宿舍功能布局对采暖能耗的影响研究
葛贵武1, 2，林波荣2
(1. 解放军后勤工程学院 军事建筑工程系，重庆，401311；2. 清华大学 建筑学院，北京，100086)
摘 要：
建设标准和总面积的不断提高将带来巨大的能源消耗。目前，宿舍功能布局对建筑能耗影响的研究较少，尤其在方案设计阶段。利用建筑能耗模拟软件DEST，对北京地区的几种典型的宿舍布局进行模拟比较，将建筑平面优化设计和节能目标相统一，归纳出之间的采暖能耗关系，期望对宿舍优化设计给予指导。
关键词：
中图分类号：TU241.3 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2012)S1-0131-05
Research influence of building energy consumption by functional arrangement of dormitory
GE Gui-wu1, 2, LING Bo-rong2
(1. Department of Military Construction, Logistical Engineering University, Chongqing 401311, China;
2. School of Architecture, Tsinghua University, Beijing 100086, China)
Abstract: The huge area of dormitory will bring lunge energy consumption. The influence of building energy consuming given by functional arrangement of building was seldom researched, especially in the stage of program. The simulation results comparison among the standard dormitories in typical areas was implemented by DEST software, the optimal layout of building floor and energy conservation were unified, and the relationship between heating and energy consumption was induced.
Key words: functional arrangement of building; optimization design; heating energy consumption; heat load
2001年，教育部颁发《关于大学生公寓建设标准问题的若干意见》[1]指出：大学生宿舍中本科生4人1间，人均面积8 m2；硕士生2人1间；人均建筑面积12 m2，博士生1人1间，24 m2。随着高校扩招，中国高校按照这一标准开始新一轮的宿舍建设，据报道： 72所部属高校近几年新建校舍总面积大概为6 500万m2[2]；2003年安徽省属高校校舍总面积达834万m2，仅2000年到2003年就新建大学生公寓134.6万m2[3]。据调查，学生在校时间有一半是在宿舍。巨大的总面积以及约占学生在校期间一半的宿舍时间，其能耗不容忽视。因此，研究宿舍能耗很有必要。目前，宿舍按照房间与走廊布局关系主要分为4种类型：长廊式、短廊式、单元式和塔式[4](见表1)。
目前，在建筑功能布局方面，人们对建筑能耗影响的研究较少，尤其是在方案阶段，人们对宿舍功能布局对建筑能耗的影响的研究更少。本研究通过DEST[5]模拟软件这4种宿舍布局形式，以及2种室内布局进行能耗分析，得出几种布局方式能耗之间的关系。常见的宿舍均采用南北向布置方式，会带来北向房间没有直射阳光的问题，东西向建筑可以解决这个问题。因此，在这次模拟中，也将比较东西向建筑与南北向建筑之间的能耗差异。
1 宿舍能耗模拟模型的建立
为比较不同宿舍平面布局对建筑能耗的影响，本研究采用清华大学开发的建筑能耗和热环境模拟软件DEST进行模拟分析，以北京地区为模拟地点，气象数据来自中国气象局提供的标准气象数据。从气象数据来看北京地区夏季有一段时间气温高于30 ℃，因此，需要加强遮阳与通风，以减少夏季的太阳辐射，降低室内气温。另外，如果宿舍的遮阳设计合理，考虑到暑期放假，可以忽略夏季的空调能耗。因此，本模拟主要考察冬季负荷和采暖能耗的变化。根据北京地区规定，北京地区供暖时间为每年的11月15日至第二年的3月15 日[6]。
表1 不同类型宿舍优缺点比较
Table 1 Advantages and disadvantages of different types of dormitories
参照国家以及相关地方的建筑节能标准[7]，按照国家标准的规定，以此设计的北京地区建筑构造传热系数(见表2)。
表2 模拟构造传热系数
Table 2 Simulation structure heat transfer coefficient
目前，1栋宿舍常住的学生人数大约在1 000到 2 000人。考虑到宿舍类建筑人均能耗比单位面积能耗更有意义，为方便模拟计算，选取人数为1 152人，并且全部为本科生居住的宿舍。由于高层宿舍已成为趋势，故本模拟中模型均设计有电梯。根据宿舍建筑设计规范[1]建筑统一层高为3.5 m，按照文献[8]中调研的1010份关于学生的行为模式，可知本科生作息时间大约晚上18时到次日7时在宿舍，中午13点午休，其余时间在上课和其他活动。同时通过调研可知：学生宿舍中除了日光灯、风扇外，几乎人均1台电脑和1盏台灯，29%的寝室有电热水棒，16%的寝室有电饭锅，4%的寝室有洗衣机，1.2%的寝室有电冰箱，6%的寝室有饮水机，还有部分寝室有电热水棒、电冰箱、洗衣机、电吹风和空调等其它用电设备。学生宿舍模拟参数如表3所示。本文对卫生间和走廊的模拟参数不进行详细介绍。
表3 学生宿舍模拟参数
Table 3 Parameters of student dormitory simulation
2 计算过程
2.1 长廊式宿舍[9]计算结果
由于受到结构抗震与热胀冷缩的原因，单体建筑长度不宜超过70 m，因此本模拟中的长廊式宿舍长度设计在68 m，其标准层平面如图1所示，各项能耗参数如表4所示。
2.2 短廊式宿舍计算结果
本模拟中采用文献[4]中介绍的短廊宿舍布置，其标准层平面如图2所示，各项能耗参数如表5所示。
表4 长廊宿舍计算结果
Table 4 Calculation results of corridor dormitory
2.3 单元式宿舍计算结果
单元式宿舍平面多样，为了结果比较的合理性，本模型中采用了文献[10]中提出的适合北方地区的1梯2户的布局设计单元式宿舍布局，其标准层平面如图3所示，各项能耗参数如表6所示。
2.4 塔式宿舍计算结果
本模型中塔式宿舍[11]采用了最为常用的核心筒布置在中央的方式，采用每层布置24个宿舍的布局，其标准层平面如图4所示，各项能耗参数如表7所示。
表5 短廊宿舍计算结果
Table 5 Results of short gallery dormitory
表6 单元宿舍计算结果
Table 6 Results of unit dormitory
图1 长廊式宿舍标准层 (单位：mm)
Fig.1 Standard layer of corridor type dormitory (Unit: mm)
图2 短廊式宿舍标准层 (单位：mm)
Fig.2 Standard layer of short existent dormitory (Unit: mm)
图3 单元式宿舍标准层 (单位：mm)
Fig.3 Standard layer of unit dormitory (Unit: mm)
表7 塔式宿舍计算结果
Table 7 Results of tower dormitory
2.5 计算结果分析
(1) 传统的长廊宿舍在冬季节能方面占有优势，其他几种布局方式均比其耗能，尤其是单元宿舍，由于其面积标准较高，能耗也是最高的，与长廊建筑相比较，其全年累计热负荷高约7.7%，南北向宿舍按照累计热负荷从大到小的排列是：单元宿舍，塔式宿舍，短廊宿舍和长廊宿舍(见表8)。
表8 4种不同类型的南北向宿舍全年累计热负荷
Table 8 Annual accumulative total heat loads of four different types of north, south dormitory
(2) 最大热负荷决定了采暖设备的装机容量，根据计算结果对比可知长廊宿舍仍是最经济的布置方式，其他3种布局方式均比长廊建筑高约20%的装机容量，按照最大热负荷计算值从大到小的排列是：塔式宿舍，单元宿舍，短廊宿舍和长廊宿舍(见表9)。通过最大热负荷面积指标可知，由于其体型系数较大，塔式宿舍与短廊式宿舍在最大热负荷面积指标中负荷最大，如表10所示。
表9 4种不同类型的宿舍最大热负荷比较
Table 9 Maximum thermal loads of four different types of dormitoryies
表10 4种不同类型的宿舍最大建筑负荷面积指标比较
Table 10 Maximum thermal load area indice of four different types of dormitories
(3) 东西向宿舍具有2边宿舍均能采光的优势，通过计算可知，东西向宿舍与南北向宿舍的能耗差距最大约有10%的累积热负荷的差值，但对于常见的长廊宿舍几乎没有区别，如表11所示。这可以认为在在适当的时候可以考虑建筑东西向的布置。
表11 南北向宿舍与东西向宿舍累计热负荷比较
Table 11 Accumulative thermal load comparison between east-west and north-south dormitories
图4 塔式宿舍标准层
Fig.4 Standard layer of tower dormitory
3 结论
(1) 传统的长廊建筑节能效果最好，但生活条件较差，如果建造成本允许，可以考虑短廊式与塔式宿舍，其与长廊宿舍的能耗差距大约为2%；
(2) 单元式宿舍它们与长廊宿舍的能耗差距达7%，其主要原因是人均面积较大。
(3) 东西向布局其可以同时满足两侧房间采光要求，其与常规的南北向宿舍能耗之差最大约为10%，但对于常见的长廊式宿舍，基本上是没有差别。标准稍高的短廊式宿舍其能耗差为5%，也是可以接受的。因此，笔者建议在适当的时候是可以考虑东西向宿舍布置。
参考文献：
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JIANG Xue-zhi. New dormitory design trend according to the survey of college student dormitory condition. 2005, 4: 12-14.
(编辑 邓履翔)
收稿日期：2012-01-15；修回日期：2012-02-15
通信作者：葛贵武(1980-)，男，安徽人，硕士研究生，从事建筑节能方面研究；电话：023-86730618；E-mail: abao33885400@163.com
摘要：我国大学生公寓建设标准和总面积的不断提高将带来巨大的能源消耗。目前，宿舍功能布局对建筑能耗影响的研究较少，尤其在方案设计阶段。利用建筑能耗模拟软件DEST，对北京地区的几种典型的宿舍布局进行模拟比较，将建筑平面优化设计和节能目标相统一，归纳出之间的采暖能耗关系，期望对宿舍优化设计给予指导。
