緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了1篇幼兒園建筑低碳設(shè)計(jì)探討，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！

1引言

《京都議定書》簽訂以后，氣候變化已成為全球范圍內(nèi)的重點(diǎn)議題，減少溫室氣體的排放以應(yīng)對(duì)氣候變暖成為世界范圍內(nèi)的共識(shí)，各大經(jīng)濟(jì)體均提出“碳減排”、“碳中和”的目標(biāo)，如美國、日本和歐盟均承諾2050年達(dá)到碳中和。2020年9月，中國也做出承諾——力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到二氧化碳排放峰值，并努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。2018年，我國建筑全壽命周期碳排放總量是CO249.3億t，占全國能源總碳排放量的50%以上，并且還在呈上升趨勢(shì)[1]，因此，在國家“雙碳政策”的背景下，建筑行業(yè)發(fā)展低碳化、甚至零碳化的技術(shù)路線將成為未來的趨勢(shì)。本文以南京市南部新城新建零碳幼兒園為案例，初步探討建筑全壽命周期內(nèi)夏熱冬冷地區(qū)公共建筑低碳化設(shè)計(jì)的技術(shù)路線。

2工程概況

本項(xiàng)目位于江蘇省南京市秦淮區(qū)，東北兩側(cè)緊鄰規(guī)劃住宅用地，規(guī)劃用地面積約4071.31m2，綠地面積1425.27m2，總建筑面積3121.56m2，容積率0.63，綠地率35.01%，其中1#單體為框架結(jié)構(gòu)，地上3層，主要功能為活動(dòng)單元、專用教室、教師辦公室等，地下1層主要功能為廚房、設(shè)備用房等后勤輔助用房；2#單體采用木結(jié)構(gòu)形式，地上1層為多功能活動(dòng)室，地下1層為設(shè)備用房。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)原則一是選擇綠色建材和裝修材料，通過合理朝向和空間布局盡可能最大化利用自然通風(fēng)和自然采光；二是盡量使用可再生能源。通過“被動(dòng)式+主動(dòng)式”設(shè)計(jì)，降低能源需求大約20%。

3機(jī)電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

3.1空調(diào)系統(tǒng)

首先，本項(xiàng)目緊鄰高端住宅G107地塊項(xiàng)目，該住宅項(xiàng)目設(shè)置集中空調(diào)系統(tǒng)，冷熱源采用土壤源熱泵系統(tǒng)，考慮到本項(xiàng)目相比G107項(xiàng)目體量較小，經(jīng)過與住宅項(xiàng)目開發(fā)商協(xié)商，幼兒園空調(diào)末端接入G107地塊的地源熱泵大系統(tǒng)，幼兒園地塊內(nèi)不再單獨(dú)設(shè)置冷熱源。G107地塊項(xiàng)目設(shè)置了1020口地源井，采用雙U型地埋管換熱器，有效深度120m，通過1臺(tái)螺桿式地源熱泵機(jī)組向住宅新風(fēng)系統(tǒng)和幼兒園空調(diào)末端供冷和供熱。冬季，熱泵機(jī)組從巖土體中吸收熱量，向建筑物供暖，供回水溫度45/39℃；夏季，熱泵機(jī)組從室內(nèi)吸收熱量并轉(zhuǎn)移釋放到巖土體中，實(shí)現(xiàn)建筑物空調(diào)制冷，供回水溫度6/12℃，在保證舒適室內(nèi)環(huán)境的同時(shí)能盡量減少空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗和碳排放。其次，新風(fēng)系統(tǒng)采用帶除霾功能（PM2.5去除率≥95%）的全熱回收新風(fēng)機(jī)組，熱回收效率在65%以上，在有效降低建筑物新風(fēng)負(fù)荷的同時(shí)保證健康的室內(nèi)環(huán)境要求。

3.2水電系統(tǒng)

首先，采用了“光儲(chǔ)直柔”技術(shù)的太陽能光伏系統(tǒng)。各照明場(chǎng)所照明功率密度值按國標(biāo)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034—2013）和《江蘇省綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DGJ32/J173-2014）中規(guī)定的目標(biāo)值執(zhí)行，各照明場(chǎng)所選用高效燈具，開敞式不低于75%，辦公等大面積照明場(chǎng)所燈具效率不低于70%，功率因數(shù)不小于0.9。照明系統(tǒng)采取節(jié)能延時(shí)開關(guān)控制、定時(shí)控制、照度調(diào)節(jié)等節(jié)能控制措施。其次，設(shè)置中水回用系統(tǒng)，進(jìn)一步提高非傳統(tǒng)水源利用率，降低碳排放。

3.3可再生能源系統(tǒng)

本項(xiàng)目應(yīng)用的可再生能源主要有地源熱泵、太陽能生活熱水以及光伏發(fā)電；生活熱水全部來自太陽能，其供能量不計(jì)入生活熱水耗能量。2#單體（多功能活動(dòng)室）設(shè)計(jì)了光儲(chǔ)直流光伏發(fā)電系統(tǒng)，屋頂安裝了容量為15kWp固定式多晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)，并配合建設(shè)一套化學(xué)儲(chǔ)能單元，24kWh磷酸鐵鋰電池。當(dāng)光照充足時(shí)，該系統(tǒng)可供活動(dòng)室全部建筑用電、儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，余電供北側(cè)樓（1#單體）使用；光照不足時(shí)，由儲(chǔ)能系統(tǒng)給多功能活動(dòng)室供電。同時(shí)建設(shè)一套電源配電系統(tǒng)，用于對(duì)分布式電源和負(fù)荷進(jìn)行組網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)就地支路的測(cè)量與控制，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行模式通過設(shè)置可自動(dòng)轉(zhuǎn)換，光伏發(fā)電自發(fā)自用，與電網(wǎng)并網(wǎng)不上網(wǎng)。根據(jù)測(cè)算，該光伏發(fā)電系統(tǒng)理論年發(fā)電量約1.64萬kWh（折合成減少的碳排放量約CO213275.8kg/a）。

3.4控制系統(tǒng)

設(shè)置智慧建筑管理平臺(tái)，集成能耗監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、室內(nèi)外空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、水暖電設(shè)備控制等功能，保證建筑機(jī)電系統(tǒng)的節(jié)能低碳運(yùn)行。

4被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)

4.1朝向和空間布局

本項(xiàng)目?jī)蓷潌误w基本建筑功能分區(qū)如圖1所示，1#單體坐北朝南，保證了幼兒園室外活動(dòng)場(chǎng)地和活動(dòng)單元房有充足的光照，2#多功能活動(dòng)室設(shè)置在南側(cè)，且與1#單體保持12.20m的間距，既保證了多功能活動(dòng)室的采光，又避免了對(duì)1#單體東側(cè)活動(dòng)單元房的遮擋。1#單體為三層建筑，體型扁平，為解決內(nèi)區(qū)的采光、自然通風(fēng)問題，在建筑東西兩側(cè)采用了中庭設(shè)計(jì)，夏季和過渡季節(jié)，可以利用“煙囪”效應(yīng)，通過中庭垂直通道實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，改善室內(nèi)微氣候，減少夏季大廳空調(diào)開啟時(shí)間。屋頂?shù)奶齑跋到y(tǒng)采用的是太陽能動(dòng)力窗技術(shù)，智能開關(guān)由太陽能供電，實(shí)現(xiàn)年能源消耗低于25kWh/（m2.a），而且剩余的能量負(fù)荷能通過擋光板抵消殆盡。

4.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工設(shè)計(jì)

對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)而言，圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能對(duì)建筑物整體能耗的影響不如寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)。根據(jù)文獻(xiàn)[2]，對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)建筑物，加強(qiáng)外墻保溫利于降低冬季空調(diào)熱負(fù)荷，但會(huì)增加空調(diào)季的制冷能耗，并且當(dāng)外墻保溫性能達(dá)到一定值后，再加強(qiáng)保溫性能對(duì)于建筑空調(diào)負(fù)荷的影響就比較小了，因此，外墻保溫性能存在一個(gè)經(jīng)濟(jì)上限值。

4.3外墻開窗和遮陽設(shè)計(jì)

夏熱冬冷地區(qū)的建筑，外墻可開窗面積越大，越利于自然采光和通風(fēng)，但同時(shí)也會(huì)帶來建筑能耗的增加，因此需要進(jìn)行合理的窗墻面積比計(jì)算來保證既充分利用自然采光和通風(fēng)，又避免建筑能耗損失。同時(shí)，再輔助合理的遮陽措施可以有效降低夏季建筑物輻射得熱。本項(xiàng)目?jī)蓚€(gè)單體各方向外窗窗墻面積比均遠(yuǎn)小于《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2015）要求的限值，外墻開窗和遮陽設(shè)計(jì)詳見表1。

4.4木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2#單體（多功能活動(dòng)室）采用以膠合木（膠合層壓木材，簡(jiǎn)稱GLT）為主的木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建筑高度為6.10m，屬于單層建筑。相比傳統(tǒng)建筑，采用木材為主要建材的建筑利于減少建造階段的碳排放，根據(jù)相關(guān)研究，建造階段單位建筑面積鋼結(jié)構(gòu)、混凝土和木結(jié)構(gòu)（落葉松）建材的二氧化碳排放量分別為CO2396kg/m2、CO2259kg/m2、CO210.6kg/m2[3]，木結(jié)構(gòu)建筑碳排放量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)建筑，且木材原料為自然生產(chǎn)，其生長(zhǎng)過程對(duì)于人類環(huán)境而言具有二氧化碳匯聚和固定的能力，這是其他傳統(tǒng)建材無法比擬的，木材是“唯一真正天然和可再生的建筑材料”。本項(xiàng)目所采用的膠合木是一種優(yōu)質(zhì)、美觀、可降解的工程復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑等工程領(lǐng)域。得益于木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，2#單體建材生產(chǎn)階段單位平方建筑面積碳排放量?jī)H200KgCO2/m2，遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)建筑。綜上，本項(xiàng)目建筑主要建材生產(chǎn)階段碳排放總量Cm=1476270kgCO2。此外，為了配合2#單體的木結(jié)構(gòu)裝修效果，空調(diào)機(jī)房設(shè)置于地下室，并在多功能活動(dòng)室四周布置僅高出地面1.5m左右的送回風(fēng)豎井，采用下部送風(fēng)、下部回風(fēng)的空調(diào)氣流組織形式，通過控制出風(fēng)口風(fēng)速，使氣流在浮升力的作用下以類似層流的方式置換室內(nèi)氣體。該送風(fēng)方式可以直接將新鮮空氣送入低位人員活動(dòng)區(qū)，形成分層空調(diào)的效果，與傳統(tǒng)的混合通風(fēng)相比，該送風(fēng)形式可為多功能活動(dòng)室提供較高的環(huán)境質(zhì)量（熱舒適性與空氣品質(zhì)）和能量利用效率[4]。

5結(jié)語

幼兒園建筑由于其規(guī)模小、能耗低、運(yùn)營管理易控，易于實(shí)現(xiàn)和操作零碳建筑技術(shù)，在推廣零碳建筑方面具有先天優(yōu)勢(shì)。建材生產(chǎn)階段使用了低碳木材（2#單體為木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)），建筑使用階段對(duì)可再生能源（地源熱泵、太陽能熱水、光伏發(fā)電）的應(yīng)用，以及本項(xiàng)目作為幼兒園建筑的使用特點(diǎn)——寒暑假期使得建筑在全年使用過程中避開了高能耗的時(shí)段。所以相比傳統(tǒng)公建類項(xiàng)目，本項(xiàng)目通過“被動(dòng)式+主動(dòng)式”低碳設(shè)計(jì)，充分降低了建筑碳排放，并達(dá)成2#單體零碳屋的設(shè)計(jì)目標(biāo)，為推進(jìn)建筑領(lǐng)域碳減排、協(xié)同推動(dòng)能耗強(qiáng)度和碳排放強(qiáng)度下降貢獻(xiàn)一份力量，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]中國建筑能耗研究報(bào)告2020[J].建筑節(jié)能(中英文)，2021，49（2）：1-6.

[2]吳敏莉.夏熱冬冷地區(qū)居住建筑墻體保溫節(jié)能特性研究[D].浙江：浙江大學(xué)，2014.

[3]曾杰，俞海勇，張德東，楊輝，蔡維森.木結(jié)構(gòu)材料與其他建筑結(jié)構(gòu)材料的碳排放對(duì)比[J].木材工業(yè)，2018，32（1）：28-32.

[4]譚洪衛(wèi)，村田敏夫.劇場(chǎng)空間置換空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用研究之一：地上側(cè)送風(fēng)方式[J].暖通空調(diào)，2003（3）：21-23.

作者:徐正宏 楊劍峰 徐涵 單位:江蘇龍騰工程設(shè)計(jì)股份有限公司 南京市新型建筑工業(yè)化工程研究中心