高速公路服务区建筑节能设计研究

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摘要：随着我国高速公路路网的逐渐发展，高速公路服务区的基础建设也日益完善。但大多数服务区在设计过程中并没有着重考虑建筑节能的设计方法，尤其是在严寒地区环境下的高速公路服务区，冬季需要消耗大量煤炭进行采暖，若无有效的节能措施，则会导致非再生能源的大量消耗。因此，在未来的严寒地区高速公路服务区建筑设计中，应了解其发展趋势，从而达到减少能源浪费，保护生态环境的目的。

关键词：严寒地区；高速公路服务区建筑；建筑节能设计

随着我国城市社会的快速发展,人们的物质生活水平也逐步提高。机动车逐渐成为人们日常生活的中必需品,其购买量及购买速度都在不断提升。机动车的使用让人们的出行更加便利，从而也促使高速公路的线路及里程数快速增长，同时也给高速公路服务区建设向着更人性化、更节能化发向发展提出了更高的要求。严寒地区的高速公路服务区一般由主干道两侧的综合楼、锅炉房、维修站、加油站等几部分构成。其建筑的能耗主要源于冬季采暖，绝大部分为小型燃煤锅炉独立供暖。这种供暖方式不仅加剧了对不可再生能源的消耗，而且会制造大量有害气体污染空气。服务区作为高速公路的基本服务单元之一，多沿高速公路路网分布，且大部分位于野外远离城市而独立存在，在冬季无法提供高效、节能的供暖方式，能源利用率低、能源浪费现象比较严重，故严寒地区高速公路服务区建筑节能发展潜力巨大。

1严寒地区高速公路服务区的建筑用能现状

严寒地区的高速公路服务区因其气候环境更加恶劣，冬季采暖持续时间更长，导致采暖及空调设备运行时间较长且用能强度较大。据数据研究显示，严寒地区高速公路服务区中维持室内热环境系统所占建筑耗能比为40%~50%，照明等耗能约占30%~40%，其他设备约占10%~20%。由此可见，冬季采暖及日常用电为严寒地区高速公路服务区的两种主要用能方式。严寒地区内大多数服务区在场地内单独布置锅炉房，仍然以燃煤锅炉加暖气片辐射式采、供暖为主，这种采、供暖方式的经济性及供热效率都比较差。同时服务区外围护结构较差的保温性，导致了室内热量流失过快。建筑物内多以暖气片辐射的方式供暖，这种方式冬季热负荷较大，地埋管采暖系统容易形成冷堆积，导致供热效果逐年减弱，其维护费用及故障率也相对较高。以吉林省为例，2015年政府颁布的《吉林省大气污染防止条例》中明确规定将逐步禁止使用十蒸吨以下的燃煤锅炉，这意味着高速公路服务区作为一个独立的野外单元，需要寻找新的供暖方式来降低其冬季用能，从而达到节能减排的目的。服务区的日常用电量也十分巨大，由于高速公路服务区功能组成的较为特殊，室内公厕、餐厅及商超市等服务区域营业时间较长，需要用电进行室内照明，维持室内舒适的光环境，同时，服务区整个地块内的道路照明系统在夜间消耗的电能也十分巨大。目前严寒地区除了个别服务区应用了太阳能路灯之外，大部分都缺少对建筑用电系统有效的节能措施，导致了电能的大量损耗。

2严寒地区高速公路服务区建筑节能设计方法

2.1服务区地势的选择。服务区选址周边的地势条件会对其建筑的节能产生深远的影响。大多数服务区建筑地势相对较为平坦，在设计时应充分利用地形，节省土方量，避免植被或土壤遭到破坏。在服务区的建筑设计中，应多采用背阴朝阳的方式选择服务区建筑的位置及朝向，此种方式不仅使建筑在冬季可以增加日照时数，维持室内温度，夏季还可以加强自然通风，使室内的舒适性得到提高。服务区的建筑应极力避免设置于洼地、山谷及凹陷等地区，一方面，此类地形会加剧冬季寒风对建筑外围护结构的冲击，不利于门窗洞口的保温，导致建筑内热量散失速度加快，另一方面，由于服务区建筑层数较低，容易出现建筑内上暖下冷的情况，对于建筑室内的采光、通风也造成了不良的影响。处于凹地地势的建筑在冬季极易在建筑底层产生冷气聚集，导致建筑下层的室内温度较低，还可能引起地面保温结构材料的开裂，从而损坏建筑的外围护结构，增加建筑维护的成本。2.2建筑外围护结构设计。建筑的外围护结构包含外墙、屋顶、外门窗、地面等，在严寒地区高速公路服务区建筑的外围护结构设计中，应着重考虑其保温性能，选取保温性能较好的材料并注意对女儿墙、挑檐等构造的节能处理，从而最大限度的降低热桥效应的出现。2.3可再生能源利用设计。可再生能源的利用包括对太阳能、风能、地热能资源的利用。严寒地区大部分区域的太阳能、风能及地热能资源丰富，因此在服务区建筑的再生能源利用策略上，可以考虑对以上三种自然能源的重点使用。太阳能利用技术在我国发展较早，目前我国在太阳能发电、太阳能采暖、太阳能制冷、太阳能除湿方面等的应用较为广泛。太阳能技术的应用原理主要是将太阳辐射能转化为电能或热能，来为建筑内部的各个系统的日常运行，提供能源输送，从而降低建筑整体对非再生能源的依赖。太阳能节能系统大部分设置在屋顶或天窗部分，在节约用地的同时屋顶也是太阳辐射能接收的最佳位置。不同的屋顶形式对于太阳能的接收效率也略用不同，相同自然条件下，坡屋顶的太阳能接收效率要强于平屋顶。风能是一种清洁、安全的可再生资源，风力发电系统是目前我国利用风能的主要形式。其优点可以大量降低成本，并可以设置立体化设施，保护自然生态环境。在利用风能发电系统时应对周边环境、建筑物的体量、适宜的风力发电系统设计及建筑结构是否安全稳定等方面进行充分考虑。利用地热能的主流方式之一即为地源热泵系统的布置，在冬季时，地源热泵系统从土地中获取低温热源，经过高效集热整合成为高温热源，以此来为建筑内提供热量；夏季时，系统将建筑室内多余热量转移到地下，降低室内气温从而达到制冷的目的。2.4空气循环系统设计。一般情况下，保证室内外空气的流通性主要做法是开窗换气，用新鲜的空气稀释室内空气污染物，改善空气质量，但由于服务区建筑靠近高速公路主干道，其环境噪音较大，而且常会出现风雨沙尘及冬季室外气温较低的情况，均不宜开窗通风换气。对于室内新风系统的设置，可以在门窗关闭的情况下为室内提供新鲜空气的同时避免了噪音、室外粉尘等对室内环境的影响，从而保证了使用者的健康，并有利于维持整体建筑的气密性，增加室内的舒适度。严寒地区一般采用带有热泵式热回收的新风系统，其能够适应严寒地区的极端气候环境，可以在低温环境下正常运作，且热回收率相对较高。

3结语

随着建筑材料和技术的不断更新，建筑也朝着建造时间更短、舒适性更强、更加节能环保的方向发展。本文迎合当今时展的需要，以减少严寒地区高速公路服务区建筑能耗为目的，从服务区选址、建筑外围护结构设计、可再生能源利用设计及空气循环系统设计几个方面出发，提出未来严寒地区高速公路服务区建筑节能设计的研究方向，尽可能减少服务区建筑对非再生能源的过渡依赖，从而达到人与自然和谐发展的结果。

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作者:柳红明 张彰 单位:吉林建筑大学