圖1 鹽城市日月星城幼兒園項目效果圖
項目概況
鹽城日月星城幼兒園是中國夏熱冬冷地區(qū)第一個幼兒園被動式低能耗建筑示范項目，項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，建筑為框架結構，體型系數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，并符合當地的氣候條件及人們的生活習慣，該項目在用能極低的情況下，為小朋友提供安全舒適的室內環(huán)境。（圖1）
建筑節(jié)能做法
該示范項目各系統(tǒng)均采用整體系統(tǒng)供應并施工。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0.18W/(m·K)，分別為120mm和80mm兩層錯縫鋪設，鋪壓兩層玻纖網格布加以防護，并配備窗口連接線條、滴水線條、護角線條、預壓防水密封帶等系統(tǒng)配件，提高了外保溫系統(tǒng)保溫、防水和柔性連結的能力。
外門窗采用高效保溫鋁包木窗，整窗傳熱系數為0.9W/（m2·k），整窗無熱橋構造安裝，窗框與外墻連接處采用室內側防水隔汽膜和室外側防水透氣膜組成的密封系統(tǒng)。
項目的一大特點使用了活動外遮陽系統(tǒng)，外遮陽設備采用電動驅動，并具有智能化感應控制，根據太陽能照射及角度變化可自動升降百葉和調節(jié)百葉角度，葉片調節(jié)量在0°~90°之間，光通量可以控制在3%~100%范圍內，葉片關閉時，遮陽系數可達到0.10，可遮蔽外窗輻射傳熱量90%的熱量，葉片水平時，遮陽系數達到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荷和制冷能耗。智能感應控制系統(tǒng)百葉簾保證了百葉簾依據風、光、雨、溫度自動收起，并保護百葉簾在霜凍、大風時等有害氣候條件下不受損害。（圖2、3）
圖2 智能化活動外遮陽系統(tǒng)現場圖
圖3 外遮陽系統(tǒng)控制顯示面板圖
并根據當地氣候和幼兒園環(huán)境特點，新風系統(tǒng)采取真空除濕技術及石墨烯熱能轉換芯體，從而達到對新風有效地除濕及溫度合理控制。通過設備標配的云測儀可以將室內的溫度、濕度、CO2及PM2.5等凈化數據實時顯示在室內的液晶控制面板上，云平臺系統(tǒng)通過賬號管理，可將凈化數據實時推送至園方領導及家長手機APP客戶端。氣密性測試結果為正負壓50MPa下換氣次數分別為為0.16次/h和0.15次/h，氣密性能優(yōu)異。
建筑能耗分析
1 建筑外圍護結構、熱工、設備、及內部熱源參數
該項目被動房區(qū)域計算面積為1454.44m2，其中廚房隔除在被動房區(qū)域外，與廚房隔離墻體保溫材料應用100mm厚巖棉帶，隔墻傳熱系數為0.33 W/(m2·K)，底板保溫材料為150mm擠塑聚苯板，底板傳熱系數0.18W/(m2·K)，外墻和屋頂應用200mm巖棉傳熱系數為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0.9 W/(m2·K)，玻璃太陽能得熱系數g值為0.37，表1為本項目建筑外圍護結構的主要技術參數。
表1 建筑外圍護結構的主要技術參數
根據氣象局近10年平均室外逐時溫度數據，擬定鹽城市被動式低能耗建筑采暖期為11月13日-04月04日，共計143天，其中寒假時間擬為1月9日-2月9日，制冷期計算期為06月01日-08月31日，其中暑假時間擬為7月6日-8月29日。通風換氣次數為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165，教職工共20人，其中男10人，女10人。建筑熱工、設備及內部熱源參數選取詳見表2。
表2 建筑計算環(huán)境、設備及內部熱源參數
2 建筑負荷和能耗計算結果
通過對項目建筑逐時熱平衡能耗計算與分析，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，如表3所示，其中因為負荷計算時空氣調節(jié)室外計算溫度取值不變，所以兩種情況下負荷計算結果不變，而考慮寒暑假情況下是去掉寒暑假天數計算得出的能量需求，結果明顯變小。
表3 建筑負荷及能耗指標表
3 負荷和能耗分析
制冷期冷負荷和冷需求分析
通過能耗計算分析得出整個建筑全天冷負荷隨時間變化趨勢如下圖4所示，全天最大冷負荷為26.12W/m2，最大峰值時刻出現在幼兒園放學前的時刻，圖5為建筑各部分造成的冷負荷值，其中人體冷負荷值對整個制冷負荷影響較大，為12.44W/m2，占比46%，原因為幼兒園人員比較集中密度較大。該項目應用傳熱系數低的外門窗，并且應用了活動外遮陽系統(tǒng)，很大程度上減小了外門窗系統(tǒng)對能量消耗，制冷負荷由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 全天冷負荷隨時間變化曲線圖
圖5 全天最大冷負荷構成分析圖
圖6為考慮暑假情況下在制冷期冷需求構成分析圖，冷需求值為7.97kWh/(m2a)，人體冷需求為4.65 kWh/(m2a)，占比最大，由于應用外遮陽系統(tǒng)，因外窗輻射得熱造成的冷負荷占比減小。圖7給出不考慮暑假情況下冷需求構成分析圖，更加直觀反映出建筑本身各部分對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成分析圖
圖7 不考慮暑假制冷期冷需求構成分析圖
采暖期熱負荷和熱需求分析
冬季采暖期最大熱負荷為15.23 W/m2，圖8為熱負荷構成分析圖，外圍護傳熱損失熱造成熱負荷為13.26 W/m2，通風造成熱負荷6.90 W/m2，總計20.16 W/m2，利用內部熱源得熱減小4.93W/m2計算得出最大熱負荷。
圖8 熱負荷構成分析圖
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、設備這四種自然的得熱方式，可以補償采暖期失熱量的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 考慮寒假時間采暖期能量得失平衡圖
不考慮寒假時間采暖期熱需求為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 不考慮寒假時間采暖期能量得失平衡圖
總結
該項目是我國夏熱冬冷地區(qū)第一個被動式低能耗幼兒園項目，根據建筑特點和當地氣候特點，通過被動式低能耗建筑節(jié)能設計，各系統(tǒng)優(yōu)異技術參數和施工質量保證，極大降低了該示范項目負荷和能耗水平。通過項目能耗計算可以看到，幼兒園人員數量較大，對建筑的得熱影響較大，增加了制冷期冷負荷和冷需求，同時，減小了采暖期熱負荷和熱需求，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環(huán)境，在該地區(qū)做被動式低能耗幼兒園項目具有重要的示范意義。
本文原標題為：《鹽城日月星城幼兒園被動式低能耗建筑能耗分析》；作者單位：住房和城鄉(xiāng)建設部科技與產業(yè)化發(fā)展中心康居認證中心 高慶；原文刊登于《建設科技》雜志，版權歸期刊編輯部及作者所有。
