西安地區高校公共建筑節能分析與改造

李暢 吳雙

摘 要：隨著近代人類的負效行為與天災使人口膨脹、能源、土地、住房、環境等危機空前地危害到人類自身的生態與可持續發展，全球各行業才被驚醒，急求對策。建筑行業也不例外。建筑及其環境必須具備有利于生態與可持續發展的物質與精神基礎。從20世紀七八十年代到21世紀初期的大多數建筑，都存在著數量多、使用功能不完善、能耗高的弊端。將既有建筑引入綠色建筑和可持續發展的理念，采取適宜的綠色技術對既有公共建筑進行綠色改造，實現既有公共建筑的功能提升和可持續發展成為現階段的重要任務。西安作為西北地區建筑行業發展較為健全的城市，在綠色建筑和節能建筑的發展上尤為重視，將結合綠色建筑五節一環保（節能、節地、節水、節材、保護環境、減少污染）的基本理念，對陜西師范大學雁塔校區教學一樓做出綠色建筑分析，并結合先進的技術手段，提出改造方案。

關鍵詞：既有建筑；綠色建筑改造；節能分析

一、陜西師范大學教學一樓現狀分析

（一）改造對象選取依據

西安是西北高校的集中地，校園建筑中，教學樓建筑使用率高，使用人群數量大，是西安地區和各類高校中最具有代表性的建筑形式之一，是西安既有公共建筑節能的重點領域。

陜西師范大學，簡稱“陜師大”，坐落于古都西安，雁塔校區古樸典雅，鐘靈毓秀，圖書館古樸莊重，氣勢宏偉，校區內綠化面積寬闊，種植種類豐富，使這樣一個歷史悠久的名校，在如今對于生態校園和綠色校園的發展要求也能很好適應，但是校區年代久遠也是造成建筑存在諸多問題的一個因素。

（二）改造對象的基本概況

教學一樓位于陜西師范大學雁塔校區，屬于校園內第一批教學建筑，在2008年進行了立面和內部結構的改造，占地面積為820平方米，框架結構，總建筑面積為2340平方米，層高為3層，每層面積大約780平方米，樓梯一共三部，停車位置占用建筑南部前廣場和學校統一停車場。

1.陜西師范大學教學一樓平面布局

建筑主入口為南向禮儀入口，建筑北側設置次入口，走廊兩端分別設置疏散次入口，樓梯分為三部，建筑本身為長方形平面對稱建筑，三部樓梯有效分割疏散空間。西側部分主要功能為六個教學觀察室，平時作為課程教室使用，每層設置一個男衛生間，一個女衛生間，在首層設置值班室，其他教室分別為測試室、實驗室和輔導室等功能性公共教室，房間呈南北向分布，中間走廊狹長，寬度為2.1米。

建筑二層主要為行政辦公室和教師研究工作室，西側主要為控制中心和機房等機械功能空間，其中也分布了辦公室和主任室等行政辦公空間。主樓梯正對的接待室，玻璃幕墻圍合，增加空間的通透性和間接采光效果。建筑東側則包括三個教師工作室和兩個教學研究室，兩側由中間主樓梯將行政空間和教研空間區分開。

建筑三層是建筑的頂層，三層在功能上承接了二層東側的教師工作室，在南側也設置了五個教授工作室和一個博士工作坊，北側房間采光效果較差，所以統一設置為科研和實驗室用房。

2.陜西師范大學教學一樓內部構成

建筑主要為框架結構，單層層高在三米左右，每層樓板下均做吊頂，吊頂內部為通風管線，下方設置人工照明燈具。

建筑開窗數量多，窗地比較大，有較好的通風效果，但是由于窗戶使用的是普通窗體，所以密閉保溫性能略有欠缺。

二、陜西師范大學教學一樓綠色建筑分析

（一）陜西師范大學教學一樓節能建筑形體分析

陜師大教學一樓為長方形（一字型排布）建筑，建筑外表面面積較長，平面周長較長，因此其外圍護結構散熱面積大。

建筑主要立面為南向和北向立面，陰影區集中在北側校區內綠植園——暢志園，而且建筑總層高為三層，形成陰影面積較小，不影響其他建筑物、構筑物的使用功能。西安主風向為東北風和西南方向，所以風荷載水平力對建筑影響較小，長方形建筑南北開窗均勻通透，其采光和通風效果較好。

（二）陜西師范大學教學一樓“四節一環保”分析

1.節地：陜西師范大學教學一樓為舊建筑改造項目，2008年進行改造后竣工后，進行合理再利用，節省了新的建筑用地。建筑主陰影區域為北側，陰影投射在暢志園，又因為建筑層高為三層，建筑高度在十米之內，所以并不影響植物園的采光要求，建筑周圍場地綠化豐富，能夠適當為建筑調節室內溫度。

2.節能：建筑本身存在著一些能源利用方面的問題。

首先，建筑平面為長方形，進深短，跨度大，除了走廊兩端的樓梯間和次入口及主入口采光，沒有其他自然采光手段，教室和工作室/辦公室也沒有對走廊的高窗。走廊亮度較差，建筑采用走廊吊頂局部照明的方式。

因為建筑層高較低，又設置了照明吊頂，以至于走廊通風效果較差，辦公室和教室內安裝空調和人工排風系統，缺乏自然通風，能源消耗較大。

建筑外墻和屋頂無綠化和太陽能裝置，不利于建筑內空間保溫和隔熱，建筑本身不能提供能源用以消耗。

建筑窗戶為雙層窗戶，是保留了改造之前建筑使用的外窗，在改造過程中，外表面墻體材料更改，同時在窗戶外側又加設一道窗戶，在一定程度上起到了隔熱保溫效果，但是在使用時會造成極大的不便。

主入口設置門斗，但未做外層入口，只能作為雨棚使用，沒有形成獨立前室，無保溫隔熱作用。

3.節水：教學樓不會產生嚴重的水資源浪費的情況，且衛生間的拮據方面選擇都是節水器具，感應式手龍頭和沖水器，避免了使用者因疏忽產生的浪費情況。南入口前廣場綠地澆灌也都是采用噴灌和微灌技術，有良好的節水效果。

4.節材：建筑外墻裁量適用面磚和抹灰墻面，不構成材料浪費。

5.環境保護：主入口二三層外立面使用傳統單向玻璃幕墻，不能做到材料環保。教室內部和走廊有墻面吸聲材料，能有效控制噪聲。

三、陜西師范大學教學一樓綠色建筑改進建議

（一）遮陽改造

存在問題：夏季南向墻體和房間室內溫度過高，沒有直接遮陽手段避免陽光直射所造成的局部眩光；西墻開窗使夏季出現嚴重的西曬情況，同時也使西側南側同時開窗的房間溫度過高；北向除了部分實驗室對采光要求較低之外，其他工作室與教室采光效果較差。

改造措施：夏季建筑圍護結構大部分都在太陽輻射下，窗口遮陽在改造過程中尤為重要。

1.建筑南向立面由于層數較低，加上入口前廣場空間綠化效果明顯，對建筑窗口形成了一定程度的遮陽效果，所以在遮陽策略上只有在窗戶固定位置做水平遮陽板，顏色為銀白色，材質為金屬。

2.建筑北立面沒有直射陽光，本身對遮陽設備的要求不高，再加上是校內植物園，夏天通過植物的蒸騰作用，對建筑會有明顯的降溫和減輕熱輻射的效果，所以只在檐口做出一定的處理，來避免一定程度的熱輻射。

3.建筑西立面采用生態遮陽、垂直遮陽與窗口遮陽的綜合遮陽模式，墻體局部外掛金屬網，與墻體表面建筑間距約500mm，墻體根部種植栽培管理簡單的依附性植物，例如爬山虎。在夏季能夠通過植物的蒸騰作用降低墻體表面及室內的溫度，也能沿鐵絲網生長達到遮陽效果。

4.建筑東立面太陽直射率較低，而且有部分時間是在工作時間之外，所以采用內遮陽的方式，在窗體內部進行卷簾內遮陽，節省外遮陽構件費用。

（二）通風改造

存在問題：教室和走廊通風不暢，沒有合理的通風系統。

改造措施：主要采用自然通風的方式。但由于教學工作空間，工作時間常年送新風，其自然通風的能力只能在非工作時間體現。（圖1）

1.風壓作用：由于建筑多數為南北向空間，且進深較短，所以在南、北教室靠走廊側墻上開高窗，使夏季開窗時能形成南北穿堂風。

2.熱壓作用：建筑狹長且沒有中庭和天井，在樓梯間設計改造時，利用風壓通風使得辦公空間和走廊的熱風吹向風壓較低的樓梯間，在樓梯間上層設置上人屋面的出口，四面開窗通風，采用太陽能拔風煙囪，有效促進熱壓通風，根據不同季節的需求來調節封口開啟和閉合。

（三）能源改造

存在問題：走廊人工照明系統常明，造成一定的能源浪費；屋頂工作室和實驗室夏季溫度較高，使用起來不方便；南向房間夏季溫度普遍偏高，而冬季保溫性又較差。

改造措施：

1.將建筑中的照明系統改造成節能照明設備，選擇照明智能控制系統和節水器具，減少建筑內不使用時卻產生的能源消耗。

2.屋頂改造成上人屋面，設置屋頂綠化，能夠有效保護建筑物頂部，延長屋頂建材使用壽命，緩解城市熱島效應，保溫隔熱，冬季夏季均能調節頂層空間的溫度，減少空調的使用，一定程度節約了能源。

3.提高建筑冬季的室內舒適度，建筑在外圍護結構的改造方面，選用外墻內保溫的形式。窗戶將原有的雙層普通窗戶改為LOW-E中空玻璃，夏天室內溫度比室外的低，要求玻璃能隔熱，就使室外熱量盡量少地傳遞到室內。

4.在南立面和東立面可設置太陽墻，利用太陽墻附著在建筑表面，吸收太陽能，轉化成其他能源供給建筑本體自身的能源消耗，減少整體能耗，也節省了建筑空間。

（四）環保改造

存在問題：建筑立面普通幕墻造成光污染。

改造措施：建筑幕墻部分使用呼吸幕墻的做法，由內外兩層幕墻之間形成一個通風換氣層，由于此換氣層中空氣的流通或循環的作用，使內層幕墻的溫度接近室內溫度，減小溫差。外側幕墻玻璃使用可選擇LOW-E玻璃，擁有良好的光學性能，室外反射率在10%-30%，小于國家幕墻的可見光反射率要求，減少光學污染。

四、結語

教學樓作為高校系統使用率最高的建筑形式，成為既有建筑綠色實踐改造的重中之重。綠色建筑是與自然能夠和諧相處的一種可持續發展的建筑形式，設計時要以滿足人類要求、保護生態環境、綠色建筑概念的全方位涵蓋以及全壽命周期為原則，根據地理環境，利用可再生能源，充分節約能源、減少對環境的污染，減輕建筑對自然環境的壓力。既有建筑改造中所采用的綠色建筑技術遠遠不是終極目標，綠色建筑實踐就是一個不斷探索，不斷完善的過程，包含了人與自然、社會環境的和諧共處法則，對既有環境的尊重與合理利用，對人類社會發展的高度責任感。

參考文獻：

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作者單位：

長安大學建筑學院