场馆建筑节能实例分析及思路探索

　　摘要：通过结合某场馆设计实例，针对该场馆所处地区的气候条件，分析其建筑节能设想，结合所采用的节能设计手法进行分析，最终给出可行的节能设计思路。
　　关键词：建筑节能；围护结构；通风设计；自然采光
　　1. 项目概况
　　某体育馆主要用作羽毛球馆供市民娱乐，鉴于其作为该市重点建设项目之一，对该场馆的设计要求较为严格。该场馆总建筑面积为21587㎡，内部设有20个羽毛球场以及休息室。鉴于该项目地处夏热冬暖气候地区，针对该气候特点，在建筑节能设计方面有其相应的设计考虑。本文将结合该场馆的节能设计来展开探讨该地区类似建筑节能设计手法。
　　2. 建筑围护结构节能设计思考
　　鉴于该场馆所处地区属于亚热带湿润季风气候，气候特征表现为夏季炎热漫长，冬季温和短促，甚至几乎没有冬季；长年高温高湿，气温的年较差和日较差都小；太阳辐射强烈，雨量充沛。而国内规范《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）已经明确规定了该类气候的公共建筑在建筑、热工、空调、采暖、通风和照明设计等方面应当采取的节能措施和应该控制的建筑能耗，使其在保证原有的室内热舒适环境的前提下，与未采取节能措施前的建筑能耗相比，全年空调和采暖总能耗减少50%。
　　而针对本场馆屋面设计有外挑的特点，对场馆围护结构采取的节能设计手法可考虑如下：屋面结构采取适量外挑；屋顶节能设计方面采用玻璃岩棉隔热构造；场馆的围护结构外墙采用加气混凝土砌块填充墙；同时在建筑外墙及屋顶采用太阳辐射吸收系数较小的抛光铝反射板饰面；而对于场馆所采用的外窗采用断热铝合金窗框Low-E中空玻璃窗。
　　2.1屋面节能设计
　　根据上述提到的场馆节能设计构思，本场馆的屋面采用抛光铝反射板饰面，同时采用玻璃岩棉作为隔热层。屋面的构造简图如图1所示。经计算，本场馆屋面的传热系数K＝0.143W/m2.K，小于规定的限值。而经测得本场馆屋面内表面最高温度为35.4℃，小于当地夏季室外计算温度最高值35.6℃。
　　
　　图1玻璃岩棉隔热屋面图2加气混凝土墙体
　　2.2外墙节能设计
　　本场馆所有外墙均采用导热系数较小的加气混凝土，该材料的导热系数限值λ≤0.22W/m•K）墙体材料，见图2所示；同时在钢结构梁构造中设置玻璃岩棉（导热系数限值λ≤0.50W/m•K）隔热层，有效地提高外墙保温隔热能力。最终经计算，本场馆的加气混凝土墙体的传热系数K＝0.909W/m2•K，小于该地区外墙传热系数所规定的限值1.5W/m2.K。同时测得东西墙体内表面最高温度分别为34.3℃、35.1℃，墙体内表面最高温度小于《民用建筑热工设计规范》规定的当地夏季室外计算温度最高值35.6℃。
　　2.3外窗节能设计
　　本场馆采取屋顶适度出挑，从而创造了较好的外遮阳效果。大面积的透明幕墙采用断热铝合金窗框Low-E中空玻璃（K≤3.0(W/m2.k)、SC≤0.28）。从而大大降低了窗口的太阳辐射得热，减少建筑空调能耗。在通风方面，建筑外窗的可开启面积大于窗面积的30％，透明幕墙具有可开启部分。在气密性方面，外窗的气密性不低于《建筑外窗气密性能分级及其检测方法》GB7107规定的4级，透明幕墙的气密性不低于《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225规定的3级。
　　3. 围护结构节能效果分析
　　综合以上所采取的节能设计手法，参照建筑是一个符合节能要求的假想建筑，它与所设计的实际建筑在大小、形状等方面完全一致，围护结构满足标准的基本节能要求。
　　另外，采用清华斯维尔节能设计软件，根据《<公共建筑节能设计标准>》要求，在能耗模拟中，严格按照细则的推荐设置参照建筑和设计方案空调系统中的参数。经计算本场馆设计建筑年总能耗为142.5kWh/m2，而参照建筑年总能耗为142.85Wh/m2，设计建筑符合节能要求。
　　由此结果表明，对于场馆来说，为了达到较佳的节能效果，在遮阳设计方面，场馆区建筑的屋顶适宜采取大尺寸出挑，以有效地为场馆提供了良好的遮阳效果；外窗设计方面适宜采用了遮阳性能良好的Low-E中空玻璃；建筑屋顶及外墙外饰面采用太阳辐射吸收系数较小的抛光铝反射板，减少了吸收的太阳辐射热。为了保证场馆屋面较佳的隔热效果，屋面适宜采用了玻璃岩棉作为隔热层。墙体材料为导热系数较小的加气混凝土砌块，并在钢结构梁构造中设置玻璃岩棉隔热层。屋面及墙体构造隔热性能良好；另外为了合理地评价场馆的能耗，应当采用围护结构热工性能权衡判断法进行场馆节能设计评价，围护结构的总体热工性能符合节能要求。
　　4. 场馆建筑自然通风节能设计
　　对于场馆来说，其使用时空调能耗巨大，体育馆建筑的室内自然通风对于改善场馆内热环境和降低空调能耗意义重大，特别是在体育馆的赛后使用中，自然通风节能效果更加明显。为此需要考虑自然通风来减少空调设备的开启时间，达到节能的目的。而作为建筑设计者来说，更重要的是通过合理的建筑设计手法来为体育馆建筑使用提供可以充分利用自然通风的设计方案。
　　从建筑方案设计手法上可以看出，体育馆底部的观众走道具有一定的通风潜力，但对于热量容易积聚的上部空间缺少空气流动的通道，因此，建议在观众区上部设计开口，使室外空气可以进入场馆上部空间，带走积聚的热量。通过以下的分析验证这种设计方案的通风效果。
　　显然，对于地处夏热冬暖的地区所建设的场馆来说，在该类地区主导风向下，体育馆建筑迎风面和背风面压差较大，辅以合适的开口就可以形成良好的自然通风效果；同时设计体育馆建筑的观众入口可以作为室内外空气流动的通道，改善比赛场地人员活动区域的热舒适水平；而观众区域上部的开口可以使室外空气沿弧形屋顶流入场馆内部，对屋顶内表面温度的降低有所帮助，同时带进的大量凉爽空气可以改善座位区的热舒适水平。因此，场馆建筑的观众走道和观众区域上部的开口可以有效利用自然通风，在赛后使用过程中，观众区域和比赛区域可以获得基本舒适的空气温度和风速，从而减少空调设备开启时间，节省耗电量。
　　5. 场馆建筑自然采光节能设计
　　对于体育场馆类建筑照明能耗巨大，主要用于满足比赛场地采光要求和防止眩光。通过有效的建筑设计手法将将有效地达到场馆自然采光，满足赛后白天举行体育竞技或文娱活动的需求。从场馆的建筑方案设计手法上可以考虑，体育馆顶部的圆形洞口具有一定的自然采光作用，再通过模拟分析屋顶开口对体育馆比赛区域采光系数和均匀度的影响。
　　实践表明，对于体育馆建筑屋顶开采光口有助于白天充分利用自然光，减少照明能耗。场馆自然采光模拟结果表明，体育馆屋顶的圆形采光口具有自然采光的效果，尤其是对于赛后使用过程中，比赛区域平均采光系数为13.4%，平均自然光照度为670.2Lux，采光均匀度>0.5，基本满足赛后使用要求，从而减少照明设备开启时间，降低照明能耗。
　　6. 结论
　　文章结合场馆节能设计实例，分析其建筑节能设想，提出了可行的节能设计思路：（1）外窗采用了遮阳性能良好的Low-E中空玻璃；建筑屋顶及外墙外饰面采用抛光铝反射板；屋面采用了玻璃岩棉作为隔热层。（2）场馆建筑的观众走道和观众区域上部的开口可以有效利用自然通风。（3）场馆建筑屋顶开采光口有助于白天充分利用自然光，减少照明能耗。
　　参考文献：
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