鐵路客站建筑圍護結構節能設計淺談

朱　樺

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢　430063)

我國正在面臨能源問題的巨大挑戰，從20世紀90年代中期開始，我國能源消費總量普遍高于能源生產總量，供不應求的矛盾逐年突出。據統計，目前我國建筑能耗已占全國總能耗的20%左右，成為總能耗的重要組成部分。建筑節能在我國能源政策和能源科技中占據相當重要的地位，它與能源結構調整、開發，可再生能源利用組成能源戰略的要素。同時，建筑節能也是貫徹國家可持續發展戰略一個非常重要的組成部分，是發展國民經濟，有效利用資源，改善居住熱環境，提高居住功能與舒適性水平，保護生態環境，實現我國宏觀發展戰略目標的需要，是建筑發展的大趨勢和建筑技術進步的重點。

鐵路旅客站房(以下稱站房)作為交通型公共建筑，其空間復雜，人流量大，能源消耗巨大，故建設節能型客站是鐵路旅客站房發展的必然趨勢，而鐵路站房建筑專業的節能設計工作在其中肩負著重要責任。建筑節能并不意味著限制需求，降低建筑物的服務標準與質量，不能以犧牲室內環境、品質來實現，而是在保證能源終端需求的前提下，以提高建筑物的能量利用效率，用有限的資源和最小的能源消費代價來取得最大的經濟和社會效益。

1　主要用能特點及能耗因素

(1)站房屬大空間；外墻面積大，外界對室內的自然對流影響大；大空間的溫度分層現象嚴重，既影響到氣流組織，又影響到使用能耗等多方面。

(2)站房人流密度大且人流量變化大；人員散熱對建筑的熱濕環境影響大。

(3)站房空調能耗大；氣流組織方案影響系統的能耗。根據對不同公共建筑的調查：不同的氣流組織方案使空調能耗相差30%以上，而空調能耗占運行能耗的50%以上。

(4)過渡季節充分利用自然通風，對于降低能耗和提高站房建筑的空氣品質意義重大。

從客站以上用能特點不難得出影響站房能耗的主要因素，包括：①建筑空間布局形式，如何合理利用熱壓、季風組織建筑通風換氣。②建筑的體型系數、窗墻比，確定圍護結構的構造措施，選定建筑材料，可以達到冬季保暖和夏季保冷隔熱效果，同時滿足遮陽和采光的雙重需要。③建筑配套的系統性節能技術措施，如電動通風窗、感溫控制、自動遮陽等。

因此，采用合理的建筑節能技術，使建筑物室內冬季保暖和夏季保冷隔熱，獲取較好的室內空氣質量是站房設計、調試、運行中的重點，同時也是難點。

2　建筑圍護結構節能因素分析

圍護結構是室內和室外的物理界限，是多種功能的集合體。圍護結構采用新的材料、構造和技術，對降低建筑能耗的意義重大，越來越成為設計師不可忽視的環節。

建筑圍護結構包含有墻體、窗體、屋面等，大型公共建筑圍護結構更加復雜。以屋面非透明部分的熱工參數(傳熱系數)為例，采用逐時動態模擬法，闡述圍護結構對建筑物能耗的影響程度。

圖1　非透明屋面傳熱系數為0.86 W/(m2·k)全年逐時負荷

圖2　非透明屋面傳熱系數為1.4 W/(m2·k)全年逐時負荷

圖1、圖2分別表示非透明屋面傳熱系數為0.86 W/(m2·k)、1.4 W/(m2·k)工況下，采用逐時的動態模擬取得的全年負荷逐時分布。可以看出，在屋面非透明部分傳熱系數不同的情況下，夏季冷負荷強度變化幅度較大，冬季熱負荷強度變化較平緩。由于建筑物屋面非透明部分傳熱系數的不同，通過屋面介質傳遞進入室內的冷熱量在不同時刻有一定程度上的差異，表現出建筑能耗在兩種非透明屋面傳熱系數工況下有所不同。

正因為建筑物在不同傳熱系數條件下全年不同時刻的負荷強度值不盡相同，使得建筑物在夏季制冷期和冬季供熱期的累積負荷有差別，如圖3所示。

圖3　全年冷熱累積負荷隨非透明屋面傳熱系數的變化

從圖3中可知，全年冷熱累積負荷在不同非透明屋面傳熱系數的情形下有一定程度的變化，這主要是由于建筑屋面非透明部分占整個建筑屋面比例較大，通過屋面傳遞的冷熱量依據傳熱能力的不同有較大的變化。非透明屋面的傳熱系數從0.86 W/(m2·k)變化到1.4 W/(m2·k)，建筑全年累積熱負荷增加了11.9%，建筑全年累積冷負荷增加了11.5%。可見，在建筑外形條件不變的情況下，建筑圍護結構對全年負荷的影響較大。

3　結語與展望

改善屋頂的傳熱過程，改進屋頂透明部分面積和窗墻比，選取不同熱工性能的圍護結構等措施，都將改變建筑物室內熱環境和能源消耗，并宜采用逐時的動態模擬法得到建筑環境及建筑物全年能耗之間的關系。因此，在分析評價一個建筑設計方案將造成的環境狀況和能耗時，一般都采用模擬計算的方法。通過動態模擬，可以預測不同系統設計導致的全年空調能耗，從而對系統方案設計進行優化。

影響客站建筑物能耗的因素較多，如氣象環境、建筑物體現、建筑物朝向以及圍護結構的傳熱性能，它們對建筑物全年的能耗影響程度各異。而建筑外觀、朝向和體形又受到建筑設計效果的限制。因此，客站建筑節能主要以圍護結構的節能措施為主，來降低客站的建筑能耗。

加大圍護結構，墻體(含玻璃幕墻)窗墻比以及屋頂透明面積會在冬天增加太陽得熱，減少冬天供暖能耗以及冬夏季的照明能耗；但在冬季夜間又會增加向室外的散熱，增加供暖能耗，夏季還會導致通過外窗的得熱增加，加大空調能耗。同樣，增加圍護結構的傳熱性能，可減少冬夏季熱損失，但持續的提高會使得降低能耗的能力減小而投資卻增長。同時，考慮到建筑設計的需要，會使圍護結構某部分不滿足節能的需要，需要對圍護結構設計進行優化，以權衡判斷法分析其優劣。

[1]GB50189—2005公共建筑節能設計標準[S]