——广西民族大学西校区学生公寓A12-4#楼和A12—5#楼设计
郑崴崴
广西壮族自治区建筑科学研究设计院 广西南宁 530011
摘要：回顾广西民族大学西校区学生公寓A12-4#楼和A12—5#楼的设计实施过程，通过被动式节能技术和太阳能热水系统的应用，在降低能耗的同时营造出健康舒适的学习生活环境。
关键词：学生公寓；节能技术；太阳能热水系统
2010年7月联合国环境署在上海世博会期间发布的《建筑与气候变化：决策者摘要》显示，建筑是全球气温温室气体排放的三大来源之一，建筑行业占全球年温室气体排放的30%，并消耗了40%的全球能源。通过节能技术的实施应用，使的建筑物成为节能减排改善生态环境的最有效及最具经济效益的途径，越来越多的受到建筑界的关注。
在建筑设计施工中，平面空间、造型、结构、材料、设备等一系列建筑能耗要素成为建筑师的节能技术的切入点。在广西民族大学西校区学生公寓A12-4#楼和A12—5#楼的设计中，我们将建筑能效与使用功能和地域特性相结合的设计方式，尝试通过增加技术含量来更好的实现公寓楼建筑的生态节能，从而将设计质量提到一个新的高度。
广西民族大学西校区学生公寓A12-4#楼和A12—5#楼位于南宁市大学西路158号。本项目为学生公寓楼，位于校区西北角。本项目总建筑面积20758.68 m2，占地面积3774.09 m2，建筑层数为6层，底层为架空层。宿舍总间数444间，宿舍按6人间设计，合计可居住学生数约2664名。在设计过程中，在综合了气候特征、建筑使用功能，校园整体风格等多方面因素后，在平面空间设计，细部构造、材料运用和可再生能源方面做了以下尝试。
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1.被动式节能技术设计
相比于其它建筑，学校建筑最独特的是建筑运行的间歇性。南宁属于夏热冬暖地区，夏季需要提供制冷空调，冬季可不考虑供暖。空调季（4月25日至10月17日）5个半月，刨除暑假2个月，空调季缩短为3个半月，同时避开了南宁最热的8月，在大部分的开放时间宜采用被动式节能技术手段来营造出健康舒适的学习生活环境。
1.1架空设计
架空层设计不仅可为学生提供亲近自然的活动场所，更是连接室内外微环境的重要组成部分。南宁夏季主导风向为东南风，充分考虑风向，采用架空形式进行合理化布局，使得公寓楼内外通风顺畅，有效改善了室内外微环境。
1.2自然通风
自然通风是一项古老且有效的节能手段，几乎不消耗任何动力。南宁年平均气温在21.6度左右，自然通风潜力巨大。本项目通过四周外廊形成以个围合结构，形成内院中庭。通过架空层将气流由下部开口吸入，再由中庭向上排出，通过外廊门窗将气流引入室内，有利于提高通风换气量，将室内的热量尽快排出，从而达到节能的效果。
1.3自然采光
光环境是建筑环境的重要组成部分，良好的天然采光环境不仅可以从感官和心理上给人们提供更舒适、更健康的生活和学习的环境，而且可大幅度的降低照明和空调能耗。
在平面布置上，公寓楼为南北向布置，大部分公寓朝南向布置，公寓的的窗地比达到了1：4.7，高于《宿舍建筑设计规范》JGJ 36-2005的1：7的要求。采用斯维尔日照分析软件Sun2010分析软件进行模拟验证分析。经分析所得学生公寓满足采光相关规范要求的公寓套数占总套数的比例为72.3%，达到相关规范的规定。
1.4遮阳设计
为增强学生公寓的天然采光，加大了学生公寓的窗地比，同样会造成夏季夏季进入室内的太阳辐射得增加，造成空调能耗升高，有鉴如此，学生公寓应合理的采用外遮阳措施。
本项目建筑为正南北朝向，尽量避免在西向开窗（西向的窗墙比为0.05），尽可能减少建筑的西晒面积，降低室外热作用。卫生间及阳台布置在公寓外围，并利用阳台和室外环形走廊做公寓的外遮阳，阳台挑出2800mm，外走廊挑出1800mm，降低室外热作用。
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1.5维护结构
建筑维护结构的节能设计，主要是保证室内的正常温度、减少室内热量或冷量通过空气流通而消失，这样的情况大多是通过建筑物的维护结构各个材料的性能所决定的。保温材料的系数通常是以传热系数K来表示，当转热系数值越高那么材料的传热能力越高，同时保温效果就很差。所以提高建筑物的保温性能就要将维护部位的各个传热系数值降低。本项目维护结构使用材料如下：
（1）外墙：采用190厚烧结页岩多孔砖（导热系数0.76W/m·K，蓄热系数：7.9W/㎡.K，表观密度1100kg/m³，空心率≥35%），并使用EVB保温隔热防火干粉砂浆做保温隔热（导热系数0.07W/m·K，蓄热系数：1.59W/㎡.K，表观密度300kg/m³），保证外墙的综合传热系数≤1.5W/（㎡·K）。
（2）屋面：采用难燃型挤塑聚苯乙烯保温隔热板（导热系数0.03W/m·K，蓄热系数：0.36W/㎡.K，表观密度35kg/m³）做保温隔热层，保证屋面传热系数≤0.90W（㎡·K），并采用太阳能集热器进行热水供应。
（3）门窗：采用断热铝合金白色透明玻璃窗。（通透，可以增加室内的自然采光率）
（4）冷热桥：使用EVB保温隔热防火干粉砂浆做保温隔热（导热系数0.07 W/㎡K，蓄热系数：1.59W/㎡.K，表观密度300kg/m3），保证外墙的综合传热系数≤1.5W/（㎡·K）。
2.太阳能热水系统
为了便于太阳能资源的开发与利用，按年太阳总辐照量空间分布，我国的太阳能资源可以划分为四个区域。南宁市日照时数随季节变化特点是夏季最多，冬季最少：夏季日照时数为 355〜698小时，占全年日照时数的31%〜32%；冬季日照时数只有186〜380小 时，仅占全年日照时数的14%〜17%。年日照时数约1400～2200小时。年平均总太阳辐射量4642.5MJ/㎡，年平均每日日照小时数为4.5小时，年平均日太阳辐射量12.69MJ/㎡，属我国第三类太阳能资源区域，可用于建设太阳能光热热水、供暖、制冷空调和光伏发电项目。
根据本项目的能耗分析，主要集中在照明、空调、热水供应方面，由于是学生公寓项目，共2664学生使用，对热水供应这方面需求较大，故本项目对太阳能的利用主要体现在太阳能热水系统。太阳能热水系统是利用太阳能集热器，收集太阳辐射能把水加热的一种装置，是目前太阳热能应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已商业化的一项应用产品。
本项目太阳能热水系统以太阳能与空气源热泵辅助加热相结合的方式，为整栋建筑提供洗浴用热水。选用联集管集热器作为集热单元，结合相关的管道、配件、辅助能源及控制系统，组成太阳能辅助空气源热泵热水系统，提供满足使用要求的热水。（图3）太阳能集热器采用坡屋面及屋面顶上的构架放置（图4），并在屋面各配置两个热水箱。由于采用集中热水系统，故太阳能热水系统的相关水箱、空气源热泵机组设置在校区A12-2#楼架空层（位于本项目东面）满足本项目使用。
本项目设计需满足2664学生热水需求。每人每日均用水量60L计算，总量为159.87m3（其中A12-4#楼66.24m3，A12-5#楼93.6m3），需要铺设太阳能集热器1928.73㎡。由于屋面面积有限，实际铺设太阳能集热器883㎡，产热水量65.75m³。占总热水量40%。其余60%的热水量由空气源热泵辅助。
太阳能集热与各种热水器运行费用对比及环保效益评估
（1）运行费用对比
以本项目加热93.6吨热水为例对比各种热水器运行费用，下图表示按电费0.68元计，实际费用以当地单价进行计算为准：
由上面的数据可见，采用本方案节能减排效益十分明显，更重要的是太阳能热水系统运行费用非常经济，效益相当可观。在如今所面临着能源紧缺的情况下，不仅节约了能源，还能节约费用，为环保事业做出了贡献，相应了国家提倡的节能与环保政策。
3.结语
本项目通过维护结构全年模拟优化，被动式设计，太阳能热水等建筑节能策略，经过斯维尔建筑节能分析软件BECS模拟计算，与《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ75-2012）相比较，本项目的各项指标均满足规范要求。许多人误认为节能建筑是高科技、昂贵的，广西民族大学西校区学生公寓A12-4#楼和A12—5#楼设计却从因地制宜的角度出发，在设计过程中，考虑项目本身的特点，提出适合的、有效的、经济的节能策略，为进一步的推广节能技术提供可借鉴的经验。
论文作者:郑崴崴
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期
论文发表时间:2015/12/1
标签：太阳能论文; 热水论文; 系数论文; 建筑论文; 项目论文; 学生公寓论文; 屋面论文; 《基层建设》2015年17期论文;