1 超低能耗建筑采用高性能的外墙保温系统、高性能的外窗系统、无热桥的细部构造、完整的气密性系统、高效的热回收系统来实现建筑能耗的降低，保证冬季无需市政供暖。 1.1 设计理念和技术路径 本项目运用了超低能耗建筑设计理念，结合了实用的性能化设计手段，显著削减了供暖、空调及照明需求，同时优化了主动式能源设备与系统的效能水平，并有效整合可再生能源，在减少能源消耗的同时，确保了室内环境的舒适度。 1.2 案例项目概况与背景 北京朝阳区王四营乡土地一级开发项目幼儿园建筑总高16 m，局部14.60 m，地上3层（局部4层），地下1层。幼儿园采用钢框架–中心支撑结构（并有减隔振技术应用），抗震烈度8度。建筑立面采用现代典雅风格，以新古典分段式为原则，在规整化、标准化的前提下增加细部处理，提高外围护耐久度、产品精度和性能质量，局部设置简洁风格的线脚，结合铝板、石材幕墙和仿石涂料饰面。建筑基本信息见表1。 表1 建筑基本信息 外立面设计在注重效果的同时融入了装配式建筑、超低能耗建筑的技术要求，实现了产业化建筑高精度、绿色低碳、精细化设计、标准化设计、模块化设计的要求。采用隔汽卷材+保温+（3+4） mm 2层防水卷材的保温防水系统，满足防水保温的双重功能。 1.3 1.3.1 节能规划设计 幼儿园建筑主要服务于免疫力相对较弱的学龄前儿童。为了优化其环境，应充分利用园区的自然条件，规避冬季的主要风向并有效利用夏季凉爽时段的自然通风。基于建筑自身，追求形态的规整，优先利用自然光。同时，建筑的体形系数、各方向的窗墙比例以及内部空间布局均经过精心设计，以确保良好的自然通风效果和冬季充足的日照。 1.3.2 采用高效保温隔热措施 地上外墙采用钢结构形式，外保温措施为ALC条板和岩棉带；屋面铺设25 cm高容重石墨聚苯板；架空楼板和不采暖地下室顶板采用岩棉带；接触土壤地面地下室地面和接触土壤地面首层地面铺设挤塑聚苯板，各部位平均传热系数均满足北京市超低能耗建筑示范项目技术要点。幼儿园外围护结构作法见表2。 表2 幼儿园外围护结构作法 透明外围护结构（带固定遮阳外窗）采用被动式外门窗（外门窗框料采用断桥铝合金型材），型材传热系数不大于1.3 W/（m2·K）；透明部分采用三玻两腔中空玻璃，玻璃传热系数不大于0.8 W/（m2·K）。外门窗的整体太阳得热系数为0.34，其中玻璃的太阳能总透射比g =0.5。玻璃光热比不小于1.25，玻璃间隔条应使用耐久性良好的暖边间隔条，并满足JC/T 2453—2018《中空玻璃间隔条 第3部分：暖边间隔条》中Σ（d×λ）≤0.007 W/K的要求。外窗整体传热系数不大于1.0 W/（m2·K）；外门整体传热系数不大于1.2 W/（m2·K）。该项目透明外围护结构（带固定遮阳外窗）信息见表3。 表3 透明外围护结构（带固定遮阳外窗）信息 1.3.3 高效空调、新风系统设计 为保障室内空气质量和冷热环境，幼儿园教室空调冷热源均采用多联式空调机组，空调及通风系统形式为多联机+新风。新风机组具备湿热交换功能，可以将室内空气和室外空气进行湿度交换，维持室内相对湿度在舒适区间30 %~60 %。新风系统运行时间为7∶00~19∶00，新风系统运行12 h，总人数420人，人员密度0.098人/m2，每人每小时新风量25 m3/（人·h），换气体积12 132.530 m3，换气次数计算值0.87/h，人流量参数140人/h。多联式空调机组制冷综合性能系数不小于6.0或能源效率等级指标不小于4.5，其设备能效等级达到一级。高品质建筑中新风热回收系统采用热回收装置，且全热回收效率不小于70 %或显热效率不小于75 %。 卫生间通过通风器进行机械通风，风管穿外墙进行排风，风管上设置电动保温密闭风阀，与宿舍回风口风阀联动。与室外连通的风管设置保温电动密闭阀，与排气扇联动，排气扇未开启时，应关闭严密，不得漏风，以保证高品质超低能耗建筑的气密性。 2 幼儿园超低能耗建筑能耗结果分析 热负荷计算值18.51 W/m2，冷负荷计算值27.51 W/m2，供暖年耗热量计算值9.67 kW·h/（m2·a），供冷年耗冷量计算值19.87 kW·h/（m2·a），其中热负荷包括失热和得热，失热包括围护传热和通风传热，得热主要是内部能源提供，热负荷构成如图1所示。由图1可知，失热和得热基本一致，该幼儿园案例基本实现了超低能耗要求。 图1 热负荷构成 全天冷负荷随时间变化情况如图2所示，白天冷负荷显著高于夜间，下午冷负荷高于上午。16∶00得热总计27.51 W/m2，并达到全天冷负荷峰值。 图2 全天冷负荷随时间变化情况 峰值冷负荷构成如图3所示，传热2.60 W/m2，辐射9.53 W/m2，人体6.27 W/m2，灯光3.30 W/m2，电热设备3.06 W/m2，通风渗透2.76 W/m2，可见辐射得热在总得热中的占比最高，原因是太阳辐射强烈且室内存在高温设备、灯具等大量辐射热源，另外围护结构和家具等室内物体也具有蓄热能力，能够吸收和储存辐射得热。当这些物体的表面温度高于室内空气温度时，以对流的形式将储存的热量再散发至空气，形成冷负荷。由于这一过程涉及物体的吸热、蓄热和放热，因此存在一定时间延迟和热量衰减。当辐射得热占比大时，这种延迟和衰减现象更加明显，从而增加冷负荷需求。 图3 峰值冷负荷构成 由图3可知，辐射得热需要的冷负荷占比最大，说明辐射得热在总得热中的占比高，围护结构和家具的蓄热特性对冷负荷的影响显著，但空调系统的类型和效率影响对辐射得热的处理能力。这要求在设计空调系统时充分考虑辐射得热带来的影响，选择合适的空调系统类型和参数，以确保室内环境的舒适性和能效性。 对幼儿园建筑案例的能量得失平衡进行深入分析，计算了建筑在采暖期的各项失热和得热因素及其对应的数值，见表4。通过对比和分析这些数据，在失热环节，该建筑的外墙、屋顶、底板和外窗均构成了显著的能量损失源，其中外窗传热占比高达35.2 %，通风过程中的能量损失占比达到33.0 %。在得热方面，尽管辐射、人体活动、照明以及设备运行等均为建筑内部热量的主要来源，其中占比最高的是辐射得热（65.8 %）。根据表4统计可知得热利用率为60.9 %，仍有热量未被有效利用。 表4 采暖期得失平衡 kW·h/（m2·a） 外窗传热在失热中占比相对较高（35.2 %），采用高性能的隔热窗户材料或增设遮阳设施可显著提升其保温能力，降低能量耗散。 在得热方面，辐射得热占比高达65.8 %，表明该建筑在充分利用自然光能和太阳能方面具有较大优势。 为最大化利用自然光，通过合理设计建筑朝向、增加太阳能收集装置或优化室内布局方式，不仅可以减少对照明系统的依赖，还能有效提升室内环境质量，促进节能减排。 得热利用率目前为60.9 %，说明通过优化建筑内部能量管理系统，如采用智能温控系统、提高设备能效比、引入高效供暖技术、实施分区供暖或利用余热回收系统等措施，可以在满足舒适室内环境需求的同时显著提升能源利用效率，有效降低能耗。 使用针对性地加强围护结构保温、优化得热利用、提升能源管理系统效率以及引入高效供暖技术等措施，不仅能够有效降低建筑能耗提升能效水平，还能为建筑的可持续发展奠定坚实基础。 3 结论 本研究探讨了幼儿园建筑的超低能耗设计策略，运用理论分析与实例相结合的方式，详细分析了超低能耗技术在幼儿园建筑设计中的实施方法与路径，具体结论如下。 （1）基于超低能耗技术，幼儿园建筑在满足安全、舒适的基础上，运用绿色、低碳性能化设计手段，结合超低能耗五维度技术和提升主动式能源设备系统效率的措施，有效降低了幼儿园建筑能耗。这一设计思路和技术实施在幼儿园建筑实践中得到了验证，为同类建筑的节能设计提供了有益的参考。 （2）幼儿园建筑外围护结构采用先进的保温隔热技术，包括高性能外墙保温系统、外窗系统和防热桥细节设计等，显著增强了建筑的隔热性能，减少了能量损耗。同时，透明外围护结构的设计充分利用自然光，有效降低了对照明系统的需求。 （3）幼儿园教室配置了多联式空调机组与新风系统，确保室内空气质量与适宜的温湿度环境，将室内相对湿度维持在舒适范围。 （4）通过对幼儿园建筑案例的能耗得失平衡分析，发现外墙、屋顶、底板和外窗是主要的能量损失源，尤其是外窗传热占比高达35.2 %。在得热方面，辐射得热占比最高，达到65.8 %，表明建筑在充分利用自然光能和太阳能方面具有较大优势。 （5）尽管该幼儿园建筑在超低能耗设计方面已取得显著成效，但仍存在节能优化潜力。通过加强围护结构保温、优化得热利用、提升能源管理系统效率以及引入高效供暖技术等措施，可以进一步降低建筑能耗，提升能效水平。
