圖1 鹽城市日月星城幼兒園項(xiàng)目效果圖
項(xiàng)目概況
鹽城日月星城幼兒園是中國夏熱冬冷地區(qū)第一個(gè)幼兒園被動(dòng)式低能耗建筑示范項(xiàng)目，項(xiàng)目位于江蘇省鹽城市城南新區(qū)，總建筑面積1524m2，占地面積為762m2，建筑共2層，底層高度4.2m，二層高度4.5m，建筑為框架結(jié)構(gòu)，體型系數(shù)0.28。
江蘇省鹽城市屬于夏熱冬冷地區(qū)，冬天濕冷，夏季較熱，被動(dòng)式低能耗建筑既減少化石一次能源的使用，又能保證建筑使用舒適度，并符合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及人們的生活習(xí)慣，該項(xiàng)目在用能極低的情況下，為小朋友提供安全舒適的室內(nèi)環(huán)境。（圖1）
建筑節(jié)能做法
該示范項(xiàng)目各系統(tǒng)均采用整體系統(tǒng)供應(yīng)并施工。建筑外墻采用巖棉外保溫系統(tǒng)，200mm厚巖棉帶，墻體傳熱系數(shù)0.18W/(m·K)，分別為120mm和80mm兩層錯(cuò)縫鋪設(shè)，鋪壓兩層玻纖網(wǎng)格布加以防護(hù)，并配備窗口連接線條、滴水線條、護(hù)角線條、預(yù)壓防水密封帶等系統(tǒng)配件，提高了外保溫系統(tǒng)保溫、防水和柔性連結(jié)的能力。
外門窗采用高效保溫鋁包木窗，整窗傳熱系數(shù)為0.9W/（m2·k），整窗無熱橋構(gòu)造安裝，窗框與外墻連接處采用室內(nèi)側(cè)防水隔汽膜和室外側(cè)防水透氣膜組成的密封系統(tǒng)。
項(xiàng)目的一大特點(diǎn)使用了活動(dòng)外遮陽系統(tǒng)，外遮陽設(shè)備采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，并具有智能化感應(yīng)控制，根據(jù)太陽能照射及角度變化可自動(dòng)升降百葉和調(diào)節(jié)百葉角度，葉片調(diào)節(jié)量在0°~90°之間，光通量可以控制在3%~100%范圍內(nèi)，葉片關(guān)閉時(shí)，遮陽系數(shù)可達(dá)到0.10，可遮蔽外窗輻射傳熱量90%的熱量，葉片水平時(shí)，遮陽系數(shù)達(dá)到0.20，也能夠遮蔽外窗輻射傳熱量80%的熱量，很大程度上降低建筑制冷負(fù)荷和制冷能耗。智能感應(yīng)控制系統(tǒng)百葉簾保證了百葉簾依據(jù)風(fēng)、光、雨、溫度自動(dòng)收起，并保護(hù)百葉簾在霜凍、大風(fēng)時(shí)等有害氣候條件下不受損害。（圖2、3）
圖2 智能化活動(dòng)外遮陽系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)圖
圖3 外遮陽系統(tǒng)控制顯示面板圖
并根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚝陀變簣@環(huán)境特點(diǎn)，新風(fēng)系統(tǒng)采取真空除濕技術(shù)及石墨烯熱能轉(zhuǎn)換芯體，從而達(dá)到對(duì)新風(fēng)有效地除濕及溫度合理控制。通過設(shè)備標(biāo)配的云測(cè)儀可以將室內(nèi)的溫度、濕度、CO2及PM2.5等凈化數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在室內(nèi)的液晶控制面板上，云平臺(tái)系統(tǒng)通過賬號(hào)管理，可將凈化數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)推送至園方領(lǐng)導(dǎo)及家長(zhǎng)手機(jī)APP客戶端。氣密性測(cè)試結(jié)果為正負(fù)壓50MPa下?lián)Q氣次數(shù)分別為為0.16次/h和0.15次/h，氣密性能優(yōu)異。
建筑能耗分析
1 建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、熱工、設(shè)備、及內(nèi)部熱源參數(shù)
該項(xiàng)目被動(dòng)房區(qū)域計(jì)算面積為1454.44m2，其中廚房隔除在被動(dòng)房區(qū)域外，與廚房隔離墻體保溫材料應(yīng)用100mm厚巖棉帶，隔墻傳熱系數(shù)為0.33 W/(m2·K)，底板保溫材料為150mm擠塑聚苯板，底板傳熱系數(shù)0.18W/(m2·K)，外墻和屋頂應(yīng)用200mm巖棉傳熱系數(shù)為0.18W/(m2·K)，外窗采用鋁包木窗，三玻兩腔雙Low-E中空玻璃，整窗傳熱系數(shù)0.9 W/(m2·K)，玻璃太陽能得熱系數(shù)g值為0.37，表1為本項(xiàng)目建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)。
表1 建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)
根據(jù)氣象局近10年平均室外逐時(shí)溫度數(shù)據(jù)，擬定鹽城市被動(dòng)式低能耗建筑采暖期為11月13日-04月04日，共計(jì)143天，其中寒假時(shí)間擬為1月9日-2月9日，制冷期計(jì)算期為06月01日-08月31日，其中暑假時(shí)間擬為7月6日-8月29日。通風(fēng)換氣次數(shù)為0.75h-1，采暖期熱回收效率83%，制冷期熱回收效率67%，兒童人數(shù)165，教職工共20人，其中男10人，女10人。建筑熱工、設(shè)備及內(nèi)部熱源參數(shù)選取詳見表2。
表2 建筑計(jì)算環(huán)境、設(shè)備及內(nèi)部熱源參數(shù)
2 建筑負(fù)荷和能耗計(jì)算結(jié)果
通過對(duì)項(xiàng)目建筑逐時(shí)熱平衡能耗計(jì)算與分析，得出建筑在考慮寒暑假和不考慮寒暑假（更加直觀分析出建筑本體能耗情況）兩種情況下分別給出建筑能耗指標(biāo)，如表3所示，其中因?yàn)樨?fù)荷計(jì)算時(shí)空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算溫度取值不變，所以兩種情況下負(fù)荷計(jì)算結(jié)果不變，而考慮寒暑假情況下是去掉寒暑假天數(shù)計(jì)算得出的能量需求，結(jié)果明顯變小。
表3 建筑負(fù)荷及能耗指標(biāo)表
3 負(fù)荷和能耗分析
制冷期冷負(fù)荷和冷需求分析
通過能耗計(jì)算分析得出整個(gè)建筑全天冷負(fù)荷隨時(shí)間變化趨勢(shì)如下圖4所示，全天最大冷負(fù)荷為26.12W/m2，最大峰值時(shí)刻出現(xiàn)在幼兒園放學(xué)前的時(shí)刻，圖5為建筑各部分造成的冷負(fù)荷值，其中人體冷負(fù)荷值對(duì)整個(gè)制冷負(fù)荷影響較大，為12.44W/m2，占比46%，原因?yàn)橛變簣@人員比較集中密度較大。該項(xiàng)目應(yīng)用傳熱系數(shù)低的外門窗，并且應(yīng)用了活動(dòng)外遮陽系統(tǒng)，很大程度上減小了外門窗系統(tǒng)對(duì)能量消耗，制冷負(fù)荷由36.15W/m2減小到26.12 W/m2，冷需求（不考慮寒暑假情況下）由29.46 kWh/(m2a)減小到20.53 kWh/(m2a)。
圖4 全天冷負(fù)荷隨時(shí)間變化曲線圖
圖5 全天最大冷負(fù)荷構(gòu)成分析圖
圖6為考慮暑假情況下在制冷期冷需求構(gòu)成分析圖，冷需求值為7.97kWh/(m2a)，人體冷需求為4.65 kWh/(m2a)，占比最大，由于應(yīng)用外遮陽系統(tǒng)，因外窗輻射得熱造成的冷負(fù)荷占比減小。圖7給出不考慮暑假情況下冷需求構(gòu)成分析圖，更加直觀反映出建筑本身各部分對(duì)建筑冷需求影響大小，總的冷需求為20.53 kWh/(m2a)。
圖6 考慮暑假情況下冷需求構(gòu)成分析圖
圖7 不考慮暑假制冷期冷需求構(gòu)成分析圖
采暖期熱負(fù)荷和熱需求分析
冬季采暖期最大熱負(fù)荷為15.23 W/m2，圖8為熱負(fù)荷構(gòu)成分析圖，外圍護(hù)傳熱損失熱造成熱負(fù)荷為13.26 W/m2，通風(fēng)造成熱負(fù)荷6.90 W/m2，總計(jì)20.16 W/m2，利用內(nèi)部熱源得熱減小4.93W/m2計(jì)算得出最大熱負(fù)荷。
圖8 熱負(fù)荷構(gòu)成分析圖
采暖期能量得失平衡如圖9所示，得熱柱狀圖顯示通過太陽輻射、人體、照明、設(shè)備這四種自然的得熱方式，可以補(bǔ)償采暖期失熱量的73%，其中人體得熱和外窗輻射占比較大，采暖期熱需求為4.82kWh/(m2a)，占總失熱量的27%。
圖9 考慮寒假時(shí)間采暖期能量得失平衡圖
不考慮寒假時(shí)間采暖期熱需求為7.33kWh/(m2a)，占總失熱量的30%，各系統(tǒng)能量得失平衡詳見圖10。
圖10 不考慮寒假時(shí)間采暖期能量得失平衡圖
總結(jié)
該項(xiàng)目是我國夏熱冬冷地區(qū)第一個(gè)被動(dòng)式低能耗幼兒園項(xiàng)目，根據(jù)建筑特點(diǎn)和當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，通過被動(dòng)式低能耗建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，各系統(tǒng)優(yōu)異技術(shù)參數(shù)和施工質(zhì)量保證，極大降低了該示范項(xiàng)目負(fù)荷和能耗水平。通過項(xiàng)目能耗計(jì)算可以看到，幼兒園人員數(shù)量較大，對(duì)建筑的得熱影響較大，增加了制冷期冷負(fù)荷和冷需求，同時(shí)，減小了采暖期熱負(fù)荷和熱需求，遮陽系統(tǒng)有效降低了夏季由于外窗太陽輻射帶來較大制冷能耗。該幼兒園示范項(xiàng)目可以在用能極低的情況下為小朋友提供安全舒適的室內(nèi)環(huán)境，在該地區(qū)做被動(dòng)式低能耗幼兒園項(xiàng)目具有重要的示范意義。
本文原標(biāo)題為：《鹽城日月星城幼兒園被動(dòng)式低能耗建筑能耗分析》；作者單位：住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心康居認(rèn)證中心 高慶；原文刊登于《建設(shè)科技》雜志，版權(quán)歸期刊編輯部及作者所有。
