，恍若仙境。重庆还是中国日照最少城市之一，年均日照时1259.5小时。7月至8月份略高，月均日照时230小时。其他月份在150小时以下。重庆三面环山，沟壑纵横，因此风速较小。但在夏季雷阵雨天气时，又一反常态，常常伴有大风，风速每秒可达1027米。重庆位于长江流域上游，属“夏热冬冷”地区。重庆地处四川盆地，两江交汇之处，气候与其他城市明显不同。冬季日照严重不足，属国内日照最少的地区（在世界上也属于日照最少的地区）。并且日照时间都集中在夏季里，冬季几乎无日照。夏季酷暑，冬季湿寒。重庆的住宅也没有保温、节能要求。

15、随着生活水平的发展，改善生活条件已成为我们的最大需求。我们已不再能忍受“酷暑”和“湿寒”，希望通过相应的节能改造来改善解决冬季采暖、夏季制冷的问题。3.2学生宿舍楼相关节能改造措施介绍3.2.1外墙节能改造技术措施图片3-1随着外墙保温性能要求的逐步提高，单种材料保温墙体已经很难满足要求。目前，常用的外墙的保温系统节能改造主要有外保温和内保温两种形式。而外保温系统比内保温系统有着十分明显的优越性：一是避免了建筑的冷、热桥，减少了外墙内表面潮湿、结露，甚至发霉和淌水现象的发生，同时也可以提高墙体的防水功能和气密性；二是墙体的蓄热性能好，热容量大，室内能蓄存更多热量，使诸如太阳能辐射或间接采暖造成

16、的室内温度变化减缓，室温较稳定，有利于改善室内热环境质量；三是大为减轻主体墙体产生裂缝、变形、破损的危险，热应力减少，使墙体的耐久性得以加强，增加建筑的结构寿命，减少长期维修费用；四是避免了在改造时对学生作息的干扰，且不减少建筑使用面积；五是有利于加快施工进度，综合经济效益很高，有利于节约能源。（1） eps板（模塑聚苯板）外墙保温系统该系统是置于建筑物外墙的保温及装饰面系统，由模塑聚苯板、胶粘剂和必要时使用的锚栓，抹面胶浆和耐碱网格布及涂料等组成的系统，又称 eps 板薄抹灰系统。薄抹灰增强防护层的厚度宜控制在：普通型35mm，加强型 57mm。该系统采用粘接固定方式与基层墙体连接，也可辅有

17、锚栓；采用轻质有良好保温效果的阻燃型绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料制作的板材保温层，保温效果好，工艺简单，经济，做法成熟，使用比较广泛；适用于基体为混凝土和砌体结构的外墙节能改造。（2） 胶粉 eps颗粒保温浆料外墙外保温系统 该系统设置在外墙外侧，由界面层、胶粉聚苯颗粒保温层、抗裂保护层和饰面层构成，起保温隔热、防护和装饰作用的构造系统，也可称之为保温浆料系统。该系统保温层无腔，抗风压特别是抗负风压以及抵抗地震性能好，在高层建筑中使用较为安全；由于构造合理，保温层饰面抗裂性能好，有较好保温隔热、耐候、耐火、憎水、水蒸气渗透性能；施工工艺合理、操作简便、性能稳定、效果良好；适用于基体为混凝土和砌体

18、结构的既有建筑外墙节能改造， 也可以用于解决不采暖楼梯间的隔墙及封闭公共走廊隔墙、变形缝两侧外墙及分户墙的保温。3.2.2生活阳台节能改造措施根据重庆的气候特点，所有的学生生活阳台均为不封闭阳台。为了保证房间的室内热环境，工程师通常把阳台作为温度阻尼区，这些阻尼区像一道热阀，不仅可使房间的传热损失减少 40%50%，而且大大减少了房间的冷风渗透，从而减少室内的热损失。 由于南北阳台所处的朝向、 位置等方面的差别，进行节能改造的措施也有所不同。 南向阳台能够大面积接受直接太阳辐射，其改造重点是减少热量损失，同时充分利用阻尼区在白天作为附加阳光间来使用，是冬季节省能耗改善室内热环境的有效措施。对于

19、生活阳台的改造措施如下： 阳台空间的地板是最具贮热作用的部位，宜采用石材、地砖等具有较大蓄热系数的铺装材料。能够大面积接受直接太阳辐射，其改造重点是减少热量损失，同时充分利用阻尼区在白天作为附加阳光间来使用，是冬季节省能耗改善室内热环境的有效措施。图片3-3图片3-23.2.3与阳台节能改造相结合的遮阳系统图片3-4图片3-5鉴于重庆炎热的夏天，日照强烈，生活阳台每日接收大量太阳辐射，且在对生活阳台进行节能改造的同时不宜影响原有的通风环境。根据对生活阳台尺寸的研究，可以在阳台下沿架设可折叠遮阳系统，相当于将阳台挑板延伸，提高遮阳板对下层寝室的荫蔽效应；遮阳系统采用轻钢骨架，搭设木色铝塑遮阳板，

20、架设骨架用膨胀螺栓与主体结构连接。遮阳板通过可以自由成角度旋转的铰链与支座连接，可绕平行于阳台边沿的轴旋转，以适应冬季和夏季不同的遮阳模式：夏季遮阳板平行放置，荫蔽下层寝室生活阳台；冬季收起遮阳板，让生活阳台接受更多阳光。遮阳系统转化开关设置在每个寝室生活阳台，便于同学们操作，季节转换时宿舍楼整体调整，可形成独特的外立面效果。图片3-7图片3-6同时也可以采用统一安置的竖挂式遮阳板，骨架设置在生活阳台外沿，遮阳板与骨架以滑轨形式连接，可沿滑轨上下滑动适应季节变化。3.2.4结合开敞阳台的外窗改造设计目前的学生宿舍阳台设计中，阳台多采用固定铝合金窗或者平开窗，因此通风面积最多只能达到最大通风面积

21、的50%；通风的减少，是导致造成夏季的室内温度过高的重要原因。因此从改善阳台通风的角度出发，考虑如何改善窗户的选型和设计也是相当必要的。本文提出的办法是变铝合金推拉窗为折叠窗，折叠窗目前港台的亚热带地区用得比较多，用于解决当地比较突出的通风去湿的问题，这种窗型虽然市场上有销售，但由于面市不久，内地设计人员选用不多。这种折叠窗主要由外框、转轴、封口板4种型材构成，另外配一些专用的注塑件，组装时每两块型材之间通过一根转轴芯材相连接，页片可绕着型材在90°的范围之内旋转。转轴芯材的上下端部安装有注塑件，依靠注塑件挂在外框的限位槽内，可以在限位槽内进行往复运动，以此来实现折叠窗的开启和关闭功能。在阳台的正面，折叠窗开启以后，可以靠放在遮阳框架柱上；在阳台的侧面，结合室内家具的布置，在左右两侧各设一段宽600mm的短墙，这样折叠窗可以靠墙。构造并不复杂，但是效果却很显著，可以成倍的提高阳台通风的面积，良好的阳台通风，保持了阳台始终处于空气中的负压区，室内成为空气的正压区，从而促进和改善室内的通风效果。而且折叠窗完全开启以后，可以变封闭阳台为开敞阳台，