中国南极科学考察站建筑节能现状及可行性研究论文全文

中国南极科学考察站建筑节能现状

及可行性研究

摘要中国南极科学考察站的建筑节能具有非常特殊的意义，在保护环境、节约运行成本、改善考察

站的居住环境等方面均有体现，同时也能展现我国的国力及在建筑节能方面的研究成果。本文对我国两站的采暖通风与节能现状进行了分析，指出了目前存在的问题及不合理之处，同时阐述了国外南极科学考察站的部分节能措施，并提出了一些可能的节能策略，如采用合理的热源及采暖方式，回收柴油发电机的废热，提高围护结构的保温性能，减少通风热损失，开发太阳能、风能等可再生能源。

关键词南极采暖通风建筑节能

1. 引言

南极因其独特的地理环境，被科学家称为:“解开地球奥秘的钥匙”、“天然科学实验的圣地”。由于孤处一方，大气没有被污染，为观测天体，窥探外层空间奥秘等科学活动提供极好的条件。但是南极也是地球上著名的气候恶劣的地区，强风、冰雪、低温等都使科考人员面临严峻的考验。因此改善考察站的工作及居住环境是非常必要的。

我国在南极有两个科学考察站——长城站和中山站。长城站建成于1985年2月1O日，位于西南极洲南设得兰群岛乔治王岛南部，站区平均海拔高度1O米，距北京175O1.949公里。站内全年平均气温为-8℃，极限低温为-30℃，最大风速为36.5m/s,强风天气（大于8级风，风速为17.2～20.7m/s）为132天。长城站目前已初具规模，有各种建筑25座，建筑面积约2682平方米。

中山站建于1989年1月26日，位于东南极大陆拉斯曼丘陵，站区平均海拔高度11米，距北京12553.16O公里。站内全年平均气温为-9.5℃，极限低温为-33.6℃,最大风速为50.2m/s,强风天气为171天。中山站现有各种建筑15座，建筑面积约3305平方米。

2. 我国南极科学考察站采暖通风与节能现状

2.1 采暖现状

长城站目前有3台额定功率为128kW的柴油发电机，约有80％的发电量用于采暖，餐厅、发电栋、泵房、生活栋等均采用电暖器供暖。发电机的部分余热（约15％）供生活用水使用，其它热量通过冷却水和烟气排放。中山站配备了3台额定功率为165kW的柴油发电机，旧有建筑全部采用电暖器供暖，

2003年新建成的生活栋安装了采暖锅炉，一部分是热水散热器采暖，另一部分利用柴油发电机的冷却水（供水温度40～50℃，回水温度25～35℃）来实现地板辐射采暖。

图一长城站俯视图。

图二中山站俯视图。

2.2 通风现状

长城站和中山站基本上没有机械通风设施，主要是靠开启外窗自然通风换气的方式来满足人员对室内环境的要求。在南极自然通风主要带来两个后果，其一是能量的极大浪费，其二不利于自然通风的建筑因装修材料的气味很难散尽而导致室内空气品质很差。况且两站的强风天气有大半年，通过开窗来实现通风换气也很难实现。

2.3 节能现状

建筑布局、建筑体型、围护结构的保温材料等等都对建筑的节能效果有很大的影响。因缺乏充足的气象资料，早期长城站的全部建筑和中山站的主楼均与所处位置的主导风向垂直，冷风渗透及严重的积雪使得节能成为奢谈。建站初期考虑到施工的方便和风压的影响，考察站多为体型较小的单层架空装配式建筑，外围护结构面积较大，耗热量大。同时施工工艺等多种原因造成的建筑缝隙多，窗户密闭性差也是能量损失的一条途径。目前两站的窗户大多为普通的单框双玻可开启窗，传热系数约为4W/m2K，而且有多处破损；外墙采用聚苯夹心彩钢板，长城站聚苯乙烯泡沫保温板的厚度为12～15mm，中山站聚苯乙烯泡沫保温板的厚度为18～20mm，均不能满足国内相关的建筑节能规范的要求，此外，这种轻质建筑材料蓄热能力差，导致室内温度日夜波动较大，且极不均衡。

3. 国外科学考察站采暖通风与节能现状

美国的麦克默多站和澳大利亚的戴维斯（Davis）站在采暖通风及节能方面有很多值得我们借鉴的地方。澳大利亚的戴维斯站废弃了早期体型较小的房子，在原站区旁边重新建了一个新站。在采暖方面，新站一部分是地板辐射采暖（热源为柴油发电机的冷却水），另一部分为散热器采暖（热源为燃油锅炉提供的热水）；在通风方面，戴维斯站大部分窗户为固定窗，主要是依靠机械通风来保证室内的空气品质，新风经排风的预热再通过新风机组的加热后送入室内；在施工工艺方面，采暖管道及生活用水管道在室外架空敷设，所有的阀门处均用不锈钢小箱子包好，箱内是聚氨酯现场发泡的保温材料，管道弯头处采用热融连接。在建筑节能方面用，利用保温扣板来杜绝外墙板接缝处的冷桥，采用园角窗户来防止外墙受力不均造成的窗与墙之间的缝隙的出现。此外柴油发电机的排烟温度约为530度，通过热回收装置来预热燃烧需要的新鲜空气（长城站发电机已预留了回收排烟热量的接口）。

4. 我国南极科学考察站的节能策略及可行性

因南极的特殊地理位置，考察站所采取的各种节能措施既要安全、人性化，又要经济、实用，同时也要在施工、运行、维护等方面是可行的。

首先，提高围护结构的保温性能与减少通风能耗对于建筑节能的意义是显而易见的，在此不再赘述。两站柴油发电机废热的循环利用，也较目前主要依靠柴油发电机发电（效率约为30-40％）来采暖更为节能和环保。

其二，改善目前热水管线的保温状况也是节约能源的一种措施，合理布置室外采暖及生活热水管线，采用管中管（管道中间采用聚氨酯发泡保温）结构，并同时做电伴热保护。

再有，可再生能源的利用是未来的发展方向，包括太阳能、风能、水力能、地热能等等，其中只有太阳能和风能在南极最有可能进行开发和利用。太阳能是一种间断性的低密度能源，南极从5月到8

月为极夜，其他月份的日照时间也比较短，这种特殊的气候条件使得太阳能集热器集热面积大，效率低，无法大规模的使用，因此两站更适合采用被动式太阳能建筑，提高建筑物的蓄热能力，充分利用自然采光。例如：围护结构结合太阳能接收装置（如蓄热天花板，卵石蓄热层等），增加墙体蓄热能力。南极的风能潜力十分巨大，但是对其开发利用还存在诸多的问题，如大型的发电设备如何运送到南极，恶劣的环境对安装、施工非常不利，低温会使叶轮轮片结冰脆化，强风也会造成风力发电机不稳定，同时风力发电设施的选址对鸟类会产生一定的影响等等。因此利用风能要解决上述诸多问题，也需要生物学家介入，充分论证风力发电鸟类活动的影响。而目前从我国的国力及相关技术水平来看，风力发电还暂不适合现阶段采用。

5．结语

中国南极科学考察站旧有建筑改早是中国极地考察“十五”能力建设项目的一部分，其中建筑节能具有非常特殊的意义，在保护环境、节约运行成本、改善考察站的居住环境等方面均有体现，同时南极是一个国际舞台，各个国家在这里展现国力与国策，在南极的任何活动都会受到国际社会的关注，因此做好建筑节能工作，展现我国的综合实力，同时也充分显示中国政府对保护环境、可持续健康发展的高度重视。

参考文献

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[2]赵键. 建筑节能工程设计手册. 北京：经济科学出版社，2005

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