社区配套幼儿园适宜性节能设计研究

钱琰　张一兵　顾贤光

关键词：社区幼儿园;适宜性;规划布局;节能设计;节能技术

中图分类号：TU244.1 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2022）06-0070-03

随着科学技术与经济水平的高速发展及一系列能源问题的出现，人们逐渐认识到节能的重要性，尤其在建筑行业，对节能的重视已经成为一个世界性的行为[1]。世界各国的建筑节能工作从政策法规、技术体系到技术研发，均在全面推进和展开，近日发布的“十四五”规劃和二零三五年远景目标纲要中也明确贯彻节能优先方针，推进建筑领域节能，实施节能技术改造等重点工程[2]。虽然幼儿园建筑在全部建筑中所占的比例不是很大，但由于建筑数量较多，对室内环境要求较高，每年的能耗量也不容小觑，并且幼儿园建筑的绿色节能设计至今尚未有匹配的标准指导，因此幼儿园建筑具有很大的节能潜力，尤其是社区配套幼儿园。随着城市化进程的加快，标准化社区的数量也越来越多，社区幼儿园的低碳节能研究，对发展节约型社会具有重要作用[3]。

1社区幼儿园节能现状

1.1国外研究现状

日本于二十世纪九十年代制定了《幼儿园教育要领》，认为家庭、幼儿园和社会要紧密结合在一起，三者共同努力实现幼儿教育的健康发展。西方发达国家的社区幼儿园设计及建设标准较高，建筑师注重与环境相结合，更倾向于节能、环保、绿色的自然材料，如木材作为主要建材，应在满足功能要求的同时，尽量减少能耗[4]。

1.2国内研究现状

二十世纪九十年代末，我国社区服务与配套教育设施体系逐渐发展、日益完善，为广大居民提供了便捷周到的社区服务。三胎政策的出台及早期幼教观念的不断改变，推动着学前教育的快速健康发展，社区配套幼儿园数量不断增加，而且园区规模也在逐渐扩大。尤其是最近几年，基本上每个社区都有配套的幼儿园，国家对幼儿园的规划建设及运行管理越来越重视。但是相比较于国外的幼儿园，我国幼儿园发展的时间较短，呈“标准化”“低造价”等特征，空间形式较为单一，节能水平不高。

2社区幼儿园节能方面存在的问题

目前，社区幼儿园由于投资、商业收益等诸多方面因素的限制，幼儿园的建设与室内装修标准较低，节能技术使用不多，可持续性不高[5]。通过调研和查阅资料发现，社区幼儿园建筑无论从规划布局、建筑能耗，还是室内环境舒适度水平来看，都存在着许多问题。

2.1规划布局不合理

2.1.1规划布局对建筑采光通风的影响

社区幼儿园作为高容积率、高楼层、低密度的居住社区的配套公共服务设施，通常被认为是居住社区规划的一个附属组成部分，开发商对居住社区幼儿园规划建设的重视程度不高，往往将优越的位置与空间资源直接让给住宅，而社区幼儿园常被设置于居住社区的角落位置或者将社区幼儿园布置在高层住宅楼之间，存在幼儿园被周围高层住宅遮挡的现象，使得幼儿园占地面积较小、采光通风条件较差[6]。另一方面，尤其是寒冷地区或夏热冬冷地区的幼儿园建筑，在采暖制冷的时候，门窗紧闭，也没有新风系统，造成室内空气不流通，通风条件较差。

2.1.2规划布局对室内噪音的影响

社区幼儿园在规划布局时，不可避免的与整个社区形成相互干扰。幼儿在户外活动时，产生的噪音对社区居住环境造成了干扰，同时有的幼儿园在规划选址时布置在车行道或者公共活动空间附近，外部环境复杂，噪音较大，不利于幼儿园儿童的学习生活。

2.1.3周围绿化环境较差

良好的绿化设计不仅能有效隔绝噪声干扰，还能调节区域微气候、防尘、美化环境。目前绝大多数幼儿园场址的环境设计缺乏考虑，绿化设施不足，幼儿园建筑周围也没有设计绿化带。

2.2室内舒适度差且能耗大

目前，幼儿园的平面布局形式较多，有连廊式、中厅式及庭院式，但每种形式都有自己的弊端，通风换气效果不佳或者建筑体形系数较大，不利于节能保温。因此，为了维持室内较高的舒适度，就会大量使用空调设备，能耗负担很大。此外，由于幼儿园建筑层数较低，普遍不配置电梯，所以其主要用能设备集中在照明和暖通空调中。在调查中幼儿园建筑普遍为每个生活单元配备了空调，但空调在使用过程中，其建筑能耗比其他类型的教育建筑会更高[7]。

3社区幼儿园适宜性节能设计策略

3.1进行良好的建筑规划布局

在进行幼儿园的规划布局时，要从适宜性节能设计的角度出发，综合考虑场地选址的局限性和社区环境的复杂化，确定幼儿园的最佳位置，同时注重幼儿园环境设计的独特性。

3.1.1综合考虑幼儿园建筑的选址与布局

在进行幼儿园的选址与布局时，要综合考虑社区中住宅、幼儿园，以及其他配套设施的空间选址、日照、采光、通风、防噪等方面的问题。现提出如下策略：（1）幼儿园建筑最好结合居住小区中心区的绿地设计，合理组织交通流线，远离车行道，远离空气污染源，避免灾害发生，这样处理不仅能使得建筑获得良好的通风采光条件，且同时还可以充分利用中心区的绿地作为幼儿的户外活动场地，改善园区微气候，并使其形成相对独立、安静、安全的户外环境场所;（2）将幼儿园布置在小区的下风向，这样做不仅能借助周围高层住宅的遮挡，减少冬季冷风渗透的不利影响，也能在夏季利用局部风场优化幼儿园的自然通风;（3）合理降低体形系数，较大的体形系数意味着建筑与外界接触的表面积越大，热量损失也就越大。在进行幼儿园的平面设计时，应尽量选择形式简单、凹凸变化较小的布局，有利于建筑节能。

3.1.2注重幼儿园建筑的环境设计

幼儿园在进行环境设计时，要结合幼儿园建筑服务人群的特殊性，确保幼儿园空间场所的相对独立性及安全性，避免与其他建筑之间的相互干扰。强化园区内部的微气候环境，提出如下策略：（1）结合建筑周边自然环境条件及基础设施来配置绿化植物，合理设置绿化带;（2）幼儿园的室外活动场地可采用集中绿地和局部绿化相结合的方式，集中绿地可以作为户外种植园，同时设置透水地面（嵌草砖）及塑胶跑道，尽量减少夏季地面的热反射。

3.2采用适宜的建筑节能技术

3.2.1适当利用被动式节能技术

被动式节能技术的应用，可以提高幼儿园建筑的节能水平。在进行幼儿园设计时，可将幼儿园的底层架空，不仅能提升通风降噪效果，还能为儿童提供遮风挡雨的室外活动场地;适当增大建筑南向的开窗面积，在提高采光的同时，可以改善夏季的通风散热，引入新鲜空气;设计南向封闭阳台，也是不错的选择，在幼儿园活动單元与室外之间形成过渡空间，缓冲极端天气的骤热骤冷现象，提高得热率;大面积的玻璃窗会产生较大的可见光透射比，造成室内过热的现象，根据具体情况应选择合适的遮阳方式，有效减少室内得热率;较大的开窗面积在冬季会产生强烈的冷风渗透，选择导热系数小、气密性及抗风压性能级别高的外窗类型有利于减少能耗。

3.2.2做好围护结构保温隔热措施

提高围护结构的保温隔热措施，是建筑节能的重要环节。研究表明公共建筑围护结构的热损失约占70%—80%，通过合理地选择构造方式、建筑材料、门窗类型，将会有效提高围护结构的热工性能，降低能耗，有效改善室内环境。随着建筑节能标准的逐渐提高，保温技术也在不断发展，在进行幼儿园设计时，外墙应选择导热系数小、强度高的砌体结构或者承重保温复合墙体构造类型;屋面优先选择倒置式屋面，保温性能最佳;门窗要根据各种材料的各项性能综合选择，确保科学合理性，也要采用先进的安装技术，在不影响采光效果和视觉景观的同时降低能耗，保存室内热量。

3.2.3积极引入新能源

积极利用可再生能源，如太阳能、风能、地热能等，是绿色建筑节能设计的重要方面。幼儿园建筑采用太阳能热水器系统，可以提供持续的热水;幼儿园室外地面应尽量采用透水地面（嵌草砖），不仅能减少地面辐射，还有利于雨水渗透，节约水源;地热能作为一种清洁的可再生能源，优势明显，寒冷地区的幼儿园建筑可以采用地源热泵系统，较少的能量消耗可以产生更多的热量或冷量;南方地区的幼儿园建筑可以采用节能、安全、环保的空气源热泵系统，能节约近3/4的电能，节能优势明显。

3.2.4积极引入新型采暖形式

绝大部分幼儿园冬季采暖都是采用分体式空调，由于幼儿园建筑生活单元空间相对封闭，布局不灵活，分体式空调相比中央空调集中供热具有优势，但是能耗较大，热损失严重。地板辐射采暖，是一种比较舒适的采暖方式，通过地面向室内均匀地辐射散热，卫生环保、高效节能，有利于儿童的身体健康[8]。

4社区配套幼儿园适宜性节能设计实践

4.1项目概况

该项目位于江苏省徐州市沛县某居住小区内，该小区总用地面积92426.67m2。沛县气候冬季寒冷干燥，主导风向为西北风，夏季高温多雨，以东南风为主，热工分区上属于寒冷地区[9]。如图1所示，该社区幼儿园主体建筑面积1520.00m2，地上3层，局部2层，基于适宜性节能设计理念，将从幼儿园选址、环境设计、节能设计等方面进行分析。

4.2节能设计分析

4.2.1幼儿园选址

该小区幼儿园在规划选址时，本着注重环境整体性和适宜性的设计原则。小区地势平坦，综合考虑沛县的主导风向，将幼儿园布置在小区中央下沉式景观的北侧，环形消防车道的内部，避免噪音的干扰。这样布置的特点在于：夏季社区风场可以优化幼儿园的室内通风效果，冬季又能遮挡寒风，为孩子创造优越的学习生活环境，在日照资源方面，保证生活单元日照均不少于3小时。

4.2.2环境设计

幼儿园在建筑形体推敲方面非常灵活，建筑体块穿插咬合在一起，立面色彩变化丰富。不同的色彩既显示了不同的功能分区，又体现了幼儿园建筑的活泼性，可以充分调动孩子的观察能力和兴趣。用不同的适用材料划分出了不同的户外活动场地，包括活动器材、公共活动及班级活动等场地，以全面满足适龄孩子各种活动的需求。同时，通过搭配乔木、灌木、草地和花卉，使绿化景观层次分明，在夏季也能够发挥通风遮阴、调温的效果，如图2所示。

4.2.3节能设计

参照《公共建筑节能设计标准（GB50189-2015）》，利用PKPM软件进行能耗动态模拟，形成了一套有针对性的节能设计方案[10]，确定最终体型系数为0.33，各窗墙比均满足设计需求（如表1）。

外围护结构热损失是建筑耗能的主要因素，优化其构造做法和保温材料种类可有效地实现建筑节能的标准目标，如表2所示。

该项目因非供暖楼梯间与供暖房间之间的隔墙、架空楼板不符合规定性指标需要进行围护结构节能动态计算，幼儿园单位面积空调和采暖年用电量计算结果，如表3所示。

综上，建筑全年能耗设计值小于参考值，节能设计要求达到《公共建筑节能设计标准（GB50189-2015）》65%的标准。

5结语

社区幼儿园的节能设计已是大势所趋，亦是时代发展的需要。尽管社区幼儿园因场地的限制条件较多，设计难度增加，但依然可以从适宜性节能设计的角度出发，对社区幼儿园的规划布局、建筑节能等方面进行深入探讨，总结出适宜的节能设计方法与策略，提升社区幼儿园建筑的整体节能水平。