某幼儿园超低能耗建筑设计探讨

徐涵，毛洪山，杨剑峰

（1.江苏龙腾工程设计股份有限公司；2.南京市新型建筑工业化工程研究中心）

1 引言

2018年，我国建筑全生命周期碳排放总量是49.3亿tCO2，占全国能源总碳排放量的50%以上，并且还在呈上升趋势[1]，因此，在国家“双碳”政策的背景下，建筑行业发展低碳化、甚至零碳化的技术路线将成为未来的趋势。本文以某超低能耗幼儿园建筑为案例，对该建筑的设计内容和建筑能耗进行了详细分析探讨。

2 工程概况

此幼儿园建筑地上三层，高12.6m。规划建设用地面积约33880.66m2，总建筑面积116914.69m2，其中，地上79230.45m2，地下37684.24m2，总建筑密度30%，综合容积率2.3，绿地率35%。停车位包括968辆机动车和3084辆非机动车，总户数为1266人。

3 超低能耗建筑指标

超低能耗建筑对能耗的要求是通过被动式技术手段，大幅降低建筑供暖、制冷、照明、生活热水以及电梯能耗需求，通过主动技术提高能源设备与系统效率，其建筑综合能耗应较《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015降低50%以上，建筑本体能耗降低20%以上，并充分利用可再生能源。

该幼儿园建筑以《近零能耗建筑技术标准》GB/T 51350-2019、《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015、《建筑节能气象参数标准》JGJ/T 346-2014等绿色建筑相关标准为设计依据。

4 超低能耗建筑技术措施

4.1 建筑被动式设计

首先，对建筑布局与形体进行了优化，建筑位于东湄滨水公园、未来绿谷与潭头山体育公园之间，四面都是绿色植被，有利于夏季自然通风。同时，优化了各立面窗墙比，同时利用可调节外遮阳，协调自然通风、采光与夏季遮阳之间的矛盾，使建筑体形系数为0.27。

其次，对围护结构热工性能进行了优化，屋面保温层采用130mm挤塑聚苯乙烯泡沫板（XPS）（导热系数0.030W/(m2•K)，燃烧性能B1级），屋面平均传热系数为0.25W/（m2•K)）；外墙保温采用两种方案，方案一是采用外墙外保温薄抹灰系统，保温材料为80mm热固复合板外保温（导热系数0.05，燃烧性能A级）和25mm保温砂浆内保温，外墙平均传热系数为0.40W/（m2•K）。方案二是采用无机轻集料保温板内外复合保温系统，保温材料为55mm珠光砂保温板外保温（导热系数0.05，燃烧性能A级）和25mm珠光砂保温板内保温，外墙平均传热系数为0.40W/（m2•K）；窗选用高性能外窗，其中玻璃采用g值为0.53的玻璃，可见光透射比为0.60，传热系数为1.4W/（m2•K)），外窗气密性等级达到8级。入户门选用高性能外门，传热系数为1.4W/（m2•K），外门气密性等级达到8级；考虑夏热冬冷地区夏季遮阳、冬季得热、春秋季自然通风及自然采光需求，采用智能调节的中置遮阳系统。东西南北向外窗均采用中置遮阳，实现遮阳系统的可调节。

最后，关于热桥处理和气密性优化，外窗洞口采用耐久密封材料密封与结构墙之间的缝隙，室内和室外侧分别设置防水隔汽膜和防水透气膜，外窗与墙体连接处，采用发泡剂进行结构缝填充；屋面保温层与外墙保温层连续，室外侧设置防水层、内侧设置隔汽层。屋面女儿墙部位采用保温全包裹，屋面采用防潮隔汽层和防水层，延伸至女儿墙。天沟拟采用金属成品组装；对出屋面立管部位，在排气管外侧和墙体外侧及顶部均包裹40mm硅墨烯保温层。风帽底座与反梁之间铺设有隔热垫块，隔热垫块通过断热桥锚栓与墙体连接。墙体内侧的排气管道铺设防水隔汽膜，铺设长度不小于40mm，起到防水效果。

4.2 建筑主动式能源设计

冷热源采用土壤源热泵系统，夏季制冷COPc=5.0，供回水温度6/12℃，冬季制热COPh=4.6，供回水温度45/39℃。新风机组全热交换效率≥70%，空调新风系统单位风量耗功率Ws≤0.24W/(m3·h)，PM2.5净化效率达95%以上，每层送风管主管设置消毒装置，风管设置清洗、消毒的可开闭窗口。由于卫生间数量较多，所需新风量较大，若不做热回收处理，将导致建筑能耗增加。卫生间做负压处理，新风量为排风量的75%，以保证卫生间污浊空气不外溢至过道、教学区等房间，设备24h运行。活动室、办公室等房间做正压处理，新风量为排风量的120%，以保证室内处于微正压。

生活热水采用空气源热泵系统，具有超大水量、经济、适用范围广、持久恒温、安全环保、噪音小、可供多人使用的特点。

照明采用LED高效照明灯具，照明功率密度达到《建筑照明设计标准》GB50034照明功率密度目标值的70%以下，走廊、楼梯间采用感应照明控制技术，具有智能照明控制功能；电梯采用群控，当电梯无外部召唤时，自动关闭轿厢照明及风扇，并停止。

建筑智能控制包括两个部分。①建筑室内环境和能耗监测：分层、分朝向监测室内环境（主要空间设置温湿度、CO2浓度等传感器），数据传至空调系统进行联动调节。屋顶设有室外温湿度和太阳辐照度传感器，参数也用于调节外遮阳系统。对用能系统进行分项计量，其中对电梯能耗进行单独计量，并且对供暖空调、照明配线设置计量电表、用于后期的运行数据分析。同时单独设置光伏发电系统电量表收集实时数据。②建筑设备监控系统：采用全网络（TCP/IP）型分布式架构，控制范围包括地源热泵、风机盘管、空气源热泵热水机组、新风机组、电梯、灯光控制、泛光照明、自动外遮阳等。

光伏发电系统采用分散式屋顶光伏，以花与亭为启发，形成标准化的光伏遮阳建筑小品。根据建筑立面和屋顶的太阳辐射分布分析，优化光伏板布置的位置。经过PKPM模拟，建筑用能需求为20.02kWh（/m2•a），包括供暖空调、照明、电梯、生活热水等功能；而光伏发电系统可再生能源发电量为262.69kWh（/m2•a）。

4.3 建筑能耗模拟

采用PKPM绿建节能软件进行能耗模拟，主要参数设置见表1。设计建筑的单位建筑面积热负荷累计值和单位建筑面积冷负荷累计值与基准建筑相比减少了32.05%和68.00%（见表2）。建筑能耗和可再生能源产量见表3。建筑综合节能率和建筑本体节能率分别为51.44%和40.65%，满足《近零能耗建筑技术标准》中对超低能耗建筑的要求（建筑综合节能率不小于50%；建筑本体节能率不小于20%）。

表1 主要参数设置

表2 单位建筑面积热/冷负荷累计值与基准建筑相比

表3 建筑能耗和可再生能源产量

续表

4.4 增量成本分析

增量成本是指某一特定决策方案（能给将来带来增量利润的方案）引起的全部成本变化。与沉没成本相对应，沉没成本指已经付出且不可收回的成本。在对某拟建项目进行经济效益评价时，必须从经济角度鉴别哪些是属于该项目的增量成本，然后衡量其数额，从而确定拟建项目的成本总额。该幼儿园建筑的增量成本见表4，总技术增量为1500元/m2。

表4 建筑增量成本

5 结语

该幼儿园超低能耗建筑通过主动式与被动式技术结合，大幅度降低建筑能耗，建筑综合节能率和建筑本体节能率分别为51.44%和40.65%，满足《近零能耗建筑技术标准》中对超低能耗建筑的节能率要求。另外，采用分散式屋顶光伏充分利用可再生能源，使建筑达到超低能耗建筑指标，为推进建筑领域碳减排、协同推动能耗强度和碳排放强度下降贡献一份力量，助力实现“双碳”目标。