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借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗服務(wù)我國既有公共建筑節(jié)能改造的調(diào)研究論文
摘要：介紹國外座既有公共建筑：美國匹茲堡資源保護(hù)顧問中心、美國卡耐基梅龍大學(xué)的生態(tài)智能辦公室、英國建筑研究院的節(jié)能辦公建筑的節(jié)能改造特色，指出我國既有公共建筑節(jié)能改造應(yīng)借鑒的經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；公共建筑；既有建筑；節(jié)能改造
1.國外幾座既有公共建筑節(jié)能改造特色
1.1美國匹茲堡資源保護(hù)顧問中心
匹茲堡資源保護(hù)顧問中心是一座用舊樓改建的公共建筑，座落在匹茲堡老區(qū)南部。該建筑是集辦公、展示節(jié)約能源和資源、可回收利用能源以及相關(guān)技術(shù)為一身的綠色建筑，也是可持續(xù)發(fā)展設(shè)計的典型%同時還是具有參考價值和影響力的節(jié)能建筑。
(1)根據(jù)可持續(xù)發(fā)展原則，匹茲堡資源保護(hù)顧問中心改建了19世紀(jì)的原有3層樓磚砌建筑。新樓結(jié)構(gòu)使用了外露的鋼托梁，又確保拆除建筑物的廢料盡可能地少。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫材料采用了加氣混凝土和密實的纖維板。樓板和平屋頂結(jié)構(gòu)使用了農(nóng)副產(chǎn)品制成的板材，即用麥草定向編束并擠密制成的結(jié)構(gòu)保溫板，上漆后使用。此建筑是美國第一座使用這種農(nóng)副產(chǎn)品的公共建筑。改造后的建筑內(nèi)部與舊有建筑內(nèi)部相似，保留了舊有的鍍錫吊頂，還保留了未加裝飾的素磚墻面，檸檬色油漆木地板與淡色水性涂料涂刷的立面木框做成的非承重隔墻，保持了原有風(fēng)格。
(2）門窗的貼面也采用了重復(fù)使用的木料，不僅節(jié)約了材料，還保留了舊時的木質(zhì)雕花，使門窗的裝飾別具風(fēng)格。室內(nèi)窗戶則是用舊樓的可再次使用的窗框和窗欞，并鑲以再次使用的玻璃做成。
(3)無污染的再生地毯和再生布制作的遮陽設(shè)施也是最大程度地使用再生材料的例證。
(4）建筑物內(nèi)部中廳設(shè)計有寬敞的采光井，充分利用自然光線的反射和折射，使室內(nèi)光線充足，不必使用照明光源。而室內(nèi)人員與外窗的距離最遠(yuǎn)不到6.5m，雙向采光使內(nèi)部的每一層空間都清晰明亮。建筑內(nèi)部還采用玻璃隔斷和開敞式辦公室，室內(nèi)光線通透，又是節(jié)約能源之舉。室內(nèi)光線和溫度可通過百葉窗調(diào)節(jié)。性能良好、易于開啟的窗戶和密封良好的避免滲漏的新風(fēng)入口，使流動空氣可直接從周邊的可調(diào)式窗戶、屋頂平臺、二樓陽臺和地面花園的通風(fēng)口進(jìn)入，又通過中廳采光井和其他可調(diào)式天窗流出，形成自然通風(fēng)的無動力新風(fēng)系統(tǒng)，增加了室內(nèi)的舒適度。這樣的新風(fēng)系統(tǒng)，在夏季不需用機(jī)械制冷，就為室內(nèi)工作人員帶來習(xí)習(xí)涼風(fēng)，室內(nèi)工作人員也能呼吸到室外的新鮮空氣。
(5)改建后的建筑物大部分供熱和制冷是由3臺燃?xì)庋b置供給，此裝置配備了按程序自動調(diào)節(jié)的恒溫閥。可容納上百人的會議室是由熱輻射地板供暖，其制冷則是通過空氣流通裝置完成。會議室的通風(fēng)使用了室內(nèi)冷熱空調(diào)并設(shè)有與之配套的熱回收裝置。通過地板下的可調(diào)式散熱器使新風(fēng)進(jìn)入建筑物的大部分區(qū)域，為會議室及整幢建筑提供新鮮空氣。
(6)此建筑物的電源部分是由一個 2.2KW的光電系統(tǒng)供給，該光電電池板排列在走廊、陽臺及屋頂上。微氣候數(shù)據(jù)采集站用來采集風(fēng)力和熱工數(shù)據(jù)，以監(jiān)測每天的太陽能收集情況。太陽能供給建筑物用電，在陰雨天或太陽能源不足時才使用電力系統(tǒng)補(bǔ)充。
1.2 美國卡耐基梅龍大學(xué)的生態(tài)智能辦公室
卡耐基梅龍大學(xué)建筑系的生態(tài)智能辦公室是綠色公共建筑的典型。此建筑在結(jié)構(gòu)和技術(shù)上都有新的突破，在利用太陽能采暖、蓄熱和制冷、自然通風(fēng)方面尤為突出。
該生態(tài)智能辦公室作為加層房屋，建造在建筑系原有的一幢3 層建筑的屋頂上，構(gòu)成此建筑的第4 層。
(1)辦公室的承重結(jié)構(gòu)采用模數(shù)鋼桁架和鋼立柱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體系的部件可以互換，安裝時不用焊接，只要將鋼架配套的螺栓、螺釘裝配即可。施工時采用隨運隨吊的方法，無需占用材料堆放場地，不產(chǎn)生廢料，施工期內(nèi)對環(huán)境沒有污染。
(2)辦公室屋頂采用了波浪式框架組合成的凸窗，大面積的凸窗裝有大面積太陽能收集裝置，晴天全天太陽能收集器可以最大限度地收集太陽能，供辦公室采暖和制冷使用。此外，還裝有太陽能存貯裝置，陰雨天或太陽能不足時，太陽能收集器可補(bǔ)充所需能源。
(3)由于門窗占據(jù)了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的絕大部分面積，對門窗的保溫隔熱要求就特別高。因此，加層建筑的門窗外側(cè)，設(shè)有固定的毛玻璃遮陽設(shè)施，阻擋了一部分熱量的進(jìn)入。門窗玻璃均是中空或低輻射率（Low-E）玻璃。窗戶上方還有通長的采光窗，窗內(nèi)均安置有百葉，有遙控裝置和手動控制裝置，供使用者根據(jù)自己的需要調(diào)節(jié)百葉的角度，或采光或避免眩光，使室內(nèi)既有充足的光線，又不致因眩光而刺眼。室內(nèi)的智能感應(yīng)系統(tǒng)，充分體現(xiàn)了智能建筑的優(yōu)越性，當(dāng)陽光充沛時，室內(nèi)的百葉可自行調(diào)整角度，阻斷陽光的過分進(jìn)入；當(dāng)室內(nèi)光線不足時，百葉又自行調(diào)整為所需亮度。即便如此，室內(nèi)工作人員仍可用遙控器隨意調(diào)節(jié)個人空間的所需亮度，以符合自己對光線的需求。
(4)每個工作人員的辦公桌上均設(shè)有供工作人員自己掌握和調(diào)節(jié)使用的新風(fēng)輸送口，使人們在室內(nèi)也能隨時呼吸到新鮮空氣。
1.3英國建筑研究院的節(jié)能辦公樓
英國建筑研究院的節(jié)能辦公樓是一幢多層建筑，建于20世紀(jì)90年代末。該建筑充分利用可再生能源和循環(huán)使用的建筑材料，使室內(nèi)有冬暖夏涼的良好工作條件。這座辦公樓是一座節(jié)能、環(huán)保又有益于健康的理想的辦公建筑。
(1)節(jié)約使用資源4建筑物本著節(jié)能、環(huán)保的原則，使用了3&5的從舊建筑物回收的或再生材料；325的現(xiàn)澆混凝土使用了再生使用的骨料，水泥混合料中添加了粒狀爐渣，并使用了對環(huán)境親和的油漆。
(2)太陽能利用4建筑物正立面設(shè)置有智能型太陽能集成采光系統(tǒng)，太陽能光伏電池板和太陽能集熱板產(chǎn)生的能源，直接輸入建筑物中，供給辦公樓內(nèi)部大部分的照明和采暖熱源使用。陰雨天，智能型太陽能集成采光系統(tǒng)又可將貯存的能量更大限度地使用在室內(nèi)照明系統(tǒng)。在建筑的背面，設(shè)計有太陽能風(fēng)道。太陽得熱溫暖了風(fēng)道里的空氣，使熱空氣由于“煙囪效應(yīng)”而上升，帶動在建筑物內(nèi)產(chǎn)生自然通風(fēng)。
建筑物外置百葉窗，由管理系統(tǒng)完全自動控制，使用者也可自行調(diào)節(jié)。此系統(tǒng)最大程度地減少眩光和夏季太陽得熱，同時并不限制日光進(jìn)入室內(nèi)和見到外景。
(3)）降低采暖、制冷和照明負(fù)荷4為了減少采暖和制冷負(fù)荷，設(shè)計時，在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面采用了先進(jìn)、節(jié)能的控制系統(tǒng)。建筑內(nèi)部采用了通透式夾層天棚板，以便于自然通風(fēng)；通過建筑物正面頂部墻上的格子窗排風(fēng)和建筑物背面的格子窗進(jìn)風(fēng)，形成貫穿建筑物內(nèi)部的自然通風(fēng)，并連通太陽能風(fēng)道，充分利用太陽能風(fēng)道內(nèi)產(chǎn)生的煙囪效應(yīng)，使室內(nèi)工作人員享受充分的自然通風(fēng)。辦公樓使用的是高效冷熱交換鍋爐和常規(guī)鍋爐，2種鍋爐由計算機(jī)系統(tǒng)程序控制交替使用。通過置于地板內(nèi)的采暖和制冷管道系統(tǒng)調(diào)節(jié)室溫。
為了盡可能避免使用人工照明，積極開發(fā)自然采光能源，照明系統(tǒng)是全方位組合型的，由建筑管理系統(tǒng)控制。每一辦公區(qū)域又有使用者和管理方通過檢測器的遙控系統(tǒng)。
節(jié)能建筑的頂層供大型活動，如會議、講演和放映之用。特點是，室溫由地板下的供熱和制冷系統(tǒng)及恒溫控制閥控制，這種設(shè)施又有通過在辦公樓底層車庫下面的深井，用水泵從地下抽冷卻水，輸入冷水通過散熱器制冷的功能。地下水由建筑物前面的另一回水井回灌。自然風(fēng)從可開啟的窗口進(jìn)入，又從漏斗狀通風(fēng)口經(jīng)太陽能風(fēng)道排出。天花板呈正弦曲線形，具有高效的熱容量，可使空氣同時在開敞空間和由曲線形天花板形成的區(qū)域內(nèi)通過。夜晚，通過由建筑管理系統(tǒng)控制的屋頂窗和南立面中間的窗戶的通風(fēng)，可使建筑物降溫。
(4)自動控制4除整體智能控制系統(tǒng)外，室內(nèi)工作人員也可控制照明、通風(fēng)或采暖裝置。為確保最理想的舒適度，使用者可在同一調(diào)控器上使用不同功能的按鈕調(diào)節(jié)自己使用區(qū)域內(nèi)窗戶通風(fēng)系統(tǒng)、外遮陽、照明等設(shè)備。遙控器對窗戶通風(fēng)系統(tǒng)的控制除有開啟及關(guān)閉按鈕之外，還有對窗戶開啟大小的控制功能。遙控器上還設(shè)有手動!自動控制鈕，既可開關(guān)燈具、開啟!關(guān)閉通風(fēng)窗和遮陽系統(tǒng)"又可使這些系統(tǒng)進(jìn)入計算機(jī)控制狀態(tài)。當(dāng)使用者需要離開一段時間或者下班時，按下關(guān)閉按鈕，個人空間即進(jìn)入計算機(jī)管理狀態(tài)，以節(jié)約能源的使用。
2 我國既有公共建筑節(jié)能改造應(yīng)借鑒的經(jīng)驗
我國既有建筑節(jié)能改造的任務(wù)繁重，勢在必行。在過去的幾十年中，我國建造的建筑多數(shù)是非節(jié)能建筑，公共建筑也不例外。北方的公共建筑，冬季多數(shù)使用煤炭采暖。由于不是節(jié)能建筑，既有公共建筑已成為能耗大戶。對于這些既有公共建筑，除年代已久沒有改造的價值外，均應(yīng)進(jìn)行節(jié)能改造。
2.1重視資源的回收利用及成熟經(jīng)驗的推廣
我國既有建筑的采暖能耗是發(fā)達(dá)國家的3倍左右，并且距離還在拉大。公共建筑的情況更為嚴(yán)重，應(yīng)該引起我們的足夠重視。對于既有公共建筑的節(jié)能改造，可以根據(jù)具體情況具體實施。從圍護(hù)結(jié)構(gòu)的墻體、屋面、門窗等方面，把節(jié)能的文章做足。
發(fā)達(dá)國家的建筑節(jié)能改造多數(shù)是在既有建筑的基礎(chǔ)上（只要既有建筑仍有使用價值）進(jìn)行，并不是拆舊建新，而是以節(jié)能改造為主。
既有建筑的節(jié)能改造也多以外墻外保溫技術(shù)為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要改造措施。結(jié)合外墻的修整和裝修，就可以進(jìn)行外墻外保溫改造。我國經(jīng)過十幾年的探索和發(fā)展，在外墻外保溫技術(shù)方面已經(jīng)有了較成熟的經(jīng)驗。
通過窗戶的熱損失幾乎占建筑物全部熱損失的1/2，這個重要的環(huán)節(jié)過去一直被忽略，在今后的既有公共建筑節(jié)能改造中，應(yīng)引起足夠的重視。近年來，我國在節(jié)能窗的研制和開發(fā)也已提上了議事日程，并有了新的進(jìn)展。
坡屋面在排水、保溫隔熱方面有良好的作用，又能提供可以利用的空間，在節(jié)能改造的同時，只要有條件，可結(jié)合“平改坡”進(jìn)行節(jié)能改造。
2.2充分利用自然條件和盡量減少能源使用
自然能源的利用在我國已經(jīng)有一些實例或示范小區(qū)，今后，應(yīng)該在這方面加大推廣力度。
發(fā)達(dá)國家的許多實例證明，在建筑的采光、通風(fēng)方面充分利用自然條件，如設(shè)計內(nèi)部天井、室內(nèi)采光井，可為室內(nèi)工作人員提供免費光源，由于光線在室內(nèi)的折射原理，還使工作人員少受眩光的干擾。同時，在建筑內(nèi)部天井或為建筑物設(shè)置太陽能風(fēng)道"其具有“煙囪效應(yīng)”，在夏季既節(jié)約能源，又為室內(nèi)工作人員提供了良好的自然通風(fēng)條件。這樣的通風(fēng)道可以設(shè)計為有組織的新風(fēng)系統(tǒng)，可大大減少開啟空調(diào)器制冷的電力消耗，一舉兩得。
2.3充分發(fā)揮太陽能的綜合利用，為建筑內(nèi)部免費提供更多的采暖/制冷能源
我國大部分地區(qū)有充足的太陽能, 對其利用符合我國可持續(xù)發(fā)展原則。
發(fā)達(dá)國家的既有公共建筑節(jié)能改造中在太陽能綜合利用方面也為我們提供了許多可借鑒的經(jīng)驗。在許多建筑物的正外立面（或斜屋面）安設(shè)太陽能采集板、集熱板或太陽能光伏電池板，充分利用自然資源和能源，直接輸入建筑物中，供給辦公樓內(nèi)部大部分的照明和采暖的熱源使用。陰雨天，智能型太陽能集成采光系統(tǒng)又可將貯存的能量更大限度地使用在室內(nèi)照明系統(tǒng)。
我國北方大部分地區(qū)都有充分的太陽照射，充分利用太陽能，開發(fā)太陽能綜合利用設(shè)備和產(chǎn)品，也是今后的技術(shù)發(fā)展和研究的重點方向。在采暖系統(tǒng)對太陽能進(jìn)行利用，將大大減少煤炭資源浪費的同時，也大幅度減少排放到空氣中的二氧化碳含量，有利于節(jié)約能源和環(huán)保。解決采暖、制冷與通風(fēng)的矛盾，以及在采暖期內(nèi)建筑通風(fēng)時的熱回收問題，在技術(shù)上不存在問題，應(yīng)該在節(jié)能改造的同時，將熱回收的問題考慮進(jìn)去，并保證技術(shù)措施和產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。這同樣有利于增加節(jié)約能源。在制冷方面，建筑物使用高效冷熱交換鍋爐和常規(guī)鍋爐，2種鍋爐由計算機(jī)系統(tǒng)程序控制交替使用。同時，通過置于地板內(nèi)的采暖和制冷管道系統(tǒng)調(diào)節(jié)室溫。這種置于地板內(nèi)的管道系統(tǒng)往往都是采用地下水回灌的方式，利用了地下水的自然恒溫狀態(tài)，夏季，冷水為室內(nèi)降溫；冬季，溫水為室內(nèi)供暖。
2.4 運行管理方面的節(jié)能
發(fā)達(dá)國家對于公共建筑的運行管理方面的節(jié)能也相當(dāng)重視。比如在設(shè)計時，就注意設(shè)備、設(shè)施和運行的節(jié)能匹配，避免使用不節(jié)能的產(chǎn)品；晴朗的天氣，人工照明燈具自然關(guān)閉，讓陽光盡可能多地進(jìn)入室內(nèi)，減少照明用能；在陽光充足、氣候炎熱的夏季，遮陽簾自動開啟，避免熱量過多進(jìn)入室內(nèi)而增加空調(diào)的能耗；比如在下班或節(jié)假日時段，采暖! 制冷設(shè)備關(guān)閉，只有無動力的新風(fēng)系統(tǒng)自然通風(fēng)等等，都是我們應(yīng)該注意學(xué)習(xí)和借鑒的。運行方面的節(jié)能也是有極大的潛力可以挖掘，同時，具有積極的節(jié)約能源的意識，更是全體公民應(yīng)該具備的良好素質(zhì)。
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