社區(qū)配套幼兒園適宜性節(jié)能設(shè)計(jì)研究

錢琰　張一兵　顧賢光

關(guān)鍵詞：社區(qū)幼兒園;適宜性;規(guī)劃布局;節(jié)能設(shè)計(jì);節(jié)能技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU244.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2022）06-0070-03

隨著科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展及一系列能源問題的出現(xiàn)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到節(jié)能的重要性，尤其在建筑行業(yè)，對(duì)節(jié)能的重視已經(jīng)成為一個(gè)世界性的行為[1]。世界各國(guó)的建筑節(jié)能工作從政策法規(guī)、技術(shù)體系到技術(shù)研發(fā)，均在全面推進(jìn)和展開，近日發(fā)布的“十四五”規(guī)劃和二零三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要中也明確貫徹節(jié)能優(yōu)先方針，推進(jìn)建筑領(lǐng)域節(jié)能，實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造等重點(diǎn)工程[2]。雖然幼兒園建筑在全部建筑中所占的比例不是很大，但由于建筑數(shù)量較多，對(duì)室內(nèi)環(huán)境要求較高，每年的能耗量也不容小覷，并且幼兒園建筑的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)至今尚未有匹配的標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)，因此幼兒園建筑具有很大的節(jié)能潛力，尤其是社區(qū)配套幼兒園。隨著城市化進(jìn)程的加快，標(biāo)準(zhǔn)化社區(qū)的數(shù)量也越來越多，社區(qū)幼兒園的低碳節(jié)能研究，對(duì)發(fā)展節(jié)約型社會(huì)具有重要作用[3]。

1社區(qū)幼兒園節(jié)能現(xiàn)狀

1.1國(guó)外研究現(xiàn)狀

日本于二十世紀(jì)九十年代制定了《幼兒園教育要領(lǐng)》，認(rèn)為家庭、幼兒園和社會(huì)要緊密結(jié)合在一起，三者共同努力實(shí)現(xiàn)幼兒教育的健康發(fā)展。西方發(fā)達(dá)國(guó)家的社區(qū)幼兒園設(shè)計(jì)及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較高，建筑師注重與環(huán)境相結(jié)合，更傾向于節(jié)能、環(huán)保、綠色的自然材料，如木材作為主要建材，應(yīng)在滿足功能要求的同時(shí)，盡量減少能耗[4]。

1.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

二十世紀(jì)九十年代末，我國(guó)社區(qū)服務(wù)與配套教育設(shè)施體系逐漸發(fā)展、日益完善，為廣大居民提供了便捷周到的社區(qū)服務(wù)。三胎政策的出臺(tái)及早期幼教觀念的不斷改變，推動(dòng)著學(xué)前教育的快速健康發(fā)展，社區(qū)配套幼兒園數(shù)量不斷增加，而且園區(qū)規(guī)模也在逐漸擴(kuò)大。尤其是最近幾年，基本上每個(gè)社區(qū)都有配套的幼兒園，國(guó)家對(duì)幼兒園的規(guī)劃建設(shè)及運(yùn)行管理越來越重視。但是相比較于國(guó)外的幼兒園，我國(guó)幼兒園發(fā)展的時(shí)間較短，呈“標(biāo)準(zhǔn)化”“低造價(jià)”等特征，空間形式較為單一，節(jié)能水平不高。

2社區(qū)幼兒園節(jié)能方面存在的問題

目前，社區(qū)幼兒園由于投資、商業(yè)收益等諸多方面因素的限制，幼兒園的建設(shè)與室內(nèi)裝修標(biāo)準(zhǔn)較低，節(jié)能技術(shù)使用不多，可持續(xù)性不高[5]。通過調(diào)研和查閱資料發(fā)現(xiàn)，社區(qū)幼兒園建筑無論從規(guī)劃布局、建筑能耗，還是室內(nèi)環(huán)境舒適度水平來看，都存在著許多問題。

2.1規(guī)劃布局不合理

2.1.1規(guī)劃布局對(duì)建筑采光通風(fēng)的影響

社區(qū)幼兒園作為高容積率、高樓層、低密度的居住社區(qū)的配套公共服務(wù)設(shè)施，通常被認(rèn)為是居住社區(qū)規(guī)劃的一個(gè)附屬組成部分，開發(fā)商對(duì)居住社區(qū)幼兒園規(guī)劃建設(shè)的重視程度不高，往往將優(yōu)越的位置與空間資源直接讓給住宅，而社區(qū)幼兒園常被設(shè)置于居住社區(qū)的角落位置或者將社區(qū)幼兒園布置在高層住宅樓之間，存在幼兒園被周圍高層住宅遮擋的現(xiàn)象，使得幼兒園占地面積較小、采光通風(fēng)條件較差[6]。另一方面，尤其是寒冷地區(qū)或夏熱冬冷地區(qū)的幼兒園建筑，在采暖制冷的時(shí)候，門窗緊閉，也沒有新風(fēng)系統(tǒng)，造成室內(nèi)空氣不流通，通風(fēng)條件較差。

2.1.2規(guī)劃布局對(duì)室內(nèi)噪音的影響

社區(qū)幼兒園在規(guī)劃布局時(shí)，不可避免的與整個(gè)社區(qū)形成相互干擾。幼兒在戶外活動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的噪音對(duì)社區(qū)居住環(huán)境造成了干擾，同時(shí)有的幼兒園在規(guī)劃選址時(shí)布置在車行道或者公共活動(dòng)空間附近，外部環(huán)境復(fù)雜，噪音較大，不利于幼兒園兒童的學(xué)習(xí)生活。

2.1.3周圍綠化環(huán)境較差

良好的綠化設(shè)計(jì)不僅能有效隔絕噪聲干擾，還能調(diào)節(jié)區(qū)域微氣候、防塵、美化環(huán)境。目前絕大多數(shù)幼兒園場(chǎng)址的環(huán)境設(shè)計(jì)缺乏考慮，綠化設(shè)施不足，幼兒園建筑周圍也沒有設(shè)計(jì)綠化帶。

2.2室內(nèi)舒適度差且能耗大

目前，幼兒園的平面布局形式較多，有連廊式、中廳式及庭院式，但每種形式都有自己的弊端，通風(fēng)換氣效果不佳或者建筑體形系數(shù)較大，不利于節(jié)能保溫。因此，為了維持室內(nèi)較高的舒適度，就會(huì)大量使用空調(diào)設(shè)備，能耗負(fù)擔(dān)很大。此外，由于幼兒園建筑層數(shù)較低，普遍不配置電梯，所以其主要用能設(shè)備集中在照明和暖通空調(diào)中。在調(diào)查中幼兒園建筑普遍為每個(gè)生活單元配備了空調(diào)，但空調(diào)在使用過程中，其建筑能耗比其他類型的教育建筑會(huì)更高[7]。

3社區(qū)幼兒園適宜性節(jié)能設(shè)計(jì)策略

3.1進(jìn)行良好的建筑規(guī)劃布局

在進(jìn)行幼兒園的規(guī)劃布局時(shí)，要從適宜性節(jié)能設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，綜合考慮場(chǎng)地選址的局限性和社區(qū)環(huán)境的復(fù)雜化，確定幼兒園的最佳位置，同時(shí)注重幼兒園環(huán)境設(shè)計(jì)的獨(dú)特性。

3.1.1綜合考慮幼兒園建筑的選址與布局

在進(jìn)行幼兒園的選址與布局時(shí)，要綜合考慮社區(qū)中住宅、幼兒園，以及其他配套設(shè)施的空間選址、日照、采光、通風(fēng)、防噪等方面的問題。現(xiàn)提出如下策略：（1）幼兒園建筑最好結(jié)合居住小區(qū)中心區(qū)的綠地設(shè)計(jì)，合理組織交通流線，遠(yuǎn)離車行道，遠(yuǎn)離空氣污染源，避免災(zāi)害發(fā)生，這樣處理不僅能使得建筑獲得良好的通風(fēng)采光條件，且同時(shí)還可以充分利用中心區(qū)的綠地作為幼兒的戶外活動(dòng)場(chǎng)地，改善園區(qū)微氣候，并使其形成相對(duì)獨(dú)立、安靜、安全的戶外環(huán)境場(chǎng)所;（2）將幼兒園布置在小區(qū)的下風(fēng)向，這樣做不僅能借助周圍高層住宅的遮擋，減少冬季冷風(fēng)滲透的不利影響，也能在夏季利用局部風(fēng)場(chǎng)優(yōu)化幼兒園的自然通風(fēng);（3）合理降低體形系數(shù)，較大的體形系數(shù)意味著建筑與外界接觸的表面積越大，熱量損失也就越大。在進(jìn)行幼兒園的平面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量選擇形式簡(jiǎn)單、凹凸變化較小的布局，有利于建筑節(jié)能。

3.1.2注重幼兒園建筑的環(huán)境設(shè)計(jì)

幼兒園在進(jìn)行環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合幼兒園建筑服務(wù)人群的特殊性，確保幼兒園空間場(chǎng)所的相對(duì)獨(dú)立性及安全性，避免與其他建筑之間的相互干擾。強(qiáng)化園區(qū)內(nèi)部的微氣候環(huán)境，提出如下策略：（1）結(jié)合建筑周邊自然環(huán)境條件及基礎(chǔ)設(shè)施來配置綠化植物，合理設(shè)置綠化帶;（2）幼兒園的室外活動(dòng)場(chǎng)地可采用集中綠地和局部綠化相結(jié)合的方式，集中綠地可以作為戶外種植園，同時(shí)設(shè)置透水地面（嵌草磚）及塑膠跑道，盡量減少夏季地面的熱反射。

3.2采用適宜的建筑節(jié)能技術(shù)

3.2.1適當(dāng)利用被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)

被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，可以提高幼兒園建筑的節(jié)能水平。在進(jìn)行幼兒園設(shè)計(jì)時(shí)，可將幼兒園的底層架空，不僅能提升通風(fēng)降噪效果，還能為兒童提供遮風(fēng)擋雨的室外活動(dòng)場(chǎng)地;適當(dāng)增大建筑南向的開窗面積，在提高采光的同時(shí)，可以改善夏季的通風(fēng)散熱，引入新鮮空氣;設(shè)計(jì)南向封閉陽臺(tái)，也是不錯(cuò)的選擇，在幼兒園活動(dòng)單元與室外之間形成過渡空間，緩沖極端天氣的驟熱驟冷現(xiàn)象，提高得熱率;大面積的玻璃窗會(huì)產(chǎn)生較大的可見光透射比，造成室內(nèi)過熱的現(xiàn)象，根據(jù)具體情況應(yīng)選擇合適的遮陽方式，有效減少室內(nèi)得熱率;較大的開窗面積在冬季會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的冷風(fēng)滲透，選擇導(dǎo)熱系數(shù)小、氣密性及抗風(fēng)壓性能級(jí)別高的外窗類型有利于減少能耗。

3.2.2做好圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱措施

提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱措施，是建筑節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。研究表明公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失約占70%—80%，通過合理地選擇構(gòu)造方式、建筑材料、門窗類型，將會(huì)有效提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，降低能耗，有效改善室內(nèi)環(huán)境。隨著建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的逐漸提高，保溫技術(shù)也在不斷發(fā)展，在進(jìn)行幼兒園設(shè)計(jì)時(shí)，外墻應(yīng)選擇導(dǎo)熱系數(shù)小、強(qiáng)度高的砌體結(jié)構(gòu)或者承重保溫復(fù)合墻體構(gòu)造類型;屋面優(yōu)先選擇倒置式屋面，保溫性能最佳;門窗要根據(jù)各種材料的各項(xiàng)性能綜合選擇，確?？茖W(xué)合理性，也要采用先進(jìn)的安裝技術(shù)，在不影響采光效果和視覺景觀的同時(shí)降低能耗，保存室內(nèi)熱量。

3.2.3積極引入新能源

積極利用可再生能源，如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?，是綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重要方面。幼兒園建筑采用太陽能熱水器系統(tǒng)，可以提供持續(xù)的熱水;幼兒園室外地面應(yīng)盡量采用透水地面（嵌草磚），不僅能減少地面輻射，還有利于雨水滲透，節(jié)約水源;地?zé)崮茏鳛橐环N清潔的可再生能源，優(yōu)勢(shì)明顯，寒冷地區(qū)的幼兒園建筑可以采用地源熱泵系統(tǒng)，較少的能量消耗可以產(chǎn)生更多的熱量或冷量;南方地區(qū)的幼兒園建筑可以采用節(jié)能、安全、環(huán)保的空氣源熱泵系統(tǒng)，能節(jié)約近3/4的電能，節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯。

3.2.4積極引入新型采暖形式

絕大部分幼兒園冬季采暖都是采用分體式空調(diào)，由于幼兒園建筑生活單元空間相對(duì)封閉，布局不靈活，分體式空調(diào)相比中央空調(diào)集中供熱具有優(yōu)勢(shì)，但是能耗較大，熱損失嚴(yán)重。地板輻射采暖，是一種比較舒適的采暖方式，通過地面向室內(nèi)均勻地輻射散熱，衛(wèi)生環(huán)保、高效節(jié)能，有利于兒童的身體健康[8]。

4社區(qū)配套幼兒園適宜性節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)踐

4.1項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目位于江蘇省徐州市沛縣某居住小區(qū)內(nèi)，該小區(qū)總用地面積92426.67m2。沛縣氣候冬季寒冷干燥，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，夏季高溫多雨，以東南風(fēng)為主，熱工分區(qū)上屬于寒冷地區(qū)[9]。如圖1所示，該社區(qū)幼兒園主體建筑面積1520.00m2，地上3層，局部2層，基于適宜性節(jié)能設(shè)計(jì)理念，將從幼兒園選址、環(huán)境設(shè)計(jì)、節(jié)能設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行分析。

4.2節(jié)能設(shè)計(jì)分析

4.2.1幼兒園選址

該小區(qū)幼兒園在規(guī)劃選址時(shí)，本著注重環(huán)境整體性和適宜性的設(shè)計(jì)原則。小區(qū)地勢(shì)平坦，綜合考慮沛縣的主導(dǎo)風(fēng)向，將幼兒園布置在小區(qū)中央下沉式景觀的北側(cè)，環(huán)形消防車道的內(nèi)部，避免噪音的干擾。這樣布置的特點(diǎn)在于：夏季社區(qū)風(fēng)場(chǎng)可以優(yōu)化幼兒園的室內(nèi)通風(fēng)效果，冬季又能遮擋寒風(fēng)，為孩子創(chuàng)造優(yōu)越的學(xué)習(xí)生活環(huán)境，在日照資源方面，保證生活單元日照均不少于3小時(shí)。

4.2.2環(huán)境設(shè)計(jì)

幼兒園在建筑形體推敲方面非常靈活，建筑體塊穿插咬合在一起，立面色彩變化豐富。不同的色彩既顯示了不同的功能分區(qū)，又體現(xiàn)了幼兒園建筑的活潑性，可以充分調(diào)動(dòng)孩子的觀察能力和興趣。用不同的適用材料劃分出了不同的戶外活動(dòng)場(chǎng)地，包括活動(dòng)器材、公共活動(dòng)及班級(jí)活動(dòng)等場(chǎng)地，以全面滿足適齡孩子各種活動(dòng)的需求。同時(shí)，通過搭配喬木、灌木、草地和花卉，使綠化景觀層次分明，在夏季也能夠發(fā)揮通風(fēng)遮陰、調(diào)溫的效果，如圖2所示。

4.2.3節(jié)能設(shè)計(jì)

參照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB50189-2015）》，利用PKPM軟件進(jìn)行能耗動(dòng)態(tài)模擬，形成了一套有針對(duì)性的節(jié)能設(shè)計(jì)方案[10]，確定最終體型系數(shù)為0.33，各窗墻比均滿足設(shè)計(jì)需求（如表1）。

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失是建筑耗能的主要因素，優(yōu)化其構(gòu)造做法和保溫材料種類可有效地實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)，如表2所示。

該項(xiàng)目因非供暖樓梯間與供暖房間之間的隔墻、架空樓板不符合規(guī)定性指標(biāo)需要進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能動(dòng)態(tài)計(jì)算，幼兒園單位面積空調(diào)和采暖年用電量計(jì)算結(jié)果，如表3所示。

綜上，建筑全年能耗設(shè)計(jì)值小于參考值，節(jié)能設(shè)計(jì)要求達(dá)到《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB50189-2015）》65%的標(biāo)準(zhǔn)。

5結(jié)語

社區(qū)幼兒園的節(jié)能設(shè)計(jì)已是大勢(shì)所趨，亦是時(shí)代發(fā)展的需要。盡管社區(qū)幼兒園因場(chǎng)地的限制條件較多，設(shè)計(jì)難度增加，但依然可以從適宜性節(jié)能設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對(duì)社區(qū)幼兒園的規(guī)劃布局、建筑節(jié)能等方面進(jìn)行深入探討，總結(jié)出適宜的節(jié)能設(shè)計(jì)方法與策略，提升社區(qū)幼兒園建筑的整體節(jié)能水平。