1图书馆建筑节能设计措施及具体方法

　　1.1降低体型系数

　　体型系数是衡量建筑节能效果的重要指标。体型系数越小，建筑能耗量越少，节能效果就越好，因此，图书馆的外形不宜太复杂，应避免或减少平面的凸凹变化。通常图书馆建筑体形系数＜0.3时，有利于节能。当底面积一定时，图书馆层数越高，体形系数越小，越有利于节能。

　　1.2保持合理的窗墙比

　　窗墙比是指图书馆窗户洞口面积与房间立面单元面积的比值。据统计，通过窗户流失的热量占建筑能耗的46%，因此，控制窗墙比是个有效的节能手段。而在寒冷地区采用单层窗、严寒地区采用双层窗或双玻窗条件下，一旦加大窗墙面积比，对建筑节能极其不利。

　　1.3采用高性能的节能门窗

　　型节能门窗，提高外窗气密性，如窗框选用断热型铝合金、玻璃钢、PVC等，玻璃选用中空、热反射、低辐射玻璃等，并处理好与墙柱的交结，在热桥部位加设保温体。

　　1.4降低围护结构的传热系数

　　传热系数是指在单位时间内，通过单位面积图书馆建筑围护结构的传热量。在图书馆建筑轮廓尺寸和窗墙面积比不变的条件下，耗热量指标随围护结构的传热系数的降低而降低。在计算图书馆建筑结构传热系数时，使各围护结构的传热系数尽量小于规定的相应传热系数限值。如果个别达不到要求，则应采取其他措施调整，使总的建筑耗热量指标达到节能要求。资料显示，建筑物向外散失的总热量中，约有70%～80%是通过围护结构的传热向外散失的。墙体是建筑外围护结构的主体，因此，外墙体的保温隔热是外围护结构建筑节能的重要部分。外墙保温方式目前主要有两种：中保温，即在空心墙空气层中填充保温材料；外保温，即在外墙铺设保温材料及饰面层。可根据具体情况选择使用。

　　1.5采取必要的遮阳措施

　　如采用着色玻璃、阳光控制镀膜玻璃和Low-E玻璃降低玻璃的遮阳系数；在图书馆外墙和屋顶栽种植被，在外窗设置可调节的活动遮阳，如窗帘、百叶、热反射帘或自动卷帘等。

　　2工程概述

　　天津图书馆是天津文化中心工程中的重要组成部分，天津文化中心工程是天津市委、市政府为适应经济社会快速发展，体现城市发展定位，完善城市文化功能，整合现有文化资源而建的一项民心工程，她赋予了城市独特的文化魅力和创造力，提升了城市形象。天津图书馆，建筑面积5.5万m2，地上5层，地下1层，高30m，藏书600万册，日读者流量5000～8000人次。结构类型为地下框架剪力墙，地上钢框架支撑结构。功能包括文献信息资源收集、整理、存储、学术研究、教育培训等，是承载智慧的建筑，是市民学习知识的乐园。阶梯状的露台，如同悬浮在空中的书架等要素，组成了内部空间结构。外墙石材百叶有效切断阳光的直接射入，消除了100m×30m巨大立面的压迫感，营造石材的宁静氛围，塑造出透明感十足的新颖的石材立面效果。斜坡状的裙房，铺满草坪，为原本方正的建筑物增添了几分温柔恬静。

　　3天津图书馆节能设计概述

　　3.1外墙节能设计

　　本工程采用外墙外保温体系。节能设计达到了《天津市公共建筑节能设计标准》规定的标准，节能率为50%。3.2围护结构主要部位保温做法简要说明

　　(1)外墙外保温采用90mm厚玻璃棉，传热系数Kp=0.553(0.56)W/(m2K)。

　　(2)屋面保温层采用60mm厚挤塑聚苯板，传热系数K=0.503(0.533)W/(m2K)。

　　(3)露台处上人屋面采用75mm厚超细无机纤维喷涂(密度≥120)，传热系数K=0.537W/(m2K)。

　　(4)非采暖楼梯间、走道及非采暖房间的隔墙为200mm厚加气混凝土砌块，内外均抹20mm厚白灰砂浆，传热系数K=0.899W/(m2K)；300mm厚钢筋混凝土墙，内抹25mm厚膨胀玻化微珠轻质保温砂浆，传热系数K=1.37W/(m2K)；双层石膏板，板内侧粘贴50mm厚玻璃棉保温层，传热系数K=0.862W/(m2K)。100mm厚加气混凝土条板，两侧均抹20mm厚白灰砂浆，传热系数K=1.447W/(m2K)。

　　(5)非采暖空间的顶板板底喷涂25mm厚超细无机纤维保温，表面喷刷顶棚涂料。传热系数K=1.33W/(m2K)。

　　(6)变形缝处屋面、外墙的缝隙采用通长岩棉填塞加以封闭。缝内两侧墙体分别为钢筋混凝土墙内抹35mm厚膨胀玻化微珠轻质保温砂浆，铝板幕墙内填90mm厚玻璃棉保温层。传热系数K≤1.5W/(m2K)。

　　(7)采暖房间的地下室外墙外贴50mm厚聚苯板，内砌筑200mm厚加气混凝土砌块，或内抹25mm厚膨胀玻化微珠轻质砂浆保温，热阻R≥1.50m2K/W。

　　(8)底面接触室外空气的外挑楼板粘贴90mm厚玻璃棉，传热系数K=0.53W/(m2K)。

　　(9)屋顶女儿墙及外墙挑出构件采用周圈外抹20mm厚胶粉聚苯颗粒保温浆料，热阻R≥0.57m2K/W。

　　(10)建筑外檐门窗框靠墙体部位的缝隙，采用高效保温材料填塞及嵌缝密封膏密封。

　　(11)对伸出外墙预埋件、支架和其他设备穿墙孔洞缝隙，采用中性耐候防水密封胶填实。

　　(12)首层外檐门选用断桥铝合金门、中空玻璃，传热系数K≤2.0W/(m2K)。西北向出入口加设软门帘。

　　(13)屋顶与外墙交界处，屋顶开口部位四周，采用不小于500mm宽的岩棉保温材料设置水平防火隔离带。

　　3.2本工程各主要围护结构选用保温材料和墙体材料的热工性能指标

　　(1)选用各围护结构保温材料和墙体材料热工性能指标。

　　(2)选用外保温门窗性能指标。建筑外檐窗的玻璃及空气层厚度需根据规范，由幕墙和门窗制作生产厂家计算确定，气密性能不应低于GB/T7106—2008《建筑外门窗气密、水密、抗风性能分级及其检测方法》中规定的6级，1.5≥q1＞1.0，4.5≥q2＞3.0m3/(mh)；透明幕墙气密性能不应低于GB/T2086《建筑幕墙物理性能分级》中规定的3级，1.5≥ql＞0.5m3/(mh)，1.2≥qA＞0.5m3/(mh)，玻璃的可见光透射比≮0.4。

　　4天津图书馆建筑单体节能计算

　　4.1建筑体形系数

　　(1)建筑体积Vo：Vo=75733.88+52507.9+56864.58+36495.5+70076.31=291678.17m3

　　(2)建筑外表面积Fo：Fo=4000.19+4549.48+3698.35+3717.4+13199.98=29165.4m2(3)体形系数S：S=Fo/Vo=29165.4/291678.17=0.10

　　4.2窗墙比计算

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

　　4.3遮阳系数的计算

　　本工程综合遮阳系数Sw=窗本身遮阳系数Sc，Sc=Se(玻璃的遮蔽系数)×窗玻璃面积/整窗面积，Se=0.44(查表)，窗玻璃面积/整窗面积=0.8，Sc=0.44×0.8=0.352

　　4.4围护结构传热系数计算

　　4.4.1屋面

　　图书馆的屋面做法分为上人屋面、种植屋面和露台屋面3种，其传热系数的计算见。

　　4.4.2外墙面

　　外墙面分为铝幕墙外墙面和不透明玻璃幕墙外墙面两种，其传热系数的计算见表6、7。外墙为全幕墙(铝板和不透明玻璃幕墙)包裹钢结构承重构件，无结构性热桥部位，外墙面积为减掉门窗面积后的外墙面积的总和。外墙的传热系数直接取幕墙传热系数。

　　4.4.3分隔采暖与非采暖

　　空间的楼板分隔采暖与非采暖空间的楼板传热系数计算。内外表面换热阻根据不同情况取值不同详见《民用建筑热工设计规范》。

　　4.4.4分隔采暖与非采暖

　　空间的隔墙分隔采暖与非采暖空间的隔墙做法分为4种，其传热系数计算见。

　　4.4.5采暖

　　地下室外墙图书馆设置了1层地下室，有一部分为采暖地下室，因此，地下室外墙做法分为两种，其传热系数计算。

　　4.4.6底板架空和外挑楼板

　　由于图书馆空间的丰富性，产生了架空空间和外挑空间，而这部分对于建筑节能有着较大影响。因此，需对这部分采取节能措施，这部分的做法。

　　4.4.7外檐保温门窗及玻璃幕墙的传热系数

　　在窗和幕墙中采用Low-E玻璃可大大降低建筑物的能耗，以辐射率为例，如采用普通的白玻辐射率为0.184，而采用在线热聚合Low-E镀膜玻璃辐射率为0.135～0.15，而采用磁控真空溅射Low-E玻璃，其辐射率只有0.108～0.115。使用Low-E玻璃可降低太阳光的热辐射，同时，也可降低室内与室外之间的冷热交换。天津图书馆建筑的4个朝向窗户选用的材料均为断桥铝合金Low-E中空玻璃。墙面积=3098.56+95.83+26.22+24.15+24.38+24.38=3294.36m2(2)西向：窗墙面积比=2004.13/3254.81=0.62窗面积=465.68+1116.78+342.53+79.14=2004.13m2墙面积=3087.59+92.24+26.22+24.38+24.38=3254.81m2(3)南向：窗墙面积比=2223.38/3368.95=0.66m2窗面积：=1788.32+84.41+191.25+26.13+19.32+80.83+20.88+12.24=2223.38m2墙面积：=3073.11+93.77+60.39+27.84+16.32+24.38+24.38+24.38+24.38=3368.95m2(4)北向：窗墙面积比=2268.24/3359.87=0.67窗面积=2129.70+71.71+66.83=2268.24m2墙面积=3083.19+84.66+79.78+28.06+28.06+28.06+28.06=3359.87m2杨艳红，等：建筑设计视角下的天津图书馆建筑节能研究屋顶透明部分与屋顶总面积之比为0.15，选用断桥铝合金中空Low-E夹胶安全玻璃，窗的传热系数K≤2.7W/(m2K)，窗遮阳系数SC≤0.5。

　　5结论

　　通过以上计算可知：天津图书馆的体形系数满足规范中建筑物体形设计应尽量减少建筑物外表面积且建筑的体形系数小于或等于0.40的规定。窗墙面积比满足规范中建筑每个朝向的窗(包括透明幕墙)墙面积比均不应大于0.70。当窗(包括透明幕墙)墙面积比小于0.40时，玻璃(或其他透明材料)的可见光透射比不应小于0.4。建筑各部位的围护结构传热系数亦满足《天津市公共建筑节能设计标准》DB29—153—2005第3.2.2的规定。因此，判定天津图书馆建筑为节能设计。图书馆建筑节能是一个系统工程，它涉及建筑各个领域，但是作为建筑师设计之初如果采用合理的设计方法，选用绿色的建筑材料，考虑到地域气候等客观因素，那必将会减少后期的能源消耗。无论在经济方面还是环境保护方面，主动节能的理念远比用高科技的被动技术手段来减少建筑能耗的更具意义。

　　1、设计原则

　　1）建立主题化校园，更具有可识别性和认知性：抽象“智慧之眼，艺术源泉”的主题化校园，无论是从平面布局，建筑造型，色调材料，景观小品，都与主题紧密相关，具有高度的可识别性和认知性。

　　2）书院制度的探索，营造特色书香氛围：书院是古代的一种教育机构，具有培养人才、研究学术、传播文化等多种功能。探索书院制度有利于我们发掘深层次的中国传统教育建筑形态和精神。书院建筑空间布局中最大的特征是院落，院落空间贯穿着从单体到整体的结构，是书院的空间内核。我们对传统书院的院落布局形态拓扑，使其成为校园的主要控制结构，打造明确的轴线和一进进的院落，营造适宜尺度的围合空间感。

　　3）科学格网与自然脉络的整合：规划设计时，一方面最大限度地利用场地条件，集约与开发并重，充分发掘利用现有土地条件，提高土地利用率，形成科学而有序的格网结构。另一方面，打造自然动感的中央水系，营造活泼灵动的校园空间。

　　4）绿色校园，打造低碳生活：设计中将积极考虑建筑架空层、雨水收集、太阳热水系统、光诱导措施等，通过主动和被动的绿色技术打造绿色校区。

　　a、被动式绿色技术：通过采用被动式绿色设计技术创建安全、经济、舒适、可持续的绿色学校。最大限度地节约资源，保护环境和减少污染，为学生和教师提供健康、适用、高效的学习空间。因此，我们的设计原则是优先采用被动式绿色设计。

　　b、主动式绿色技术：通过建筑造型，构造等达到的被动式措施是绿色技术的重点，同时，还将辅助一些主动的措施，比如光诱导，雨水收集，太阳能集热器等，共同打造绿色生态的目标。

　　2、空间结构

　　校园以中心“艺术之眼，智慧之泉”为核心节点，与东侧校前礼仪广场和西部运动场两个大的开放空间形成中轴；建筑排布讲究院落布局，各教学楼以及宿舍楼围合形成大院落，行政办公楼位于整个校园院落中心，不仅成为整个校园的视觉焦点，同时也将校园大院落划分出四条景观通廊。

　　3、功能分区

　　本校园规划由初中部及高中部两部分组成，其中部分资源共享，因此，规划设计中的功能组织将需要共享的建筑群居中设置，方便初中部及高中部共同使用，同时自然将校园分为两个校区。主入口设置在校区东侧，由东侧进入校园依次为教学区、生活服务区及体育运动区。创造出生动活泼的互动空间，并根据主次、动静、联系与分割等不同要素加以组织，使各区之间联系方便，又不会相互干扰（见图4）。同时，在有限的校园空间内组织自然园林及生态庭院，营建绿色生态的校园环境。

　　4、交通组织

　　初中、高中两部沿主教学区及生活区外围各自组织环形机动车道，南北环路与操场看台东侧串联，既方便教师及外来车辆和后勤车辆的进出，又不会对校园的人流造成干扰，保证了校区内部步行系统的安全。校区内部以步行交通和非机动车交通为主。

　　5、环境景观规划设计

　　校园总体空间组织上着意创造层次丰富、形式多样的空间形态，做到空间的相互渗透。规划沿东侧及南侧城市道路形成延续的建筑界面，突出城市门户形象，并通过教学区内建筑间距、架空底层、空廊等元素，或多或少的向校区步行空间和运动绿化场地敞开，与校园整体绿化和活动系统相互融合，在校园内形成内聚的空间形态，为学校师生提供充满活力、富有人情味的交流场所。

　　6、风格塑造

　　1）尺度空间。注重人经过建筑时在活动中感受到的效果，在空间中流动，自由的欣赏建筑的方式。强调多层次的交流空间，为人的活动、停留、交往创造不同的尺度空间。校园内部则更注重步行视点上有关人的尺度的处理，通过体量之间的穿插组合、精确细致的立面划分、适度的比例推敲，营造丰富宜人的校园环境。

　　2）屋顶形式。坡面屋顶的外形特征一直有一种魅力，而坡面的形式一旦用现代的语汇去解释，就会得到更多的可能性。传统的屋面形式在这里得到了拓展，与局部的平屋面相结合，或抑或扬，形态各异，趣味横生。与此同时，坡面屋顶能够解决平屋顶常见的渗漏、排水等问题，从节能角度出发，坡屋顶的热工性能也比平顶更有优势。

　　3）建筑色彩。屋顶为浅灰色，铺地采用暖色调，形成以暖色铺地为衬、绿树丛中掩映淡雅精致建筑的整体色彩感受。

　　4）材料使用。建筑外墙以面砖和高级涂料为主，局部使用金属、木材和玻璃幕墙，通过不同材料的统一搭配、形体的虚实穿插、高低错落，获得精致、细致、高雅、大方、富有识别性和时代气息的建筑群体。

　　7、设计总结

　　在创作中我们将自然环境景观与功能布局相结合，在保持原有生态环境的前提下，以现代特色合理布局，营造建筑与自然的高度融合，体现时代与传统交汇、人与自然对话。规划中对景观的考虑主要在于把整个学校的绿地作为绿色的面，处处见绿，绿化不仅作为观赏的对象，而且渗透到学校的各个角落，同时为师生的交流提供了丰富多样的空间和场所，在总体规划中，设有各类休闲广场绿地，这里是学生们晨读、聚会、散步、休闲活动的最佳场所。宿豫中学新校区的布局体现了理性的精神，并充分运用自然环境，使空间合理布局，建筑与自然有机融合，方案的空间布局中，既有明确的中心，又有开放与自由的结合，动静分离，疏密有致，有分有合，并通过校园中连廊、轴线控制，将各组成部分从形式上有机的联系起来，塑造出了浑然一体的建筑体系，表达了理性与情感的交织，秩序与诗意相融的人文精神。