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摘要:針對農村學校冬季采暖能耗的問題，選取壩上地區(qū)的農村學校進行了實地調研。通過調研系統(tǒng)了解壩上農村的氣候狀況和學校現狀，指出學校建筑冬季供暖方式落后、采暖能耗大、室內舒適度低等問題。通過增強圍護結構保溫性能、采用合理的建筑布局、充分利用良好的太陽能資源等節(jié)能策略，達到降低能耗、提高室內熱舒適度的目的。

關鍵詞:壩上地區(qū);農村學校建筑;建筑節(jié)能

數據顯示，我國建筑總能源所占的比例逐年上升。目前已上升為27.45%。建筑冬季的采暖能耗是建筑總能耗中所占比例最大的一部分。我國嚴寒地區(qū)和寒冷地區(qū)都是采暖區(qū)，這些地方的總面積占全國的70.8%，冬季的采暖能耗占全國建筑總能耗的40%，嚴寒和寒冷地區(qū)的采暖能耗十分龐大，所以也是節(jié)能潛力最大的部分。在這些地區(qū)發(fā)展節(jié)能建筑有著非常深遠的意義。我國現存初中和小學學校共24萬所，在校人數約1.4億人，其中農村中小學校的人數約占總人數的26.2%。而這些中小學建筑的人均消耗的能源量是普通人的4倍。壩上地區(qū)的冬季寒冷而漫長，加之農村經濟技術落后，許多學校冬季采暖設備落后，冬季采暖能耗大，針對這樣的現狀，改善教室冬季的采暖情況，提高室內舒適度尤為迫切。

1壩上地區(qū)農村學校能耗調研

1.1壩上地區(qū)氣候概況。“壩上”特指由草原陡然升高而形成的地帶，又因氣候和植被的原因形成的草甸式草原。壩上位于華北平原北部和內蒙古高原南端交接的地方，總面積二十多萬平方公里。壩上平均海拔1486m，北緯41°～42°，年平均氣溫1.4～5℃，屬于溫帶大陸性氣候，天氣寒冷干燥，多晴朗，少降水。按照氣候學上對于冬季的界定(平均氣溫連續(xù)5天低于10℃為冬季，0℃以下為嚴冬)，這里的冬季長達7個月，嚴冬為5個月。壩上處于高原地區(qū)，天高氣爽，萬里無云，太陽能豐富，年均太陽輻射總量5.82×109J/m2，是河北省太陽輻射量最大的地區(qū)之一，日照時間長，年均日照時數為2815.3h，日照射率64%，是太陽能采集的最佳區(qū)域［1］。1.2學校現況調研分析。為了了解壩上地區(qū)農村中小學校教室冬季采暖以及室內熱環(huán)境的狀況，筆者在2016年11月至2017年2月之間對壩上地區(qū)的多所學校進行了實地調研，通過現場測試、實地拍照、問卷調查的方式，有目的地選取不同地區(qū)、不同條件、不同采暖情況的學校進行調研，將最終的調研資料加以匯總比較，便于對壩上農村中小學校的現狀有一個較為全面的掌握。結合問卷調研的結果，發(fā)現學校存在以下幾方面的問題:(1)為了獲得南向的日照和采光，壩上學校的教學樓多為單廊式的平面形式，建筑體形系數較大，增加了建筑能耗，不利于節(jié)能減排;(2)教學樓的外圍護結構多用240mm或者370mm的實心磚墻砌筑，而且無外保溫結構;學校的門窗達不到氣密性的要求，冬季冷風滲透嚴重，外圍護結構造成的熱損失巨大，教室溫度極低，室內墻面結冰發(fā)霉，學生往往會凍得兩手通紅，影響身心健康和學習效率;(3)農村地區(qū)由于條件限制，集體供暖的方式不合理，學校一般使用火爐采暖或者燃煤鍋爐采暖兩種供熱方式，這兩種供熱方式不僅熱效率低、能耗大，尤其是火爐采暖的教室，冬季門窗緊閉，火爐產生的煙氣導致室內空氣品質低，舒適度差，嚴重的可能會影響學生的健康;(4)學校采用的能源以常規(guī)能源煤炭為主，采用農作物秸稈的薪柴作為輔助燃料，能源使用比較單一。

2學校建筑節(jié)能設計策略

通過調研，農村學校冬季采暖存在高能耗、低能效、空氣質量差的問題。在學校采取適宜的節(jié)能措施可以響應國家低能耗、高能效的節(jié)能減排號召，提高教室室內舒適度，既緩解了能源危機，又保護了環(huán)境。2.1增強圍護結構保溫性能。提高建筑外圍護結構保溫性能對于降低建筑能耗有十分明顯的作用［2］。因此建筑外墻保溫、屋面保溫以及門窗節(jié)能是學校建筑節(jié)能的一個主要途徑。2.1.1墻體保溫措施。首先，在進行墻體設計時要注重保溫性，外墻應設置保溫層。由于技術局限和維護不便，內保溫結構不適合用于教學樓外墻，因此，應該在外墻設置外保溫結構。墻體的所有材料都必須具有良好的保溫性能，如苯板、金屬夾芯板、聚碳酸酯及酚醛等［3］。2.1.2門窗保溫措施。門窗是建筑外圍護結構中保溫節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)。根據數據顯示，通過建筑外窗的熱損失就達到建筑全部熱損失的35%～45%。因此對于門窗的節(jié)能措施應當引起設計者的重視。在進行外窗設計時，應選用密封性能良好的材料，如斷橋鋁合金窗和塑鋼窗。條件好的學校可采用更為先進的帶真空的高效保溫節(jié)能窗［4］。外窗在滿足功能要求的前提下合理控制窗墻比。另外，門的朝向應盡量避開冬季主導風向，如若避免不了，也應在北向設置門斗，形成一個空氣緩沖區(qū)域，提高建筑保溫性能。2.1.3屋面保溫措施。屋頂保溫節(jié)能的原理和外墻一樣。可采用的有保溫屋面、坡屋面、生態(tài)綠化屋面等。屋頂接收的太陽能輻射最多，可以充分利用屋頂來進行太陽集熱，將太陽墻技術與光電板結合，形成了光熱轉換系統(tǒng)－太陽能光電板單元。集熱板利用太陽能收集的熱量供學校冬季的采暖使用，熱效率可達50%～60%［5］。2.2采用合理的建筑布局。2.2.1優(yōu)化建筑體形系數。體形系數對于學校建筑的節(jié)能效果影響也很大。體形系數是指建筑表面積與體積的比值，所以建筑的表面積越大，散熱面積就越大，熱量損失也會變多，節(jié)能效果差。壩上學校的教學樓多采用單廊式長條形布局，體形系數大。相比之下，中廊式的布局形式體形系數較小，有利于節(jié)能減排。挪威GrongSchool是中廊式布局的一個典型案例，將南向房間作為主要的教室使用，而北向的無日光直射的房間則用作輔助用房。在優(yōu)化體形系數的同時多功能利用太陽能，彌補北向采光和日照的不足［6］。此外，隨著建筑層數的增加，建筑的體形系數會相應的減小，根據調查，許多的農村小學均為單層建筑，應該適當增加層數，減小體形系數［7］。但是也不能過分追求體形系數，當體型系數的確定與建筑功能發(fā)生矛盾時，應該在兼顧體形系數達到節(jié)能標準的情況下，采用其他的節(jié)能措施來降低建筑的能耗。2.2.2中庭設計。中庭是一種有效的節(jié)能手段，通過科學的設計，中庭也可以成為提供天然采光和通風的空間，同時還可以作為一個共享空間供師生進行交流和學習使用。常用的有庭院式中庭和線性中心中庭兩種形式。中庭可以通過自然通風、機械通風及減少外圍護結構在室外的暴露來減少能耗［8］。2.3充分利用太陽能。壩上地區(qū)太陽能資源豐富，在學校中充分利用太陽能進行采暖是一種行之有效的措施。被動式太陽能研究利用較早，技術成熟，易于掌握。通過建筑設計創(chuàng)造良好的朝向、布局，利用熱壓進行通風設計等都是有效的利用措施。在設計之初應該計算出足夠的屋面荷載，在屋頂上設置太陽能板，同時也可以把太陽能板放置在南向外墻上，既豐富了建筑的立面造型，又充分利用了太陽能。隨著科技發(fā)展，太陽能采暖系統(tǒng)也日益完善。利用導光管、金屬集熱板、可調遮陽板、相變材料等構配件和利用跨季節(jié)蓄熱等新技術，將太陽能資源更好地應用在建筑節(jié)能設計中［9］。相信不久的將來，在太陽能資源豐富的地區(qū)利用太陽能采暖系統(tǒng)進行冬季供熱的學校以及其他公共建筑將越來越多。

3結語

在節(jié)能減排這個大環(huán)境下，通過采用合理的手段，降低農村學校教學樓冬季采暖的能耗，提高教室室內舒適度，是十分有意義的。針對學校教學樓的節(jié)能策略有很多，本文結合壩上的實際情況，從圍護結構，形體布局和資源利用三方面進行研究，探索農村學校節(jié)能的方法。百年大計，教育為本。作為建筑師，應該在設計中關注能源，關注使用者，創(chuàng)造出一個綠色生態(tài)且舒適宜人的環(huán)境，為學生接受良好的教育保駕護航。

作者:朱賽鴻 啜亞男 楊哲 單位:河北工業(yè)大學