烟台市建城丽都居住区E地块幼儿园被动式超低能耗绿色建筑能耗分析

1 项目概况

烟台市建城丽都居住区E地块幼儿园（如图1所示）是我国北方地区第一个幼儿园被动式超低能耗中德合作示范项目，位于山东省烟台市芝罘区，为政府投资项目小区内配套幼儿园。项目总建筑面积2426.48平方米，占地面积955.56平方米，框架结构形式，地上三层，无地下室，体形系数0.33，主要布置活动室、洗衣间、厨房、音体活动室、体检室、寝室等。本项目通过被动式超低能耗绿色建筑设计，在保证幼儿舒适室内外环境的前提下，大大降低了建筑能耗需求，在教育建筑节能方面具有重要的示范意义。

图1　烟台市建城丽都居住区E地块幼儿园

2 建筑节能措施

该示范项目均采用整体系统供应商供货并施工。建筑外墙采用岩棉外保温系统，250mm厚岩棉板，墙体传热系数0.15W/(m²·k)，两层错缝铺设分别为150mm和100mm，防热桥专用保温锚栓分层固定，铺压两层玻纤网格布加以防护，并配备窗口连接条、滴水线条、护角线条、预压防水密封带等系统配件，提高了外保温系统保温、防水和柔性连接的能力。

外门窗采用被动式塑钢窗，整窗传热系数为0.80W/(m²·k)，整窗无热桥构造安装，窗框与外墙连接处采用室内侧防水隔汽膜和室外侧防水透汽膜组成的密封系统。

项目还使用了活动外遮阳系统，外遮阳设备采用电动驱动，并具有智能化感应控制，外遮阳可根据太阳高度角及室外天气情况，自动调整帘片角度及升降，表面吸收太阳得热，很大程度上降低了建筑制冷负荷和制冷能耗需求。智能感应系统保证了百叶帘可依据风、光、雨、温度自动收起，并保护百叶帘在霜冻、大风时等有害气候条件下不受损害。

根据当地气候及幼儿园环境特点，新风系统采用美国纳米膜高效热回收芯，热回收效率大于75%，严格通过美国权威机构ARHI测试，配备高效过滤器，有效控制室内PM2.5浓度，并能实时监测室内二氧化碳浓度、温度、湿度，自动开启新风设备，保证室内空气清新，温湿度适宜，从而给幼儿园小朋友们创造了一个舒适的学习玩耍的环境。气密性测试结果为正负压50MPa下换气次数分别为0.26次/h和0.26次/h，气密性能优异。

3 建筑能耗分析

3.1 建筑外围护结构、热工、设备及内部热源参数

该项目被动房区域计算面积为2345.88平方米，外墙保温采用250mm厚岩棉板，墙体传热系数为0.15W/(m²·k)，底板保温采用250mm厚挤塑聚苯板，底板传热系数为0.12W/(m²·k)，上人屋面和不上人屋面保温采用300mm厚挤塑聚苯板，屋面传热系数为0.10W/(m²·k)。外门窗采用塑钢被动式门窗，采用三玻两中空双Low-E玻璃，整窗传热系数为0.80W/(m²·k),玻璃太阳能得热系数g值为0.507，建筑非透明外围护结构见表1，建筑透明外围护结构信息见表2。

根据烟台本地气候特点，本项目建筑采暖期为11月1日至04月28日共计179天；制冷期为06月01日至8月31日共计82天，幼儿园无寒暑假。通风换气次数为1.16h-1，采暖期热回收效率75%，制冷器热回收效率65%，儿童人数208人，教职工共31人，其中男职工15人，女职工16人。建筑热工、设备及内部热源等计算参数详见表3。

3.2 建筑负荷和能耗计算结果

表1　建筑非透明外围护结构信息

表2　建筑透明外围护结构信息

表3　建筑热工、设备及内部热源等计算参数

通过对本项目建筑逐时热平衡能耗计算与分析，得出建筑能耗指标，其中热负荷为13.21W/m²，冷负荷为24.52W/m²，相对应的为达到预期建筑环境效果，热需求为7.83kwh/(m²a),冷需求为19.38kwh/(m²a)。建筑负荷及能耗计算见表4。

表4　建筑负荷及能耗计算结果

3.3 建筑负荷和能耗分析

3.3.1 制冷期冷负荷和冷需求分析

通过能耗计算分析得出整个建筑全天冷负荷随时间变化趋势如图2、图3所示，全天最大冷负荷为24.52W/m²，最大峰值出现时刻为下午3:00，幼儿放学前的时刻。建筑冷负荷构成如图2所示，其中人体冷负荷值对整个制冷负荷影响较大，为9.96W/m²，占比40.6%，原因为幼儿园人员比较集中，密度较大。项目通过采用被动式门窗，并应用了活动外遮阳系统，传热系数极低，很大程度上减小了外门窗系统对能量的消耗。

制冷需求构成分析图如图4所示，得热柱状图显示通过设备、灯光、人体、外窗辐射、非透明围护传热得热20.31kwh/(m²a)，通过通风、外窗传热得热减少0.93kwh/(m²a)，制冷期冷需求为19.38kwh/(m²a)，其中人体和外窗辐射得热占比较大，分别占总得热量的43%和39%。

3.3.2 采暖期热负荷和热需求分析

热负荷构成如图5所示，外围护传热损失热造成热负荷为11.22W/m²，通风造成热负荷为10.76W/m²，总计21.98W/m²，利用内部热源得热减小8.77W/m²，计算得出冬季采暖期最大负荷为13.21W/m²。

采暖需求构成分析图如图6所示，得热柱状图显示通过设备、照明、人体、太阳辐射这四种自然的得热方式得热，可以补偿采暖失热量的74%，其中人体得热和太阳辐射得热占比较大，采暖期热需求为7.83kwh/(m²a),占总得热量的26%。