劉東棟，金淙立，朱嘉浩 ，張蓁睿 (合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

0 前言

隨著現(xiàn)代建筑建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，人們對建筑的功能需求也隨之提高。但隨之而來不可避免地帶來建筑整體能耗迅速增加，高校作為有著較多老舊建筑的代表，將綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到既有建筑改造上成為目前符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個熱門趨勢。

1 現(xiàn)代高校建筑設(shè)計(jì)理念

現(xiàn)代高校建筑因包括教學(xué)樓、辦公樓、宿舍樓等，具有復(fù)雜性和綜合性的特征，體現(xiàn)出建筑本體設(shè)計(jì)理念和綠色設(shè)計(jì)理念這兩個最基本的設(shè)計(jì)理念。

1.1 建筑本體設(shè)計(jì)理念

建筑本體設(shè)計(jì)理念就是設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)建筑時想要表達(dá)的思想理念通過所設(shè)計(jì)的建筑表達(dá)出來。設(shè)計(jì)師通過思考建筑以后的用途、功能、選址等因素來完善自己的設(shè)計(jì)理念，從而更好地將建筑的設(shè)計(jì)理念以及價值表現(xiàn)出來。無論是何類用途的建筑，還是建筑本身的內(nèi)部空間設(shè)計(jì)以及建筑外部與周圍環(huán)境的聯(lián)系，都要遵循以人為本的設(shè)計(jì)理念。建筑服務(wù)人，人的使用才能體現(xiàn)建筑本身的價值。同時建筑的造型要設(shè)計(jì)得簡潔、大方、莊重，簡單明了的造型能讓人能夠清楚地了解各個區(qū)域的功能，大方莊重的外觀能夠體現(xiàn)出高校校園悠久的歷史背景和濃厚的文化內(nèi)涵。

1.2 綠色設(shè)計(jì)理念

人口的不斷增加使得人們對建筑的數(shù)量需求不斷增加，環(huán)境的不斷惡化與能源的消耗又對建筑行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)，這時綠色建筑這一理念出現(xiàn)在人們面前。所謂綠色建筑，即在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材），保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、舒適和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑[1]。我國于20世紀(jì)90年代開始推廣“可持續(xù)發(fā)展”的基本戰(zhàn)略，綠色校園建設(shè)是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的具體體現(xiàn)。1998年清華大學(xué)成為國內(nèi)第一所開展綠色校園建設(shè)的大學(xué)[2]，后來許多其他高校也紛紛跟隨清華大學(xué)，在其建筑設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出綠色設(shè)計(jì)理念。

2 既有建筑改造的趨勢

2.1 既有建筑現(xiàn)狀分析

目前我國的既有建筑大部分都是21世紀(jì)初建造而成，普遍存在著設(shè)施年久老化，功能不達(dá)標(biāo)，建筑總能耗過大，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)功能隨著使用時間的累積造成的保溫隔熱效果下降等問題。受到傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的影響，設(shè)計(jì)師會更加追求建筑結(jié)構(gòu)的美觀性，致使窗戶與墻面面積比會增加，無法體現(xiàn)出綠色節(jié)能特征。這些設(shè)計(jì)沒有遵循可持續(xù)發(fā)展的思想，高能耗、高污染、低環(huán)保這些問題是目前大部分既有建筑的通病。

2.2 既有建筑改造趨勢

在目前全球提倡綠色節(jié)能環(huán)保的大背景下，建筑行業(yè)也在積極推行綠色建筑的建設(shè)與改造。建筑改造整體呈現(xiàn)低碳化、多元化、智能化的趨勢。低碳化符合綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想，通過對舊材料、舊設(shè)備的循環(huán)利用，減少對生態(tài)環(huán)境的破壞；多元化的改造不僅僅是針對建筑本身的改造，同時更多的是對建筑更深層次的功能與價值的深化改造。

既有建筑使用對象的更新、對建筑使用功能要求的提高都體現(xiàn)出使用人群與使用功能的多元化趨勢；隨著時代的發(fā)展與科技的創(chuàng)新，建筑的改造成為許多新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料集中使用的載體。建筑改造絕非簡單意義上的舊建筑翻新，將來的趨勢之一就是智能化系統(tǒng)的引入。建筑將借助通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)、圖形顯示技術(shù)等，使改造后的舊工業(yè)建筑滿足更加人性化的、舒適的、節(jié)能的要求[3]。

3 高校建筑綠色節(jié)能改造

高校有著悠久的歷史底蘊(yùn)，大多數(shù)建筑都是年代久遠(yuǎn)的老舊建筑，在對這些老舊建筑改造時要因地制宜，考慮當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境與地理環(huán)境，制定出符合地區(qū)特點(diǎn)，適合高校建筑綠色節(jié)能的有效措施。

3.1 綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用策略

3.1.1 可再生能源利用

隨著能源的日益短缺，作為一種新的能源類型，可再生能源在建筑行業(yè)的應(yīng)用可以有效地改善建筑行業(yè)能耗高的現(xiàn)狀。目前能夠利用的可再生能源主要包括太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿确腔偕茉础?/p>

對于高校建筑而言最適合利用的可再生能源就是太陽能。太陽能是較為常見且人們接觸最多的可再生能源，與其他的再生能源相比，太陽能有著獲取難度小、可利用價值高的優(yōu)勢。因此，太陽能是建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用范圍最廣的一種可再生能源類型[4]。太陽能最普遍的利用就是太陽能熱水器，通過在高校宿舍樓屋頂鋪設(shè)太陽能集熱板，將太陽能轉(zhuǎn)化成熱能用于宿舍衛(wèi)生間的淋浴設(shè)施以及水龍頭，減少了在加熱水時天然氣或煤炭資源的消耗，也能夠讓學(xué)生方便地在宿舍就可以使用到熱水。同時太陽所產(chǎn)生的自然光也是一種自然資源。

高校建筑物對于自然光的利用，可以直接通過太陽光照射提高建筑物對于光纖的利用，同時可以通過一些新技術(shù)來豐富建筑采光，比如通過導(dǎo)光管、棱形鏡以及反光鏡與光線進(jìn)行結(jié)合擴(kuò)大采光面積，有效利用所有自然光線[5]。

3.1.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造

圍護(hù)結(jié)構(gòu)是指建筑及房間各面的圍擋物，如門、窗、墻等。按照是否與室外空氣接觸，一般又可分為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)。而在建筑改造中，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改造顯得格外重要。因?yàn)橥鈬o(hù)結(jié)構(gòu)是直接與室外空氣相接觸，建筑物內(nèi)的溫度熱量與外界空氣熱量交換的媒介就是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，性能優(yōu)越的圍護(hù)結(jié)構(gòu)可以有效地降低建筑能耗，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能的理念，所以外圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有保溫、隔熱、隔聲、防水、防潮、耐火、耐久等性能。

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造主要分為窗墻比改造、外墻改造、屋面改造以及窗戶的選擇這四個方面。窗墻比是指窗戶洞口面積與外墻（含外窗）面積之比。一方面窗戶的導(dǎo)熱性比墻體的導(dǎo)熱性更好，所以在處于夏、冬季節(jié)時，建筑內(nèi)外溫差較大，窗戶面積越大所帶來房間的熱量負(fù)荷就越大；但是另一方面，較大的窗戶面積會有更好的采光性能，使得房間獲取更多的自然光。所以要因地制宜地根據(jù)建筑本身的特征屬性來選擇合適的窗墻比。外墻、屋面改造的關(guān)鍵就是保溫層的翻新與改造。傳熱系數(shù)更低、保溫隔熱效果更好、耐火耐久性更好的保溫層是目前保溫做法的趨勢。

3.1.3 雨水的回收利用

與其他可再生能源相比，水資源不是取之不盡用之不竭的，因此對目前的比較容易獲取的雨水進(jìn)行回收利用成為了建筑綠色節(jié)能改造的熱門方向。通過對收集來的雨水進(jìn)行二次回收及利用，一種是雨水收集經(jīng)過處理后用于景觀水體的補(bǔ)水、綠化和空調(diào)補(bǔ)水，主要通過收集屋面、地面等較為清潔的雨水進(jìn)行回收利用；另一種就是雨水通過地表入滲補(bǔ)充地下水，亦或是兩種方式的結(jié)合使用。雨水的回收利用一定程度上減小了地面徑流量，降低城市發(fā)生雨洪災(zāi)害的可能性，同時也是對建筑綠色節(jié)能改造理念的體現(xiàn)。

3.2 改造實(shí)例分析

在對合肥工業(yè)大學(xué)屯溪路校區(qū)既有建筑的實(shí)際調(diào)研后，選出了功能不同的3棟建筑（5#宿舍樓、西二教學(xué)樓、管理樓）首先進(jìn)行了綠色節(jié)能改造技術(shù)的分析，并且根據(jù)實(shí)際情況來判斷改造是否合理且是否可行。

3.2.1 太陽能技術(shù)的應(yīng)用

在對3棟既有建筑分析時發(fā)現(xiàn)，5#宿舍樓和西二教學(xué)樓屋面面積較大，可以在屋面鋪設(shè)太陽能集熱板，用于建筑內(nèi)熱水的供應(yīng)；而管理樓屋面面積小且屋面坡度較大，不宜太陽能集熱板的鋪設(shè)，同時其相比于學(xué)生公寓與教學(xué)樓，人流密度小、消耗能源、夜間幾乎零使用，采用太陽能用于供電與供熱，其成本與需求相差過大故不進(jìn)行太陽能改造。

考慮資金成本預(yù)算，如果是采用光電轉(zhuǎn)化，一開始的投入造價很高，光電轉(zhuǎn)化節(jié)省的資金相比于前期投入而言改造性價比不高，所以在5#宿舍樓應(yīng)采用光熱轉(zhuǎn)化技術(shù)。在南北兩側(cè)的兩棟宿舍樓屋頂鋪設(shè)太陽能集熱板，在宿舍內(nèi)衛(wèi)生間安裝太陽能淋浴器及冷熱水龍頭，利用太陽能的光熱轉(zhuǎn)化為宿舍衛(wèi)生間改造的熱水洗浴間提供熱水。這樣對于太陽能板的鋪設(shè)只需要屋面局部設(shè)置?？紤]到太陽能集熱板的安置與維護(hù)問題，在屋頂加建上屋面樓梯以便于前期的安置與日后維護(hù)。

3.2.2 門窗的改造

目前西二教學(xué)樓由于教室空間大，學(xué)生上課較為擁擠，而窗戶面積較小導(dǎo)致教室空氣流通性較差。夏季天氣炎熱，學(xué)生在教室會感覺悶熱不適。建筑通風(fēng)按空氣的流動動力可分為機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)。對于西二教學(xué)樓可采用自然通風(fēng)的方法，增大窗墻比以及開啟扇窗的面積。因西二教學(xué)樓所處環(huán)境周圍并無較多高層建筑，同時教室內(nèi)桌椅布置并不會影響空氣的流動，所以可以采用這種被動式節(jié)能技術(shù)。

在門窗更換時將所有建筑的普通鋁合金門窗換成斷橋鋁合金門窗。斷橋鋁合金窗采用雙層玻璃內(nèi)真空的設(shè)計(jì)，降低了門窗的導(dǎo)熱性能同時提高其隔熱保溫效果，能夠有效地減小建筑熱量負(fù)荷降低能耗。

3.2.3 外墻保溫技術(shù)的應(yīng)用

外墻的保溫技術(shù)形式主要分為以下3種：外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫、外墻夾心保溫。對于合肥工業(yè)大學(xué)既有建筑的改造是采用外墻外保溫，其優(yōu)點(diǎn)為適用范圍大、減少熱橋問題的發(fā)生、延長主體結(jié)構(gòu)的壽命、改善室內(nèi)環(huán)境、增強(qiáng)建筑外表面的裝飾效果、綜合效益高。

圖1 外墻外保溫施工工藝[6]

在選擇外墻外保溫材料時考慮到高校建筑建造時間久，人員密度大，且老舊建筑存在電路老化、用電需求量大這些情況，具有一定的火災(zāi)隱患，并且合肥所處地域秋冬季節(jié)氣溫沒有過低，所以外墻保溫層采用防火性能更為優(yōu)良的巖棉保溫系統(tǒng)或聚氨酯保溫系統(tǒng)。

3.2.4 雨水的回收利用

在選擇雨水回收方式時考慮到建筑周圍的環(huán)境，每個建筑的雨水回收方案都不盡相同。管理樓東側(cè)緊鄰斛兵塘，建筑占地面積小，屋頂采用的是女兒墻檐溝外排水方式，雨水可以通過路面直接流進(jìn)斛兵塘中，但是長期雨水會對路面造成沖刷，對路面造成破壞，所以可以將管理樓的雨水管與地下管道相連接的方式，通過地下管道再匯入斛兵塘中。而且管理樓附近的植物因靠近斛兵塘，不需要再進(jìn)行澆灌。

5#宿舍樓和西二教學(xué)樓可以在屋面鋪設(shè)檐溝、收集管、水落管、連接管對屋頂?shù)挠晁M(jìn)行收集，并可在地面安置蓄水PE桶儲存雨水用于建筑周圍植物的灌溉。

而在5#宿舍樓的中心花園可以鋪設(shè)透水性好的草磚。中間鏤空的植草磚有供綠草生長的空間，同時讓土地也能適度呼吸。植草磚具有良好的透水性，可防止雨水沖刷土壤，還能夠儲水保持草皮濕度供植被存活生長所需水分，并安置蓄水PE桶收集植草磚所保留的雨水。

圖2 建筑雨水收集示意圖[7]

4 結(jié)論

綜上所述，高校既有建筑設(shè)計(jì)及改造是根據(jù)以人為本的理念，呈現(xiàn)出具有低碳化、多元化、智能化特征的綠色節(jié)能改造趨勢。在高校既有建筑綠色節(jié)能改造中，因地制宜合理地應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)顯得尤為重要。