建筑設計背景下的圖書館節能研究范文

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1采取必要的遮陽措施

如采用著色玻璃、陽光控制鍍膜玻璃和Low-E玻璃降低玻璃的遮陽系數；在圖書館外墻和屋頂栽種植被，在外窗設置可調節的活動遮陽，如窗簾、百葉、熱反射簾或自動卷簾等。

2工程概述

天津圖書館是天津文化中心工程中的重要組成部分，天津文化中心工程是天津市委、市政府為適應經濟社會快速發展，體現城市發展定位，完善城市文化功能，整合現有文化資源而建的一項民心工程，她賦予了城市獨特的文化魅力和創造力，提升了城市形象。天津圖書館，建筑面積5.5萬m2，地上5層，地下1層，高30m，藏書600萬冊，日讀者流量5000～8000人次。結構類型為地下框架剪力墻，地上鋼框架支撐結構。功能包括文獻信息資源收集、整理、存儲、學術研究、教育培訓等，是承載智慧的建筑，是市民學習知識的樂園。階梯狀的露臺，如同懸浮在空中的書架等要素，組成了內部空間結構。外墻石材百葉有效切斷陽光的直接射入，消除了100m×30m巨大立面的壓迫感，營造石材的寧靜氛圍，塑造出透明感十足的新穎的石材立面效果。斜坡狀的裙房，鋪滿草坪，為原本方正的建筑物增添了幾分溫柔恬靜(如圖1、2)。

3天津圖書館節能設計概述

3.1外墻節能設計

本工程采用外墻外保溫體系。節能設計達到了《天津市公共建筑節能設計標準》規定的標準，節能率為50%。

3.2圍護結構主要部位保溫做法簡要說明

(1)外墻外保溫采用90mm厚玻璃棉，傳熱系數Kp=0.553(0.56)W/(m2•K)。(2)屋面保溫層采用60mm厚擠塑聚苯板，傳熱系數K=0.503(0.533)W/(m2•K)。(3)露臺處上人屋面采用75mm厚超細無機纖維噴涂(密度≥120)，傳熱系數K=0.537W/(m2•K)。(4)非采暖樓梯間、走道及非采暖房間的隔墻為200mm厚加氣混凝土砌塊，內外均抹20mm厚白灰砂漿，傳熱系數K=0.899W/(m2•K)；300mm厚鋼筋混凝土墻，內抹25mm厚膨脹玻化微珠輕質保溫砂漿，傳熱系數K=1.37W/(m2•K)；雙層石膏板，板內側粘貼50mm厚玻璃棉保溫層，傳熱系數K=0.862W/(m2•K)。100mm厚加氣混凝土條板，兩側均抹20mm厚白灰砂漿，傳熱系數K=1.447W/(m2•K)。(5)非采暖空間的頂板板底噴涂25mm厚超細無機纖維保溫，表面噴刷頂棚涂料。傳熱系數K=1.33W/(m2•K)。(6)變形縫處屋面、外墻的縫隙采用通長巖棉填塞加以封閉。縫內兩側墻體分別為鋼筋混凝土墻內抹35mm厚膨脹玻化微珠輕質保溫砂漿，鋁板幕墻內填90mm厚玻璃棉保溫層。傳熱系數K≤1.5W/(m2•K)。(7)采暖房間的地下室外墻外貼50mm厚聚苯板，內砌筑200mm厚加氣混凝土砌塊，或內抹25mm厚膨脹玻化微珠輕質砂漿保溫，熱阻R≥1.50m2•K/W。(8)底面接觸室外空氣的外挑樓板粘貼90mm厚玻璃棉，傳熱系數K=0.53W/(m2•K)。(9)屋頂女兒墻及外墻挑出構件采用周圈外抹20mm厚膠粉聚苯顆粒保溫漿料，熱阻R≥0.57m2•K/W。(10)建筑外檐門窗框靠墻體部位的縫隙，采用高效保溫材料填塞及嵌縫密封膏密封。(11)對伸出外墻預埋件、支架和其他設備穿墻孔洞縫隙，采用中性耐候防水密封膠填實。(12)首層外檐門選用斷橋鋁合金門、中空玻璃，傳熱系數K≤2.0W/(m2•K)。西北向出入口加設軟門簾。(13)屋頂與外墻交界處，屋頂開口部位四周，采用不小于500mm寬的巖棉保溫材料設置水平防火隔離帶。

3.3本工程各主要圍護結構選用保溫材料和墻體材料的熱工性能指標

(1)選用各圍護結構保溫材料和墻體材料熱工性能指標，見表1。(2)選用外保溫門窗性能指標，見表2。建筑外檐窗的玻璃及空氣層厚度需根據規范，由幕墻和門窗制作生產廠家計算確定，氣密性能不應低于GB/T7106—2008《建筑外門窗氣密、水密、抗風性能分級及其檢測方法》中規定的6級，1.5≥q1＞1.0，4.5≥q2＞3.0m3/(m•h)；透明幕墻氣密性能不應低于GB/T2086《建筑幕墻物理性能分級》中規定的3級，1.5≥ql＞0.5m3/(m•h)，1.2≥qA＞0.5m3/(m•h)，玻璃的可見光透射比≮0.4。

4天津圖書館建筑單體節能計算

4.1建筑體形系數

(1)建筑體積Vo：Vo=75733.88+52507.9+56864.58+36495.5+70076.31=291678.17m3(2)建筑外表面積Fo：Fo=4000.19+4549.48+3698.35+3717.4+13199.98=29165.4m2(3)體形系數S：S=Fo/Vo=29165.4/291678.17=0.10

4.2窗墻比計算

(1)東向：窗墻面積比=2214.99/3294.36=0.67窗面積=137.95+209.63+1346.68+438+82.73=2214.99m2墻面積=3098.56+95.83+26.22+24.15+24.38+24.38=3294.36m2(2)西向：窗墻面積比=2004.13/3254.81=0.62窗面積=465.68+1116.78+342.53+79.14=2004.13m2墻面積=3087.59+92.24+26.22+24.38+24.38=3254.81m2(3)南向：窗墻面積比=2223.38/3368.95=0.66m2窗面積：=1788.32+84.41+191.25+26.13+19.32+80.83+20.88+12.24=2223.38m2墻面積：=3073.11+93.77+60.39+27.84+16.32+24.38+24.38+24.38+24.38=3368.95m2(4)北向：窗墻面積比=2268.24/3359.87=0.67窗面積=2129.70+71.71+66.83=2268.24m2墻面積=3083.19+84.66+79.78+28.06+28.06+28.06+28.06=3359.87m2

4.3遮陽系數的計算

本工程綜合遮陽系數Sw=窗本身遮陽系數Sc，Sc=Se(玻璃的遮蔽系數)×窗玻璃面積/整窗面積，Se=0.44(查表)，窗玻璃面積/整窗面積=0.8，Sc=0.44×0.8=0.352

4.4圍護結構傳熱系數計算

4.4.1屋面圖書館的屋面做法分為上人屋面、種植屋面和露臺屋面3種，其傳熱系數的計算見表3、4、5。

4.4.2外墻面外墻面分為鋁幕墻外墻面和不透明玻璃幕墻外墻面兩種，其傳熱系數的計算見表6、7。外墻為全幕墻(鋁板和不透明玻璃幕墻)包裹鋼結構承重構件，無結構性熱橋部位，外墻面積為減掉門窗面積后的外墻面積的總和。外墻的傳熱系數直接取幕墻傳熱系數。

4.4.3分隔采暖與非采暖空間的樓板分隔采暖與非采暖空間的樓板傳熱系數計算見表8。內外表面換熱阻根據不同情況取值不同詳見《民用建筑熱工設計規范》附表2－2；2－3。

4.4.4分隔采暖與非采暖空間的隔墻分隔采暖與非采暖空間的隔墻做法分為4種，其傳熱系數計算見表9～12。

4.4.5采暖地下室外墻圖書館設置了1層地下室，有一部分為采暖地下室，因此，地下室外墻做法分為兩種，其傳熱系數計算見表13、14。

4.4.6底板架空和外挑樓板由于圖書館空間的豐富性，產生了架空空間和外挑空間，而這部分對于建筑節能有著較大影響。因此，需對這部分采取節能措施，這部分的做法見表15。

4.4.7外檐保溫門窗及玻璃幕墻的傳熱系數在窗和幕墻中采用Low-E玻璃可大大降低建筑物的能耗，以輻射率為例，如采用普通的白玻輻射率為0.184，而采用在線熱聚合Low-E鍍膜玻璃輻射率為0.135～0.15，而采用磁控真空濺射Low-E玻璃，其輻射率只有0.108～0.115。使用Low-E玻璃可降低太陽光的熱輻射，同時，也可降低室內與室外之間的冷熱交換。天津圖書館建筑的4個朝向窗戶選用的材料均為斷橋鋁合金Low-E中空玻璃窗，見表16。屋頂透明部分與屋頂總面積之比為0.15，選用斷橋鋁合金中空Low-E夾膠安全玻璃，窗的傳熱系數K≤2.7W/(m2•K)，窗遮陽系數SC≤0.5。

5結論

通過以上計算可知：天津圖書館的體形系數滿足規范中建筑物體形設計應盡量減少建筑物外表面積且建筑的體形系數小于或等于0.40的規定。窗墻面積比滿足規范中建筑每個朝向的窗(包括透明幕墻)墻面積比均不應大于0.70。當窗(包括透明幕墻)墻面積比小于0.40時，玻璃(或其他透明材料)的可見光透射比不應小于0.4。建筑各部位的圍護結構傳熱系數亦滿足《天津市公共建筑節能設計標準》DB29—153—2005第3.2.2的規定。因此，判定天津圖書館建筑為節能設計。圖書館建筑節能是一個系統工程，它涉及建筑各個領域，但是作為建筑師設計之初如果采用合理的設計方法，選用綠色的建筑材料，考慮到地域氣候等客觀因素，那必將會減少后期的能源消耗。無論在經濟方面還是環境保護方面，主動節能的理念遠比用高科技的被動技術手段來減少建筑能耗的更具意義。

作者：楊艷紅 陸偉偉 楊航張于峰單位：天津大學建筑學院天津市城市規劃設計研究院天津城建大學建筑學院