高校基建 | 福州大学建筑节能示范公寓——被动式节能设计的典范！
被动式节能设计以其低技术化、低成本性，通过在总平面、平面、立剖面以及细部节点上的设计，合理利用建筑朝向合理布置、自然通风、建筑遮阳、建筑保温隔热等设计方法来达到有效的降低建筑使用能耗的目的。下面通过福州大学建筑节能示范公寓设计与建设工程实例，阐述采用被动式节能技术降低能耗以提高建筑节能效率。 “福州大学建筑节能示范公寓”位于福州大学新校区学生生活区西南侧，总建筑面积约1.5万㎡，为三座七层学生公寓建筑，南北向错列布置，由连廓和门廊围合成独立组团。公寓底层架空布置自行车停放、管理和设备用房等，二~七层为公寓式学生宿舍。
该项目为2006年建设部建筑节能试点示范工程建设项目和福建省建筑节能示范工程之一，2006年9月竣工，并于2007年5月顺利通过建设部科技司组织的专项验收，成为省内首个通过部级验收的建筑节能示范工程。 根据福州市属于夏热冬暖地区北区和本工程的特点，外墙保温不是建筑节能的重点，建筑的遮阳、散热通风更重要。根据调查研究表明：“在夏季外门窗关闭，既不透风又不开空调时，即便室内温度在26℃左右，人也感到闷热，室内舒适性差。而在自然通风状态下，只要室内温度不超过29℃，相对温度不超过80％，都会感觉比较舒适。”根据这一舒适度的需求，被动式节能设计更强调的是依靠自然手段来维持室内的热舒适度，因地制宜的利用周围环境，对建筑形态和规划设计使朝向合理布置，加强自然通风来调节微气候的环境，对改善室内外环境的舒适度有着重要的作用。通过建筑遮阳及隔热，阻止大部分太阳辐射进入室内，使室内形成较均匀分布的温度场，从而改善室内的舒适度。因而示范公寓建筑节能设计以自然通风为主，并从建筑节能的经济性、地方性和阶段性出发选择节能技术。 建筑室外环境对居住的舒适性有着重要的影响，为充分自然通风，示范公寓在规划布局时考虑了日照、朝向及间距因素，结合西侧道路及用地边界走向，采用南偏东６°，南北交错布置建筑。
福州大学建筑节能示范公寓总平面图
根据福州市气候条件，通过CFD软件模拟分析来优化建筑设计，将南向较长的43#分为东西两部分，由通透连廊连接、通透处与北侧出入口相对应，在布局上从组团东向方向打开缺口，引进夏季东南风，再结合底层架空，使组团内形成穿堂风，强化了组团通风效果，改善了组团内的微气候。在东南风吹入时，组团内风速较大，分布均匀在44#、45#楼迎风和背风面形成了正压力区和负压力区，将43#楼设计为东西两部分并由通透连廊连接后，南侧负压力区风速分布较均匀，这为室内自然通风创造了良好条件。
场地夏季东南风风速分布图
场地夏季东南风风压分布图
建筑单体设计是否合理，对节能效果起着重要的作用。通风南北向布局，南面为主，平面设计中采用外廊和内廊单元拼接，以外廊单元为主，尽量缩短内廊长度改善宿舍的自然通风效果。同时43#楼通过通透连廊增强了宿舍的通风效果。同时通过对宿舍自然通风效果进行模拟分析，入户门关闭，外侧高窗和阳台打开时的室内气流分布图中，在低处（1.0ｍ）从房间中间吹过的风速有所减弱，而该区域正好处于学生的活动区域；而在高处（2.3ｍ）外窗和阳台门窗之间形成对流，从床铺上方经过后由高窗流出，这样的气流分布状态有利于学生的学习和休息。
示范公寓平面通风设计
单元室内1.0ｍ（左）2.3ｍ（右）高度风速分布平面图
建筑立剖面通风设计 在立面设计中合理处理外墙凹凸，减小建筑外表面积，控制建筑体形系数，同时合理设计外门窗的数量和位置，控制窗墙比面积。顶层结合斜屋面设置闷顶层，并结合立面设置一定数量的带百叶通风老虎窗，使闷顶层空气流通，从而降低了夏季顶层宿舍温度，改善了室内热环境。
示范公寓剖面通风设计
通风斜屋面
遮阳是减小太阳辐射得热的最有效手段，公寓采用内廊与外廊相结合，外廊为主，同时宿舍外侧为卫生间与阳台，并在卫生间上采用可调节遮阳百叶。 因此宿舍南北两侧的走廊、较大的外挑阳台可以看作是下层房间的水平遮阳，可起到良好遮挡阳光直射的作用。
遮阳示意
单层玻璃的保温性能不如中空玻璃，但南方地区建筑节能以隔热为主，而外挑的大阳台起到了很好的作用。示范公寓中的外走廊和出挑2.5ｍ阳台起到遮挡阳光直射的作用，都具有很好的遮阳效果。
塑钢节能门窗与遮阳
通过动态模拟能耗计算软件DeST模拟了有、无阳台遮阳等措施对建筑能耗的影响，通过DeST计算软件模拟了在阳台遮阳下采用单层玻璃和中空玻璃对建筑能耗的影响，结果表明：遮阳措施可以有效的隔断阳光辐射，避免夏天过热，对全年冷负荷指标下降起到显著作用，起到了良好的节能效果。同时在外走廊和阳台遮阳下，传热系数更小的中空玻对建筑能耗的影响不大。虽然中空玻璃降低了透过玻璃的传热量，但当室内温度高于室外温度时阻碍了室内的散热，反而增加了夏季空调能耗，因此在采取了较好的遮阳措施后使用单层玻璃是可行的，同时也节省造价。卫生间可调镀膜玻璃百叶塑钢窗热工性能指标如表１所示。
示范公寓南北外墙及东山墙采用200厚砂加气砼砌块。针对西晒问题在西山墙处采用带空气间层的双层墙体构造（100ｍｍ＋100ｍｍ厚双层砌块，带100厚空气间层）， 由此形成加气混凝土自保温节能体系 。检测结果表明：西墙内表面温度比同材料同厚度的单一外墙低2-3℃ 。同时传热系数也比厚度的单一外墙低了很多，热工性能指标如表２所示。
西双墙自保温体系墙体构造
示范公寓采用倒置式屋面保温隔热系统，在屋面防水层上铺设40厚绝热挤塑聚苯乙烯泡沫板作保温隔热层，可有效阻隔和延迟热量的传入。 保温板上做40厚细石混凝土保护层配钢丝网片， 为屋面提供有效而持久的保温隔热性能。 斜屋面处采用双层板结构，再加上斜屋面设置一定数量的通风百叶老虎窗，使闷顶层空气流通从而降低了夏季顶层宿舍室内温度，改善了室内热环境，起到了很好的节能效果。 热工性能指标如表３所示。
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