朱　樺

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢　430063)

我國(guó)正在面臨能源問題的巨大挑戰(zhàn)，從20世紀(jì)90年代中期開始，我國(guó)能源消費(fèi)總量普遍高于能源生產(chǎn)總量，供不應(yīng)求的矛盾逐年突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)建筑能耗已占全國(guó)總能耗的20%左右，成為總能耗的重要組成部分。建筑節(jié)能在我國(guó)能源政策和能源科技中占據(jù)相當(dāng)重要的地位，它與能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、開發(fā)，可再生能源利用組成能源戰(zhàn)略的要素。同時(shí)，建筑節(jié)能也是貫徹國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略一個(gè)非常重要的組成部分，是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)，有效利用資源，改善居住熱環(huán)境，提高居住功能與舒適性水平，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)我國(guó)宏觀發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的需要，是建筑發(fā)展的大趨勢(shì)和建筑技術(shù)進(jìn)步的重點(diǎn)。

鐵路旅客站房(以下稱站房)作為交通型公共建筑，其空間復(fù)雜，人流量大，能源消耗巨大，故建設(shè)節(jié)能型客站是鐵路旅客站房發(fā)展的必然趨勢(shì)，而鐵路站房建筑專業(yè)的節(jié)能設(shè)計(jì)工作在其中肩負(fù)著重要責(zé)任。建筑節(jié)能并不意味著限制需求，降低建筑物的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，不能以犧牲室內(nèi)環(huán)境、品質(zhì)來實(shí)現(xiàn)，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(fèi)代價(jià)來取得最大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1　主要用能特點(diǎn)及能耗因素

(1)站房屬大空間；外墻面積大，外界對(duì)室內(nèi)的自然對(duì)流影響大；大空間的溫度分層現(xiàn)象嚴(yán)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(duì)建筑的熱濕環(huán)境影響大。

(3)站房空調(diào)能耗大；氣流組織方案影響系統(tǒng)的能耗。根據(jù)對(duì)不同公共建筑的調(diào)查：不同的氣流組織方案使空調(diào)能耗相差30%以上，而空調(diào)能耗占運(yùn)行能耗的50%以上。

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

從客站以上用能特點(diǎn)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(fēng)組織建筑通風(fēng)換氣。②建筑的體型系數(shù)、窗墻比，確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施，選定建筑材料，可以達(dá)到冬季保暖和夏季保冷隔熱效果，同時(shí)滿足遮陽和采光的雙重需要。③建筑配套的系統(tǒng)性節(jié)能技術(shù)措施，如電動(dòng)通風(fēng)窗、感溫控制、自動(dòng)遮陽等。

因此，采用合理的建筑節(jié)能技術(shù)，使建筑物室內(nèi)冬季保暖和夏季保冷隔熱，獲取較好的室內(nèi)空氣質(zhì)量是站房設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行中的重點(diǎn)，同時(shí)也是難點(diǎn)。

2　建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能因素分析

圍護(hù)結(jié)構(gòu)是室內(nèi)和室外的物理界限，是多種功能的集合體。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用新的材料、構(gòu)造和技術(shù)，對(duì)降低建筑能耗的意義重大，越來越成為設(shè)計(jì)師不可忽視的環(huán)節(jié)。

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)包含有墻體、窗體、屋面等，大型公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。以屋面非透明部分的熱工參數(shù)(傳熱系數(shù))為例，采用逐時(shí)動(dòng)態(tài)模擬法，闡述圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)建筑物能耗的影響程度。

圖1　非透明屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.86 W/(m2·k)全年逐時(shí)負(fù)荷

圖2　非透明屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為1.4 W/(m2·k)全年逐時(shí)負(fù)荷

圖1、圖2分別表示非透明屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.86 W/(m2·k)、1.4 W/(m2·k)工況下，采用逐時(shí)的動(dòng)態(tài)模擬取得的全年負(fù)荷逐時(shí)分布?？梢钥闯觯谖菝娣峭该鞑糠謧鳠嵯禂?shù)不同的情況下，夏季冷負(fù)荷強(qiáng)度變化幅度較大，冬季熱負(fù)荷強(qiáng)度變化較平緩。由于建筑物屋面非透明部分傳熱系數(shù)的不同，通過屋面介質(zhì)傳遞進(jìn)入室內(nèi)的冷熱量在不同時(shí)刻有一定程度上的差異，表現(xiàn)出建筑能耗在兩種非透明屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)工況下有所不同。

正因?yàn)榻ㄖ镌诓煌瑐鳠嵯禂?shù)條件下全年不同時(shí)刻的負(fù)荷強(qiáng)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(fù)荷有差別，如圖3所示。

圖3　全年冷熱累積負(fù)荷隨非透明屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的變化

從圖3中可知，全年冷熱累積負(fù)荷在不同非透明屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)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(gè)建筑屋面比例較大，通過屋面?zhèn)鬟f的冷熱量依據(jù)傳熱能力的不同有較大的變化。非透明屋面的傳熱系數(shù)從0.86 W/(m2·k)變化到1.4 W/(m2·k)，建筑全年累積熱負(fù)荷增加了11.9%，建筑全年累積冷負(fù)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(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)全年負(fù)荷的影響較大。

3　結(jié)語與展望

改善屋頂?shù)膫鳠徇^程，改進(jìn)屋頂透明部分面積和窗墻比，選取不同熱工性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)等措施，都將改變建筑物室內(nèi)熱環(huán)境和能源消耗，并宜采用逐時(shí)的動(dòng)態(tài)模擬法得到建筑環(huán)境及建筑物全年能耗之間的關(guān)系。因此，在分析評(píng)價(jià)一個(gè)建筑設(shè)計(jì)方案將造成的環(huán)境狀況和能耗時(shí)，一般都采用模擬計(jì)算的方法。通過動(dòng)態(tài)模擬，可以預(yù)測(cè)不同系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)致的全年空調(diào)能耗，從而對(duì)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

影響客站建筑物能耗的因素較多，如氣象環(huán)境、建筑物體現(xiàn)、建筑物朝向以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱性能，它們對(duì)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(shè)計(jì)效果的限制。因此，客站建筑節(jié)能主要以圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能措施為主，來降低客站的建筑能耗。

加大圍護(hù)結(jié)構(gòu)，墻體(含玻璃幕墻)窗墻比以及屋頂透明面積會(huì)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(huì)增加向室外的散熱，增加供暖能耗，夏季還會(huì)導(dǎo)致通過外窗的得熱增加，加大空調(diào)能耗。同樣，增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱性能，可減少冬夏季熱損失，但持續(xù)的提高會(huì)使得降低能耗的能力減小而投資卻增長(zhǎng)。同時(shí)，考慮到建筑設(shè)計(jì)的需要，會(huì)使圍護(hù)結(jié)構(gòu)某部分不滿足節(jié)能的需要，需要對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以權(quán)衡判斷法分析其優(yōu)劣。

[1]GB50189—2005公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]