适宜节能技术在寒冷地区农村小学建筑设计中的应用研究以山东荣成北港西村小学改造为例（可编辑）

适宜节能技术在寒冷地区农村小学建筑设计中的应用研究以山东荣成北港西村小学改造为例（可编辑） 山东建筑大学硕士学位 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 题目 适宜节能技术在寒冷地区农村小学建筑设计 中的应用研究 ??以山东荣成北港西村小学改造为例 计:学位论文页 表格个 插图幅 评阅人: 指导教师: 学院院长: 学位论文完成日期: 差原创性声明 本人郑重声明:所提交的学位论文是本人在导师的指导下,独立进行研究取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外,论文中不含其他人已经发表或撰写过 的研究成果,也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而使用过 的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。 本人承担本声明的法律责任。 学位论文作者签名: 垄造望 日期纱/多,乡 学位论文使用授权声明 本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留、使用学位论文的规定,即: 山东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘, 允许论文被查阅和借阅。本人授权山东建筑大学可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其它手段保存、汇编学位论 文。 保密论文在解密后遵守此声明。 学位论文作者签名: 导 师签 名:甜 美陟 期仞“. 期乡墅.;山东建筑大学硕士学位论文 摘要 随着我国经济迅猛的发展,农村教育体制改革的深入,农村教育工作为提高农村人 口素质基本手段得到全社会的重视。 农村小学建设是普及教育工作的重点部分,是完善农村相关文化基础设施建设的重 要保障,更是构建社会主义新农村的重要组成部分。随着科教兴国战略的提出和九年制 义务 教育普及工作的全面落实,国家重视学校基础设施建设,加大了对农村基础教育的 资金投入,并对全国大部分农村地区小学的危房校舍进行了改造,这对于提高农村人口 素质加快新农村建设起到了显著地作用。虽然国家的政策方针都在重视农村学校校舍的 建设,但是却忽视了校舍中由于设计的不合理所带来的的建筑能耗问题;尤其是在一些 偏僻寒冷的地区,忽视学校建筑中的能耗问题,导致的农村学校建筑能耗过大,对能源 浪费的情况也屡见不鲜。 城市中小学和农村中小学发展失衡的现象普遍存在,好的设施、师资和管理等等一 系列的公共教育资源都聚集在城市。而位于农村的学校,特别是位于偏僻寒冷地区的农 村学校,由于资金等一系列问题,学校的建设初期就没能力考虑校舍的能耗问题,使得 学校的采暖能耗过大,再加上室内的热环境质量差,很难给学生一个温暖舒适的学习环 境。 由于寒冷地区在我国分布地域广阔,农村学校分布广,不可能进行全面调研,但是 所受主要气候类型大相径庭,所以选取寒冷地区山东有代表性的农村小学进行典型研究。 作者对山东省几个地方的农村小学进行走访调研,对所取得的实际材料数据进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 , 总结出寒冷地区农村小学由于在校舍规划建筑设计等方面的缺陷,所导致的高能耗的问 题,并把这些作为此类学校建筑节能设计的基础资料,从这些典型高能耗建筑实例中总 结出共同原因,针对这些原因,提出村镇小学节能设计的具体对策。 首先从规划选址布点和优化布局设计方面考虑布局形式对建筑能耗的影响,选取最 有利的规划布局作为基本的节能手段。其次以寒冷地区农村学校适宜性节能设计原则为 基础,对于学校建筑设 计所涉及的诸多方面加以探讨,并分别从平面形式及体形系数、 内部空间自然通风、自然采光和阳光间出入口节点设计以及建筑围护结构等被动式节能 技术方面的角度来探究建筑设计。再次,农村学校所在地区可再生资源十分丰富,在学 校建筑中可以充分利用这些可再生能源优势,使之替代原有的建筑材料,这不仅可以降山东建筑大学硕士学位论文 低农村学校建筑的造价,还可以增强建筑的保温性能,对建筑节能十分有利。在寒冷地 区的农村学校建筑中利用可再生能源,不仅可以改善学生的学习生活环境,提高对于可 再生能源使用的积极性;还能对可再生能源的使用和推广起到宣传促进作用。因地制宜 针对适合寒冷地区农村学校的现状,以廉价发展成熟的节能技术代替成本高的节能技术。 最后根据以上提出的适宜性节能技术,对山东荣成北港西村小学现状进行适宜性节能技 术分析,并提出节能改造 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 对策。 本文希望通过对山东省荣成北港西村小学适宜节能技术改造方案对策的研究,来响 应国家节能减排和可持续发展的号召,改善村镇学生的学习环境,缩小城乡学生在学习 环境上的差距,使那些身处寒冷地区的学生也能有一个健康舒适的学习环境,这符合国 家的“节能减排学校行动。同时,降低寒冷地区农村小学建筑的能耗,是减轻国家和 地方政府的财政负担的有效方式,还是建设节约型社会的必然要求。 因此通过对影响寒冷地区农村学校建筑高能耗原因的研究,并提出相应的节能技术 策略,对推动寒冷地区农村学校建筑节能的发展有着重要意义。 关键词:寒冷地区、适宜节能、农村小学、规划布局设计、建筑设计、生物质能山东建筑大学硕士学位论文 一?????????????????????????????????????????????? 一 ... ,. , . ,,删锣 . ’,; ,, ,. ., ,. , ,山东建筑大学硕士学位论文 ,,. ’ ,谢 ,, . ,, ,? ,,., ...,, , ,, . ,,,,, 。. , ,;.’??曲. , 山东建筑大学硕士学位论文 一??????????????????????????????????????????????? 一 ?,。 .?,,,,, ””. , , , ? . ,,.: ,,,, ,, ,, 山东建筑大学硕士学位论文 目录摘要? 目录?.? 第章 绪论.课题背景? ..建设节约型社会背景下的能源危机 ..政府导向和社会需求 ..农村学校发展现状? ..提出研究课题 .课题研究的主要内容、目的意义及研究 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ? ..课题研究的主要内容 ..课题研究的目的意义 ..课题研究的方法.国内外研究现状、发展动态...国外研究现状及发展动态? ...国外理论现状. ...国乡卜学校节能技术实践应用状况?. ...国内研究现状及发展动态? ...国内理论研究状况?. ...国内学校节能技术实践应用状况?. ..本章小结 第章 寒冷地区农村小学现状调查与分析山东建筑大学硕士学位论文 .寒冷地区气候的划分及分析?. ..寒冷地区气候的划分??. ..寒冷地区气候现状.. .寒冷地区农村小学现状调研?. .寒冷地区农村小学状况及特点. .寒冷地区农村小学现存问题?. ..规划布局分散无条理??.. ..建筑设计存在缺陷.. ...平面功能不足 ...围护结构的保温性能差..供暖方式落后??.. ...供暖设备效率不高? ...能源使用比较单一? ..校舍维修机制还不健全?.. .本章小结一 第章 寒冷地区农村小学规划布局的适宜节能策略与应用??. .因地制宜选址布点??. .优化布局设计?.. ..合理安排 朝向??一 ..有效利用日照??一 ..合理组织通风 .外部环境设计?. .本章小结一 第章 寒冷地区农村小学建筑设计的适宜节能策略与应用??. .平面设计中的节能策略. ..平面合理分区??一 ...寒冷地区农村小学平亟形式 ...改进寒冷地区农村小学平面布局? 山东建筑大学硕士学位论文 ..优化控制体形系数? ...减小体形系数有利于抵御冷热极端气候? ‘...减小寒冷地区农村小学体形系数的有效方法.空间设计中的适宜节能策略?. ..有利于自然通风的内部空间设计.. ...自然通风的主要影响因素? ...风压通风...热压通风...自然通风设计措施? ..有利于自然采光的内部空间设计.. ...自然采光基本策略? ...开窗基本策略 ..灰空问、阳光间设计??.. ..出入口设计.. .围护结构设计中适宜节毹技术. ..外墙设计?.. ..冬季外窗保温设计。 ..冬季屋面保温设计.. ..夏季遮阳设计??.. .本章小结. 第章 寒冷地区适宜生物质能在农村小学设计中的应用. .寒冷地区农村生物质钱的应用. ..生物质能的概况?.. .生物质能在农村发展的优势??.. .寒冷地区生物质能在农村小学中应用分析??. ..燃池采暖在寒冷地区农村小学中的应用? ..燃池在寒冷地区农村小学中应用的优点与不足? .寒冷地区农村绿色建筑材料的应用?. ..农村绿色建筑材料的适宜性分析.. ?山东建筑大学硕士学位论文 ...秸秆建材在农村中的发展优势...乡土建材在农村中的发展优势..农村小学绿色建筑材料的应用?. ...草砖在寒冷地区农村建校舍的发展潜力? ...草砖与传统建材的优势.本章小结. 第章 山东省荣成北港西村小学适宜节能设计改造方案. .山东荣成地理位置及气候特征. . 北港西村小学概况??.. ..区域位置?。 ..北港西村小学现状调研..热工性能计算??.. .北港西村小学适宜节能技术改造??. ..对外墙设计改造?.. ..对门窗节能改造?一 ..对屋顶节能改造?。 .节能改造经济性造价分析??. .本章小结. 第章 结论与展望?.. 参考文献? 山东建筑大学硕士学位论文 第章绪论 .课题背景 ..建设节约型社会背景下的能源危机 随着经济的发展和科技生产的进步,环境污染问题、能源问题和全球性气候变暖等 问题引起了世界范围的关注,各国纷纷投入人力物力进行这方面的研究,寻找解决全球 能源消耗过大的对策。无论是在发达国家还是发展中国家,建筑能源消耗占各国总能源 消耗中的比例比较大。目前,我国每年在近亿平方米的城乡新建房屋面积中,%以 上的都为高能耗建筑。到年底,全国房屋建筑面积预计达到多亿平方米,我们 要预见到,大规模增加的建筑量将会带来巨大的建筑能耗。建筑行业有着能源消耗量大, 资源负担重、环境负面影响比较明显突出的特点,无论是在建筑过程中还是后期使用的 过程中,都会消耗大量的环境资源,增加环境的负担,所以人们普遍认识到需要为建筑 能源消耗寻找一条可持续发展之路。 党中央国务院从我国的实际出发,结合我国国情,总结我国现代化建设经验,考虑 到我国人均资源占有量少,资源经济需要可持续发展,提出了“建设节约型社会”、“实 现可持续发展”的重大决策。在农村要坚持可持续发展必须要有充足的资源作为保证, 在城市和农村资源都面临着供应紧张的情况下,要想继续推进社会主义新农村的建设, 就需要合理使用资源,减少资源的消耗。 ..政府导向和社会需求 为了推进社会 主义新农村建设工作的落实和实施,在寒冷地区农村的基础设施建设 受到了国家和地方政府的支持,这就也意味着寒冷地区的农村学校校舍建设有了资金的 保障,各地农村学校基本建设改造工作也全面展开。 素质教育的普及强调从身体、心理和思想上全面的提高学生的素质。这不仅对老师 来说需要在对学生教育工作上有所创新,对建筑师也是新的挑战。校园环境和校舍建筑 作为教育的物质承担者,需要具备综合性的文化功能和场所精神。这不是把对学生的素 质教育局限在课堂,而是带出课堂贯穿整个学校生活,这体现在学校的校园规划设计、 景观设计和建筑设计上,融入整个校园中。学校建筑会在潜意识里影响学生的身心,正 应证了丘吉尔说的:“起初人塑造了建筑,后来建筑塑造了人。”良好的学校建筑环境能山东建筑大学硕士学位论文 够为处在初级教育阶段的孩子带来益处。这就要求当今社会下的建筑师,不仅要注重建 筑本身的质素,还要结合少年儿童的行为和心理,在场地尺度、景观营造、活动设施安 排上贴合少年儿童的行为特征,为孩子们创造优美的、有活力的学习和生活场所。 ..农村学校发展现状 从年国务院颁布《国务院关于基础教育改革与发展的决定》以来,全国农村的 小学数量从年的所减少到所,“撤点并校的趋势横扫了广袤的中 国农村,平均每天就有所学校被裁减。生源的减少,教育资源不合理配置等等,都成 了撤并的理由。不过这一政策的实施也有着很多问题。如图 图?农村小学数量变化分析图 首先,学校的减少使得学生可能要走更远的路程去上学,增加了上下学途中的危险, 交通事故频发如图。其次,学校合并集中以后,由于学生集中,就出现了 巨型班。 如图卜教室面积有限,却要容纳更多的学生,这就给学校的管理和资源的分配带 来了困难。还有许多的农村小学发展为寄宿学校,却没有那么多的学生宿舍,学生的吃 住生行都没有办法得到保障,甚至有的学校会出现几十个学生拥挤在一问校舍的情况。 图.农村小学生上学路上隐患 图片来源:图片 图.农村小学巨型班 图片来源:图片山东建筑大学硕士学位论文 一。?????????????????????????????????????????一 上述的这些现象在农村学校都是十分常见的。在农村地区的学生,由于农村广阔的 地域,经济技术条件的限制,配套设旌跟不上,严重的影响了校园的生活质量。虽然国 家已经大力扶植农村的基础教育,但是由于中国国土广袤,地域发展不平衡,许多农村 学校的条件依旧艰苦。如在一些寒冷地区的农村学校,冬季的供暖就很成问题,采暖设 施不完善,学生在教室舒适度差,空气质量不高,使得这些地方学生的学习条件非常艰 苦。因此,农村学校的撤并势必会导致适龄儿童的入学困难,许多适龄儿童没有学上, 这些情况都会影响我国科教兴国和社会主义新农村建设的步伐,需要我们采取解决和应 对措施。 ..提出研究课题 研究寒冷地区农村小学的节能设计,关系到是否能够提高农村孩子的全面素质,能 否减少建筑能耗,缓解能源危机,能否很好地贯彻可持续发展和建设社会主义新农村的 政策纲领。于是基于这样的背景,农村学校的节能设计是一个值得特别关注和亟待解决 的问题。因此本论文旨在结合当前农村生活经济现状和资源状况,以可持续发展理念和 适宜优先条件为指导,从场地规划到建筑单体设计再到生物质 能利用等一系列适宜的节 能技术的初步应用研究,为寒冷地区农村学校校舍建设及改造提供重要参考,有利于寒 冷地区农村学校节能建设的发展。 .课题研究的主要内容、目的意义及研究方法 ..课题研究的主要内容 为了能够清楚农村小学设计的策略研究框架,本文的研究内容为以下几个方面:通 过研究有关的资料,收集整理数据,还有对实例进行调研,来了解寒冷地区的现实状况。 研究过寒冷地区的各个城乡中小学对节能的要求后,把这些数据分析并分类,我们得出 在这些学校中,有%以上的学校因为缺少节能技术,导致学校环境缺乏舒适度的问题。 通过对城乡自身的地区经济技术条件、配套设施等因素的分析,发现日照、通风、 绿色能源等节能策略,需要选择最适合当地情况因地制宜,例如:生物的可再生技术、 雨水的收集循环再利用技术、被动太阳能技术、建筑材料的应用及取材等等。 根据不同地区的不同条件,选择适合这些地区的节能技术;研究怎样的条件适合单 一的节能技术,怎样的条件下可以适用复合节能技术。比如,在绵阳市的杨家镇小学, 为了给孩子们营造安全健康的学习环境,设计使用以被动太阳能技术为主要,辅助实施 山东建筑大学硕士学位论文 主动的太阳能利用的技术。为了实现夏季能够自然通风、冬季能够阻挡冷风的良好学校 风环境,采用了建筑空间的围合与开放的方式;把生活污水的无动力引流技术与环境相 结合,采用适合当地的污水排放设计等。 ..课题研究的目的意义 该课题的研究是符合我国建设节约型社会的政策要求,符合可持续发展战略的形势, 同时与教育部提出的“节约型学校建设和“节能减排学校建设的要求相适应 的。把 实际的调查分析作为基础,把现有的成功建筑节能经验作为借鉴。为的是能够对寒冷地 区农村小学的现状和资源能耗情况有个清楚地了解,根据当前情况下农村小学的发展状 况,以能够给寒冷地区农村小学的学生们营造一个舒适健康的学校环境为目标,设计适 用于寒冷地区农村小学实际情况的节能策略,在经济和技术层面给予分析,努力达到节 能与经济合理并存的设计目的,给寒冷地区农村学校提供参考,对这些地区起到推动的 作用。 ..课题研究的方法 运用实地调研分析的方法,对寒冷地区的农村小学经行研究分析,用大量的调查数 据作为基础,通过分析归类,了解各类寒冷地区学校建筑能耗高的原因,给寒冷地区农 村小学的节能提供可靠的设计依据。 文献综述理论研究:研究国内外现有的各类相关文献、图片、资料和著作,阅读各 高校的各类相关论文,查看有关的建筑学杂志期刊、各大学规划和建筑的论文合集等等。 把国内外的实例作参考和比较,进行研究。 实例研究和现状调研:通过实地的调查和实例作为依据,研究适用于寒冷地区的 技术节能设计。 研究分析和归纳总结:从各类案例中分析总结规律和方法,再从实际的案例中验 证这些规律和方法是否使用,进行论证分析。 根据寒冷地区的实际经济情况,计算比较节能方案的经济性,考虑不同方案产生 的不同费用,采取合理的、适合于寒冷地区农村经济情况的学校建筑节能方案。 山东建筑大学硕士学位论文 .国内外研究现状、发展动态 ...国外研究现状及发展动态 ...国外理论现状 让?德斯米特尔比利时国家建筑科学技术研究中心专家认为:从环境方面来说, 建筑业是对环境产生直接影响的重 要行业,建筑过程中会大量的消耗原材料和资源,产 生废料。 资源消耗过大和环境污染严重的问题从二十世纪七十年代以来不断地出现,人们越 来越重视能源的节约和环境的保护,这要求建筑业也要树立新的建筑理念、开发和使用 节能环保的新型建筑材料、改进旧的建筑技术一方面,怎样才能实现节能节能不仅是 要在建筑材料本身做到少用能源和不污染环境,还要在加工建筑材料和运输建筑材料时 减少能源的消耗。另一方面,怎样才能实现环保这不仅从建筑材料的加工过程,还是 从原材料的开发或者废料的处理过程中,都可以看到建筑材料对环境的影响。像比利时 这样的欧洲国家,都在尝试建筑中不再使用普通的材料,而是用可再利用的建筑材料代 替类传统材料的方式,因此来提升建筑垃圾的回收率。这些研究项目发展到今天,有些 已经能把回收率提升到百分之七十五。一些欧美国家在二十世纪八十年代就把对于生态 规划的研究技术应用到学校建筑的建设中。另外,在学校的校内单体建筑的绿色技术的 应用,也取得一定的成绩。 ...国外学校节能技术实践应用状况 为了避免全球气候变暖对人类造成的危害,建筑领域都把目光集中在建筑的环保设 计和实现建筑过程中的节能减排。挪威是全球在这方面率先开始投入研究的国家之一, 像中小学这样实践性建筑较多,他们一直注重两点建筑设计策略:一是优化建筑体形系 数 ,缩写:,二是多功能利用太阳能 ,缩写:删。为了解决日益严重的气候变暖带来的危 害,全球的建筑领域都关注于环保设计和节能减排的策略和措施。在建筑领域的环保设 计和节能减排方面,挪威是起步较早的国家之一,实践性的建筑较多, 特别表现在中小 学校上。挪威的的建筑设计在策略上注重两点:一是优化建筑体形系数 ,缩写:,二是多功能利用太阳能? ,缩写:。建筑体系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积比建筑物山东建筑大学硕士学位论文 所包围的体积的值,所为优化的的建筑体系数就是让这个比值趋于最小,比 值越小越有利于节能和环保的实现。多功能利用太阳能就是使太阳能在建筑中 最大限度地发挥采光、日照、建筑温室效应,以及与地道风结合发挥自然空调的通风换 气功能。 英国的诺丁汉大学就是在规划中十分注意学校的整体生态环境营造的,在诺丁汉大 学朱比利校区,有着 的建筑面积, 的人工湖面积。在综合考虑了当地 的景观、日照、主导风向等因素后,工程设计中把学校主要建筑的朝向定为西南方向, 沿着人工湖展开分布如图卜。夏季的主导风向在经过湖面时,被湖水自然冷却;冬 季时,树林就成了天然抵御寒风的屏障。形成“穿堂风”来实现自然大部分建筑的自然 通风。在炎热的夏季或者是寒冷的冬季,不方便开窗通风的时候,建筑就可以用风塔来 实现“烟囱效应”,达到通风的目的,太阳能电板就作为这种机械辅助通风的能源来源。 美国的帕金斯与威尔建筑师事务所在设计德拉科白莲花小学的时候就十分注意可持 续发展,注重能源消耗的问题。他们用能耗分析软件做精密的分析,以保持舒适为前提, 来在最大程度上降低能耗;从选址时就对太阳的方位进行仔细的观察和分析,充分的利 用自然光,取代对其他能源的消耗。在设计上,把室内加热和制冷的工作交给太阳能系 统。把自然通风和采光效果作为重点,采用主动太阳能和被动太阳能相结合的采集器。 用简单的节能 外围护结构来解决采光的问题和自然通风的问题。 图.诺丁汉大学人工湖 图片来源:图片山东建筑大学硕士学位论文 一?????????????????????????????????????????????????????? 一 ...国内研究现状及发展动态 ...国内理论研究状况 建筑节能已经成为世界性的问题,我国在建筑节能方面起步较晚,技术水平有限。 因此,这次提出的课题是我国一个有待于深入拓展研究的领域,是一项前沿的应用型课 题。为了创造节能型可持续的学校建筑,现阶段我国建筑设计都做了积极的尝试,各有 自己的特色。 ...国内学校节能技术实践应用状况 四川省绵阳市的杨家镇小学,在设计上尝试把太阳能被动利用作为主要方式,配合 太阳能主动利用的建筑设计方法,为该地区学校的孩子们提供了安全、健康、可持续的 校园环境如图一。该项目教学楼把建筑布置形式安排为排外廊式的平行建筑布置, 其中学校所有的教学用房和教学辅助用房,都包括在教学主楼中。在北侧两排教学用房 的东侧就是教学辅助用房,与学校西侧的连廊和学校的入口一起。形成了半围合的建筑 空间。各教学用房被学校的回廊连接成一个整体,成为学校一个即能热风避雨又能提供 便捷的交通体系。由于地形影响,北侧的教室建筑地坪标高比南侧的高一层,与围合的 庭院还有开放的空间一起,为学生营造了一个有趣的室外活动空间。学校的卫生间设置 在西南角。这样的设计不仅使卫生间处于学校主导风向的下风向,避免了卫生间气味对 学校的影响;还能兼顾到教学区和运动场的使用需求。在建筑的造型设计方面,不光精 炼的把“巴蜀文化”表现在学校的建筑中,还体现了阳光小学的概念, 用现代化的表现 手法,创造出本土的现代化建筑风格;利用被动节能的设计理念,制造出丰富的光影层 次,把阳光带入室内,让孩子们在阳光下学习生活。 在了解绵阳地区的主导风向和风速后,模拟在周边的地形地貌下,主导风向和风速 对学校的环境有何影响。根据得出的模拟数据,优化学校的规划和建筑群体的空问组合, 通过校园建筑在空间上的开放与围合,形成冬季可以阻挡寒风、夏季可以自然通风的风 环境。学校有着南低北高的地形,于是就可以把学校学习生活产生的污水在无动力的情 况下引流到学校西南面的生态湿地处,用湿地的生态处理技术处理引流过去的污水,实 现零排放污水的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 如图卜。为了更好地利用自然风通风,学校的教学楼在布局上 采用单廊式平面布局。在教学楼的项层教室设置天窗,有利于加强顶部教室的通风,能 够明显改善项层教室的夏季室内湿热的问题。在学校的建筑设计上,还利用热压通风原 理提高通风能力,就是把强化的太阳能烟囱设置在宿舍的南侧和辅助教学办公区。在学 山东建筑大学硕士学位论文 校建筑的设计上,根据绵阳地区夏季和冬季日照高度角的差别,把反射板和遮阳板合并 设置在教学楼南侧的外墙上,把遮阳板放置在外窗上部的/的地方,与屋檐一起变为 一套完整的遮阳体系,夏季能够遮阳,冬季可以透光。冬季的时候,阳光透过上部窗户, 经过反射板和室内的天花板,可以反射到教室的深处,让室内有更加均匀的光线。 图实施方案鸟瞰效果图 图片来源:图片 图人工湿地污水处理原理图 图片来源:图片山东建筑大学硕士学位论文 ..本章小结 在我国广阔的寒冷地区,农村小学由于经济、技术、配套设施等因素落后, 限制了 学校学习生活环境的完善与发展。国家对农村基础教育的大力投入,并没有解决全部的 农村学校条件和学习环境落后的问题,各地的经济条件相差的大、各地发展不平衡等原 因,使得部分农村小学的办学条件仍旧没有得到改善。营造一个现代化的农村教育环境 必须与营造一个现代化的城市教育环境放在同等重要的位置,农村教育建筑的完善,是 提高农村入素质的一项重要保障。秉承以人为本,创造适合少年儿童行为特点的学习 生活场所,给农村孩子一个同等受教育的机会,给予农村的孩子们健康舒适的学校学习 生活环境。 山东建筑大学硕士学位论文 第章寒冷地区农村小学现状调查与分析 .寒冷地区气候的划分及分析 ..寒冷地区气候的划分 在九十年代早期,气候区划划分开始在我国实施。把使用方式作为划分气候区划的 标准,可以将气候区划分为单项气候区划和综合性气候区划。其中,单项气候区划就是 把气候要素中重要的某一项作为分类标准;如果是为了满足工业生产和农业生产划分气 候,就是综合性气候区划。根据我国各地气候差异可以分为干湿气候区划、季风气候区 划以及沙区气候区划等,单项气候区划是对综合性区划的深化补充。 目前,我国有关建筑的气候区划主要分为建筑气候区划和热工设计区划。《建筑气候 区划标准》?在我国的建筑与气候关系的基础上,以主要的气候参数?? 温度、相对湿度和降水为划分依据,可以将我国划分为个一级区,个二级区旧。一级 区以月、月平均气温。月平均相对湿度为主要指标:二级区以能够进一步反应一级 区气候差异的平均气温、日较差、最大风速等参数为指标口。根据《民用建筑热工设计 规范》? 的规定,热工设计分区从建筑热工设计角度出发,以每年月、 月平均温度作为主要指标,每年日气温?和??的天数为辅助指标,主要针对建筑 保温和防热设计问题进行气候分区,将我国分为温和气候区、夏热冬暖气候区、夏热冬 冷气候区、寒冷气候区、严寒气候区五个气候区。如图? 图.建筑气候区划图 图.建筑热工设计分区图 图片来源:图片山东建筑大学硕士学位论文 从热工设计的角度把我国分为个区,各分区指标、气候特征的定性描述、 对建筑的基本要求见表。寒冷地区主要包括华北地区、新疆和西藏南部地区及东北 南部地区,涉及的主要城市有兰州、西安、北京、天津、太原、石家庄、济南、郑州、 大连、青岛等。 分区名称 主要指标 辅助指标 设计要求 最冷月平均温度?? 日平均温度??的天数 必须充分满足冬季保 严寒地区 ?温要求,一般不考虑夏 季防热 最冷月平均温度 门平均温度??的天数 应满足冬季保温要求, 寒冷地区 部分地区兼顾夏季防 .热要求 最冷月平均温度 ?平均温度??的天数 必须满足夏季防热要 夏热冬冷地区 ?,最热月平均温度 ,门平均温度 求,适当兼顾冬季保温 ??的天数? 最冷月平均温度, 平均温度??的天 必须充分满足夏季防 夏热冬暖地区 最热月平均温度? 数。 热要求,一般不考虑冬 ?季保温 最冷月平均温度一 平均温度??的天数 部分地区应考虑冬季 温和地区 ?.最热月平均温度 保温。一般不考虑夏季 ?防热 表建筑热工设计分区及设计要求 表格来源:作者自会 寒冷地区冬季较长且寒冷干澡,平原地区夏季较炎热湿润,降水量相对集中;气温 年差较大,目照较丰富;春、秋季短促,气温变化剧烈, 春季雨雪稀少,多大风沙天气, 夏秋多暴雨。这一地区的建筑应满足冬季保温要求,部分地区兼顾夏季防热。表? ..寒冷地区气候现状 寒冷地区的一个气候特点就是有漫长的冬季,并且气温和空气湿度低,海拔高的地 区夏天?爽,平原地区夏天气温高并且潮湿,每年的降水集中,四季气温温差大、光照 条件充足,夏季和冬季的时间长,气温升降幅度大,春季降水少、多大风扬沙天气,降 水集中在秋冬季节,多是雷雨暴雪。在寒冷地区的冬季,平均气温只有一。到。,极 端天气环境下的气温能达到一。甚至一。,年平均日振幅在。一。,日均气温能达山东建筑大学硕士学位论文 到。以上的天数不足一年的/。如图? .寒冷地区农村小学现状调研 为了更深入的了解寒冷地区农村小学的节能状况,作者以山东地区作为主要调研对 象走访了山东济南,荣成,莱州,临朐等地的小学,进行调研活动。之所以选取这几所 学校,因为他们位于不同地区,地理气候条件各不相同,并采用不同围护结构和不同采 暖方式,具有一定的代表性。对此进行分析比较能够更深入更全面的了解不同气候因素 不同设计因素对学校建筑节能的影响。 .寒冷地区农村小学状况及特点 由于经济、师资等条件的限制,一般都是一个学校服务于整个村镇,学生们往往在 村里上小学,到镇上读中学。村镇这种用行政区域来确定学校建设的做法是欠缺科学性 的,每个村镇都存在着地域面积、人口密度和所在位置的差异,应该根据当地的实际情 况安排学校设置。 图城市小学 图片来源:作者自摄 平面布局上,农村小学能利用的场地面积普遍较大,因此能够自由安排建筑位置, 保证南北朝向,最大限度接受日照,利用太阳光照。建筑 平面相对简单,以基本教学单 元教室为主展开平面布局形式,教室布置以外廊为主,教室进深较小,平面布局简单如 图。相对于此,城市小学建筑场地较为拥挤,受场地面积限制建筑布局东西走向与 南北走向联合运用,有些学校建筑不得不采用内廊式,为满足最低日照主体建筑采用东 西走向。建筑层数上,农村小学一般以单层和二层为主,城市小学是以多层为主如图 。建筑形象上,城市小学大多是平屋顶,而农学以坡屋顶为主;且城市小学的 建筑风格复杂多样,装饰复杂;农村小学符合农村的建筑风格,相对来说建筑样式单调, 立面简洁,富有地方特色。建筑结构上,寒冷地区农村小学多采用混合结构形式,材料以 当地的材料为主,屋架形式多采用木屋架。窗以木窗和钢窗为主,门多数为铁皮门,在 近几年的农村小学改造过程中一些窗都改为塑钢窗,因为通过更换门窗提高了门窗的气 山东建筑大学硕士学位论文 密性,减少了冬季风的渗透,改善了室内热环境。冬季采暖方式上,城市小学采取由一 个热源集中供热的方式,而农村小学多是采用老式的火炉或者土锅炉。 .寒冷地区农村小学现存问题 ..规划布局分散无条理 图农村小学 图片来源:作者自摄 根据我国目前的状况,村镇学校是以行政区域划分学校分布的,通常因为农村人员少、 设施落后,所以把建设要求相对较低的小学建在农村,镇上相对来说人口多、面积大、 设施完善,所以在镇上设立中学。因为每个村镇的人口密度和面积大小不一样,并且村 镇在城市周围零星的分布这就使得寒冷地区农村学校建筑小而多,并且分布不集中,导 致重复建设,形不成规模。这些都不符合建设节约型社会的标准。 ..建筑设计存在 缺陷 ...平面功能不足 内廊式组合是城市中小学较多采用的建筑平面组合方式。内廊组合教学楼通常有两 种平面布置方式。一种是教室沿走廊两侧布置,走廊端部安排辅助功能空间,如卫生问, 楼梯间或班主任办公室。另一种内廊组合方式是沿走廊单侧布置教室,另一侧为教学辅 助用房或交通空间。采用内廊式平面布置方式能够紧凑的布局教室,缩短交通路线,房 屋进深较大,外墙较少,夏季受热和冬季散热面积较小,结构较简单,管线设备能够集 中布置。 农村小学多采用外廊组合方式或者联排组合形式。外廊组合是将教室单元,辅助用 房如办公室楼梯间等都排列在走廊单侧通常为南侧,通过这种组织方式各房间都能获 山东建筑大学硕士学位论文 得较好的通风采光。北‘廊有采暖外廊和非采暖外廊两种,: 廊采用采暖外廊做 法时,能够避免冬季寒冷空气直接侵入室内导致室温差过大的问题,但此做法较非 采暖外廊相比造价较高。采用非采暖北向外廊时,冬季寒冷的室外空气通过门缝和门的 开启侵入室内,造成室内外温差过大。在调研中还发现,很多农村的学校采用联排方式, 门口直接面向室外,冬季不设门斗,增加了冬季采暖能耗。 ...围护结构的保温性能差 施工水平对围护结构性能的影响。由于资金投入水平有限,施工技术水平有限,施 工设备相对落后以及工程质量监督体制的不完善,导致了农村小学质量的不理想。很多 乡镇尤其是经济比较落后的地区,学校的修建工作一般都是农事较少时由当地村民来完 成,和专业的建筑施工队伍比起来,这些村民缺少专业的施工培训,建造好的学校没有 专门的建筑监管部门监督,也没有工程质量管理部门的验收监管,所以 无法保障学校建 筑的工程质量。例如寒冷地区的农村小学采用砂浆不饱满的清水墙导致冬季冷风大量渗 透对能耗量非常大如图?。 构配件对保温性能的影响。为节约成本,农村小学的构配件大多在现场加工,由于 缺少专业指导,缺少质量监管,制作的门窗不能达到规范规定的各项要求,如制作的门 窗达不到气密性要求,导致了冬季冷风渗透,室内热环境不理想。 图. 围护结构保温性能差 图片来源:作者自摄 围护结构对保温性能的影响。寒冷地区农村小学建造以低标准建设为主,所以导致 了墙体的热阻值较低,墙体水泥勾缝掉落严重导致冬季风渗透量极大,地面和屋顶的保 温性能较差,门窗等性气密性较差。围护结构的低标准建设所造成的热损失很大,虽然 就眼前利益来说降低了建设初期的成本,但就长远发展来看,由于冬季采暖能耗的需求 过大,使用年限较长,是不符合可持续发展和能源节约的方针政策的。 山东建筑大学硕士学位论文 ..供暖方式落后 ...供暖设备效率不高 与城市学校建筑不同,寒冷地区的村镇学校有自己独立的供热设备。因为面积有限, 所以这些学校采用的都是高能量输入低能量输出的小锅炉,达不到节能标准。同时,很 多农村学校建筑里的采暖系统设计的也不合理,高能量输入却换来低热量输出,供热所 需的能耗增加。如今,老式的火炉和传统的土锅炉和火炉在偏远地区的学校仍被使用着。 这些火炉和土锅炉都是非专业人士白行设计制作的,远远达不到专业设计要求,不仅耗 能更大,还存在安全隐患。火炉采暖在经济落后的农村学校被普遍采用。火炉输出热量 需要很大的能量投入,而且热量输出传递不均匀,会让人感觉近热远冷;如果炉子制 造 不严或者使用时间久就会出现烟气外漏,不仅污染了室内环境,还可能对师生的生命造 成威胁如图。 图供暖设备效率低 图.能源使用单一 图片来源:作者自摄 ...能源使用比较单一 在调研中发现,冬季寒冷地区农村小学采暖多采用常规能源煤炭为主,薪柴为辅的 能源使用结构,而采暖能耗占建筑总能耗的绝大部分。在一些新的农村学校建筑方案中, 可再生能源取暖被较多尝试,是减少建筑能耗,进行可持续发展的有效措施如图?。 ..校舍维修机制还不健全 在实际的建筑建设中,设备维护水平的好坏和设备运行管理质量的高低,都会影响 到建筑运行的能耗,这些都受管理部门工作的直接影响。农村学校在设备运行管理和维 护上存在很大不足,缺少专门的维修人员,甚至墙和门窗坏了也不能及时修理,造成冬山东建筑大学硕士学位论文 季能耗过大,能源浪费。还有一些学校缺少有效的设备管理,比如说锅炉缺少定期检修, 不出问题不过问,不进行定期维护的锅炉运行效率低下,这也是寒冷地区农村学校建筑 能耗高的一个原因。综上所述,管理体制的不完善是农村学校建筑能耗高的一个重要原 因,形成一套能够适应寒冷地区农村学校建筑的节能管理体制,才能实现建筑节能,降 低冬季能耗。而管理部门管理水平的提高是建筑节能工作进行的保证。 .本章小结 本章根据对山东省几个地方的农村小学走访调研所取得的实际材料进行分析,总结 出寒冷地区农村小学几个相对明显的建筑高能耗的原因,这些可以为研究学校建筑节能 设计提供数据资料帮助。由于我国寒冷地区分布广、范围大,所以对这些地区村镇学校 建筑的调查研究没办法做到详细而且面面俱到。只能选 取有代表性的农村小学进行典型 研究,从这些典型高能耗建筑实例中得出共同原因,在后面写到的内容中,都会有与寒 冷地区村镇学校建筑的节能设计工作中出现的问题提出对应的解决方法。 山东建筑大学硕士学位论文 ????????????????????????????????????????一 第章寒冷地区农村小学规划布局的适宜节能策略与应用 .因地制宜选址布点 选址布点是在寒冷地区农村小学的整体规划中要考虑的部分。学校的选址布点,要 遵循从实际出发的原则,符合教育规律,能够让教育资源实现合理配置。在寒冷地区的 农村学校中,存在着“村镇办初中,村村办小学”的现象,导致许多学生人数不足百人 的微型学校被遗留下来。通过调查发现,有的村之间只有四五百米的距离,却办了两间 学生不足人的完整的学校,这种现象已经不是我们今天应该提倡的了。这种情况的存 在,不仅不符合教育的科学性,使教育资源被极大地浪费,而且不能保证教育质量,加 大了校舍建设量,但是又不成规模,导致重复建设的不合理与师资力量的浪费。 寒冷地区农村小学,在其布点选择的时候,要考虑学校的办学规模和服务半径;如 果该地区人口数量少,那么学校和学校之间就应该相隔较远;同样的道理,如果该地区 的人口较多,学校建筑的分布就可以密集一些。学校服务半径原则是,小学服务半径 ,如果可以提供寄宿服务半径可以蹭加到,寄宿制学校服务半径可增加到 以上。“规模办学的方式可以避免学校重复建设的现象,提高教育资源的利用率, 降低投入成本,这样就可以集中资源建设高标准高质量的校舍,使用效率高的设备,可 以使寒冷地区农村学校建筑的节能目标得以顺利实施。 .优化布 局设计 学校建筑布局也是在寒冷地区农村小学的整体规划中要考虑的部分。建筑的能耗会 因总平面布局形式的差异和基地选址的不同,而受到影响。建筑的布局形式应该依照地 理环境的差异和各自地形的特点采取不同的方式。对于不利的建筑气候,我们要考虑它 对寒冷地区农村小学在规划布局中的影响。这些要素运用的是否得当,关系到寒冷地区 村镇学校建筑能耗大小的问题,如果利用合理,能够有效地减少能耗,保障寒冷地区农 村学校的节能目标得以实现。 ..合理安排朝向 合理安排建筑朝向,就能够发挥被动式太阳能的最大作用,并且能够解决冬季热损 失和夏季得热的问题,这在建筑设计适应气候条件并且符合环境节能来说,有着巨大的 作用。寒冷地区建筑朝向选择的必要原则是夏季能够利用自然风来通风,减少太阳辐射。 山东建筑大学硕士学位论 文 ?????????????????????????????????????????????????????一 图. 最佳朝向分析 图片来源:作者自绘 图. 全年照轨迹图 在冬季能够有充足的日照,并且避开主导风向。主导风向不仅对冬季室内热损耗大 小有影响还对夏季室内自然通风影响大,因此在对建筑朝向的选择时,应该考虑日照的 同时还要考虑主导风向。我国北方冬季受来自西北风为主导风的西伯利亚冷空气影响。 冬季为了建筑防寒,主要功能分区要避免对着冬季主导风向,这样可以避免热损失太大, 影响室内温度。如图? 地区 最佳朝向 适,剀向 玎:留】向 南偏尔范闱内 北京地区 南伞南偏力 。以内 北偏两, 南偏两范闱内 彳家胜地 心偏尔 南伞钉偏尔。 晒太峙地区 南偏尔 南偏乃:令尔 两北 济 南地区 南、南偏东,。 由偏尔 嘶偏北.。 郑州地遁 南偏尔 南偏尔 阴北 两安地区 南偏尔 南、南偏两 两、两北 南偏尔。、自偏心 银川地区 钉令南偏尔。 北、阿 图? 寒冷地区建筑朝向建议表 表格来源:作者自绘山东建筑大学硕士学位论文 自古以来,坐北朝南一直以来都被人们认为是良好的建筑朝向,因为受太阳的运行 规律影响,这样朝向的房屋在冬季可以接收到最大限度的光照,朝向南边的外墙就可以 良好受热:在夏季,随着太阳高度角发生变化,南向的外墙和外窗受到的太阳辐射也会 随之减少。事实上,一个地方建筑的朝向是否良好,是依据该地区所在地及其所在地的 气候条件来判定的,建筑的最佳朝向应该根据该地区实际的地理气候来确定。如图? ..有效利用日照 有充足的日照,对寒冷地区冬天的学校建筑节能来说,是最直接有效地方式。阳光 可以起到提供热能、提供室内照明,杀菌的作用。学校对于建筑位置的选择跟建筑的布 局形式有着重要关系,要考虑到在不遮挡其他建筑,同时还要保障自己有充足的日照。 目前我国《城市居住区规划设计规范》?对建筑的日照间距有明确的要求。规 划设计中常常采用日照间距系数的方法配合卫生视距等具体要求进行控制。如北京地区 为.?.,济南地区日照间距系数为.。 要想让室内有好的采光日照效果,可以在整体布局中调节各个教学楼的方位和大小、 形状。建筑群的布置形式主要有行列式、错列式和斜列式等且在寒冷地区被广泛的应用。 以济南地区满足南向大寒日照小时,假定建筑面宽米层高米侧面间距米, 层建筑研究模型,探讨行列式、错列式和斜列式建筑群布局形式的特点, ?行列式的布置形式就是 建筑前后距离跟左右距离按照相等合适距离成排的布置。 ?小?寸. 一小时一 小时. 小。寸. . 小时一 平面等时线分析一 立面等。寸线分析一 .图.日照分析 图片来源:作者自绘 当满足大寒日日照小时时,建筑前后间距为米。层位置约受到小时光照, 层位置约受到小时光照。如图? 川憎.:,:汀?.萨.苷盯:;山东建筑大学硕士学位论文 ?东西错列式布局指前后排建筑在东西向相互错开布置,单纯的使前后排东西向错 列对前后排间距影响不大,前排阴影区的范围与行列式没有很大区别。东西错列式布局 在侧向间距不变的情况下对改善日照质量的影响不大。 ...?小时. ?小时. 小。寸. ‘小时一 ’小。寸 平面等口寸线分析‘, 立面等时线分析 一图日照分析 图片来源:作者自绘 ?南北错列式布局是指建筑南北相互错位布置。前排和后排建筑南北向错位,所以 阳光会照射到后排建筑上,建筑终日阴影区减小,通过立面分析可以看出,一层可以受 到约小时日照,日照时间延长了约个小时。二层约受到小时日照,通过实验表明 南北错列式排布可以明显改善日照情况。如图. ?斜列式是指将建筑偏离正南正北方向,按一定角度旋转后的布局方式排布,当建 筑朝向发生一定的偏转时,为高度通道的获取提供了巨大的空间,同时也为一侧的方位 通道提供了充足的空间。普通行列式模型向东南偏。角时的阴影情况。 ?小时. 一小。寸. 小时. .小时一 .小日寸 平面等。寸线分析. 立面等。寸线分析一 图..日照分析 图片来源:作者自绘 斜列式布局不仅牺牲了正南向布置时的高区的全天候日照换取了低区建筑日照时数 的延长还改善了日照环境质量。如果偏转角度过大会造 成室内光照不足,尤其是在冬季, 在济南地区,日照质量与日照时数都在偏转度以内时达到最优和最长,是济南地区的 ?旧旰昕?盯盯妒玎 .;孵阿斗孵矿啊孵捧.山东建筑大学硕士学位论文 ????????????????????????????????????????????????????一 最佳偏转布局角度。如图 ..合理组织通风 寒冷地区一般处于季风气候区,夏季东风和南风盛行,冬季西风和北风盛行,在建 筑的整体布局中,要考虑到夏季的通风,主要是能够阻挡冬季的寒风。农村有着宽阔的 地域遮挡物少风速大。所以农村建筑围护结构会导致更多的热量损失,所以降低风速可 以减少室外冷空气渗入室内,从而减少热损失。 风压的计算公式为:. 从公式中可以知道,降低风压的关键是减小风速。 行列式 错列式 斜列式 周边式 长短结合式 乏温越 .阴矿“、、吣 一”嘲斓 溯酬 戚缨圃??. 。::,乏别 :‘:、::’ 风五七:鼙 ’:/豳『 ., ?????僖; 场模拟 、’一’‘‘、 风迎风出山墙间 山墙处风速增至 迎风山墙处风速 除开口处、拐角风 山墙间、公寓周 场风速明显增大, 约./,影响 约/。公寓涡 速加人至约 围风速约 模约/,公寓问 范围人,涡流风明 流现象非常明显, ./,楼间风速 ./,楼间风 拟风速有所降低, 显,楼间风速约 公寓间风速约. 明显降低,风速约 速没有降低迹 评且风速约~. .~./。 ~./。 ./。 象,拐角处风速 价 /。 超过/。 图通风布局比较图 图片来源:作者自绘 减小冬季季风对建筑物的侵袭是规划寒冷地区农村小学建筑的场地布局中要考虑的 重点。当建筑布局合理时,会形成风影区减小风速,从而减小建筑物的热损失,对建筑 节能来说都是有利的。 经过分析可以 采取以下几种方法阻挡冬季寒风。 ?建筑以行列式布局、错列式布 局、斜列式