社區配套幼兒園適宜性節能設計研究

錢琰　張一兵　顧賢光

關鍵詞：社區幼兒園;適宜性;規劃布局;節能設計;節能技術

中圖分類號：TU244.1 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2022）06-0070-03

隨著科學技術與經濟水平的高速發展及一系列能源問題的出現，人們逐漸認識到節能的重要性，尤其在建筑行業，對節能的重視已經成為一個世界性的行為[1]。世界各國的建筑節能工作從政策法規、技術體系到技術研發，均在全面推進和展開，近日發布的“十四五”規劃和二零三五年遠景目標綱要中也明確貫徹節能優先方針，推進建筑領域節能，實施節能技術改造等重點工程[2]。雖然幼兒園建筑在全部建筑中所占的比例不是很大，但由于建筑數量較多，對室內環境要求較高，每年的能耗量也不容小覷，并且幼兒園建筑的綠色節能設計至今尚未有匹配的標準指導，因此幼兒園建筑具有很大的節能潛力，尤其是社區配套幼兒園。隨著城市化進程的加快，標準化社區的數量也越來越多，社區幼兒園的低碳節能研究，對發展節約型社會具有重要作用[3]。

1社區幼兒園節能現狀

1.1國外研究現狀

日本于二十世紀九十年代制定了《幼兒園教育要領》，認為家庭、幼兒園和社會要緊密結合在一起，三者共同努力實現幼兒教育的健康發展。西方發達國家的社區幼兒園設計及建設標準較高，建筑師注重與環境相結合，更傾向于節能、環保、綠色的自然材料，如木材作為主要建材，應在滿足功能要求的同時，盡量減少能耗[4]。

1.2國內研究現狀

二十世紀九十年代末，我國社區服務與配套教育設施體系逐漸發展、日益完善，為廣大居民提供了便捷周到的社區服務。三胎政策的出臺及早期幼教觀念的不斷改變，推動著學前教育的快速健康發展，社區配套幼兒園數量不斷增加，而且園區規模也在逐漸擴大。尤其是最近幾年，基本上每個社區都有配套的幼兒園，國家對幼兒園的規劃建設及運行管理越來越重視。但是相比較于國外的幼兒園，我國幼兒園發展的時間較短，呈“標準化”“低造價”等特征，空間形式較為單一，節能水平不高。

2社區幼兒園節能方面存在的問題

目前，社區幼兒園由于投資、商業收益等諸多方面因素的限制，幼兒園的建設與室內裝修標準較低，節能技術使用不多，可持續性不高[5]。通過調研和查閱資料發現，社區幼兒園建筑無論從規劃布局、建筑能耗，還是室內環境舒適度水平來看，都存在著許多問題。

2.1規劃布局不合理

2.1.1規劃布局對建筑采光通風的影響

社區幼兒園作為高容積率、高樓層、低密度的居住社區的配套公共服務設施，通常被認為是居住社區規劃的一個附屬組成部分，開發商對居住社區幼兒園規劃建設的重視程度不高，往往將優越的位置與空間資源直接讓給住宅，而社區幼兒園常被設置于居住社區的角落位置或者將社區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象，使得幼兒園占地面積較小、采光通風條件較差[6]。另一方面，尤其是寒冷地區或夏熱冬冷地區的幼兒園建筑，在采暖制冷的時候，門窗緊閉，也沒有新風系統，造成室內空氣不流通，通風條件較差。

2.1.2規劃布局對室內噪音的影響

社區幼兒園在規劃布局時，不可避免的與整個社區形成相互干擾。幼兒在戶外活動時，產生的噪音對社區居住環境造成了干擾，同時有的幼兒園在規劃選址時布置在車行道或者公共活動空間附近，外部環境復雜，噪音較大，不利于幼兒園兒童的學習生活。

2.1.3周圍綠化環境較差

良好的綠化設計不僅能有效隔絕噪聲干擾，還能調節區域微氣候、防塵、美化環境。目前絕大多數幼兒園場址的環境設計缺乏考慮，綠化設施不足，幼兒園建筑周圍也沒有設計綠化帶。

2.2室內舒適度差且能耗大

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，通風換氣效果不佳或者建筑體形系數較大，不利于節能保溫。因此，為了維持室內較高的舒適度，就會大量使用空調設備，能耗負擔很大。此外，由于幼兒園建筑層數較低，普遍不配置電梯，所以其主要用能設備集中在照明和暖通空調中。在調查中幼兒園建筑普遍為每個生活單元配備了空調，但空調在使用過程中，其建筑能耗比其他類型的教育建筑會更高[7]。

3社區幼兒園適宜性節能設計策略

3.1進行良好的建筑規劃布局

在進行幼兒園的規劃布局時，要從適宜性節能設計的角度出發，綜合考慮場地選址的局限性和社區環境的復雜化，確定幼兒園的最佳位置，同時注重幼兒園環境設計的獨特性。

3.1.1綜合考慮幼兒園建筑的選址與布局

在進行幼兒園的選址與布局時，要綜合考慮社區中住宅、幼兒園，以及其他配套設施的空間選址、日照、采光、通風、防噪等方面的問題。現提出如下策略：（1）幼兒園建筑最好結合居住小區中心區的綠地設計，合理組織交通流線，遠離車行道，遠離空氣污染源，避免災害發生，這樣處理不僅能使得建筑獲得良好的通風采光條件，且同時還可以充分利用中心區的綠地作為幼兒的戶外活動場地，改善園區微氣候，并使其形成相對獨立、安靜、安全的戶外環境場所;（2）將幼兒園布置在小區的下風向，這樣做不僅能借助周圍高層住宅的遮擋，減少冬季冷風滲透的不利影響，也能在夏季利用局部風場優化幼兒園的自然通風;（3）合理降低體形系數，較大的體形系數意味著建筑與外界接觸的表面積越大，熱量損失也就越大。在進行幼兒園的平面設計時，應盡量選擇形式簡單、凹凸變化較小的布局，有利于建筑節能。

3.1.2注重幼兒園建筑的環境設計

幼兒園在進行環境設計時，要結合幼兒園建筑服務人群的特殊性，確保幼兒園空間場所的相對獨立性及安全性，避免與其他建筑之間的相互干擾。強化園區內部的微氣候環境，提出如下策略：（1）結合建筑周邊自然環境條件及基礎設施來配置綠化植物，合理設置綠化帶;（2）幼兒園的室外活動場地可采用集中綠地和局部綠化相結合的方式，集中綠地可以作為戶外種植園，同時設置透水地面（嵌草磚）及塑膠跑道，盡量減少夏季地面的熱反射。

3.2采用適宜的建筑節能技術

3.2.1適當利用被動式節能技術

被動式節能技術的應用，可以提高幼兒園建筑的節能水平。在進行幼兒園設計時，可將幼兒園的底層架空，不僅能提升通風降噪效果，還能為兒童提供遮風擋雨的室外活動場地;適當增大建筑南向的開窗面積，在提高采光的同時，可以改善夏季的通風散熱，引入新鮮空氣;設計南向封閉陽臺，也是不錯的選擇，在幼兒園活動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象，提高得熱率;大面積的玻璃窗會產生較大的可見光透射比，造成室內過熱的現象，根據具體情況應選擇合適的遮陽方式，有效減少室內得熱率;較大的開窗面積在冬季會產生強烈的冷風滲透，選擇導熱系數小、氣密性及抗風壓性能級別高的外窗類型有利于減少能耗。

3.2.2做好圍護結構保溫隔熱措施

提高圍護結構的保溫隔熱措施，是建筑節能的重要環節。研究表明公共建筑圍護結構的熱損失約占70%—80%，通過合理地選擇構造方式、建筑材料、門窗類型，將會有效提高圍護結構的熱工性能，降低能耗，有效改善室內環境。隨著建筑節能標準的逐漸提高，保溫技術也在不斷發展，在進行幼兒園設計時，外墻應選擇導熱系數小、強度高的砌體結構或者承重保溫復合墻體構造類型;屋面優先選擇倒置式屋面，保溫性能最佳;門窗要根據各種材料的各項性能綜合選擇，確保科學合理性，也要采用先進的安裝技術，在不影響采光效果和視覺景觀的同時降低能耗，保存室內熱量。

3.2.3積極引入新能源

積極利用可再生能源，如太陽能、風能、地熱能等，是綠色建筑節能設計的重要方面。幼兒園建筑采用太陽能熱水器系統，可以提供持續的熱水;幼兒園室外地面應盡量采用透水地面（嵌草磚），不僅能減少地面輻射，還有利于雨水滲透，節約水源;地熱能作為一種清潔的可再生能源，優勢明顯，寒冷地區的幼兒園建筑可以采用地源熱泵系統，較少的能量消耗可以產生更多的熱量或冷量;南方地區的幼兒園建筑可以采用節能、安全、環保的空氣源熱泵系統，能節約近3/4的電能，節能優勢明顯。

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，由于幼兒園建筑生活單元空間相對封閉，布局不靈活，分體式空調相比中央空調集中供熱具有優勢，但是能耗較大，熱損失嚴重。地板輻射采暖，是一種比較舒適的采暖方式，通過地面向室內均勻地輻射散熱，衛生環保、高效節能，有利于兒童的身體健康[8]。

4社區配套幼兒園適宜性節能設計實踐

4.1項目概況

該項目位于江蘇省徐州市沛縣某居住小區內，該小區總用地面積92426.67m2。沛縣氣候冬季寒冷干燥，主導風向為西北風，夏季高溫多雨，以東南風為主，熱工分區上屬于寒冷地區[9]。如圖1所示，該社區幼兒園主體建筑面積1520.00m2，地上3層，局部2層，基于適宜性節能設計理念，將從幼兒園選址、環境設計、節能設計等方面進行分析。

4.2節能設計分析

4.2.1幼兒園選址

該小區幼兒園在規劃選址時，本著注重環境整體性和適宜性的設計原則。小區地勢平坦，綜合考慮沛縣的主導風向，將幼兒園布置在小區中央下沉式景觀的北側，環形消防車道的內部，避免噪音的干擾。這樣布置的特點在于：夏季社區風場可以優化幼兒園的室內通風效果，冬季又能遮擋寒風，為孩子創造優越的學習生活環境，在日照資源方面，保證生活單元日照均不少于3小時。

4.2.2環境設計

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，又體現了幼兒園建筑的活潑性，可以充分調動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場地，包括活動器材、公共活動及班級活動等場地，以全面滿足適齡孩子各種活動的需求。同時，通過搭配喬木、灌木、草地和花卉，使綠化景觀層次分明，在夏季也能夠發揮通風遮陰、調溫的效果，如圖2所示。

4.2.3節能設計

參照《公共建筑節能設計標準（GB50189-2015）》，利用PKPM軟件進行能耗動態模擬，形成了一套有針對性的節能設計方案[10]，確定最終體型系數為0.33，各窗墻比均滿足設計需求（如表1）。

外圍護結構熱損失是建筑耗能的主要因素，優化其構造做法和保溫材料種類可有效地實現建筑節能的標準目標，如表2所示。

該項目因非供暖樓梯間與供暖房間之間的隔墻、架空樓板不符合規定性指標需要進行圍護結構節能動態計算，幼兒園單位面積空調和采暖年用電量計算結果，如表3所示。

綜上，建筑全年能耗設計值小于參考值，節能設計要求達到《公共建筑節能設計標準（GB50189-2015）》65%的標準。

5結語

社區幼兒園的節能設計已是大勢所趨，亦是時代發展的需要。盡管社區幼兒園因場地的限制條件較多，設計難度增加，但依然可以從適宜性節能設計的角度出發，對社區幼兒園的規劃布局、建筑節能等方面進行深入探討，總結出適宜的節能設計方法與策略，提升社區幼兒園建筑的整體節能水平。