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（本来原文是带图片的，word里的图片导不出来，也没法上传word附件，大家先凑合着看吧，绿色建筑设计概论结课时的作业 ）
幼儿园建筑设计中绿色建筑技术的应用策略 摘要：太阳能技术是可再生能源利用的重要应用领域，地能利用技术是在我国日趋活跃。在幼儿园建筑设计的过程，通过应用多种适宜性绿色建筑技术，达到了低成本、低能耗、高舒适度。本文对太阳能、地能技术在幼儿园设计中应用进行了有益的探索，并做出了系统的归纳和整合。 关键词：绿色建筑，幼儿园设计，地能利用技术，太阳能技术
1.引言 面对目前我国建筑业高耗能、高污染的现状，发展绿色建筑已经是一种刻不容缓的事情，选择绿色建筑成为未来建筑业发展的必然趋势。幼儿园建筑作为公共建筑中基本且必须的建筑类型，与儿童的健康成长息息相关。所以，在从幼儿园建筑设计开始，加强我国绿色建筑设计覆盖范围，无论是对我国有限资源的保护，还是对我国建筑业的发展都是十分重要。
2.绿色建筑设计原则 绿色建筑设计除了满足传统建筑的一半设计原则外，尚应遵循可持续发展理念，即在满足当代人需求的同时，应不危及后代人的需求及选择生活方式的可能性。结合现代建筑的要求，总结归纳出设计的三项原则 资源利用3R原则： 减量 重用 循环 环境友好原则：室内环境品质 室外环境品质 周围环境影响 地域性原则：尊重传统文化和乡土经验 注重与地域自然环境结合 当地材料的使用
3.太阳墙采暖通风技术策略 有些公共建筑使用了大面积的玻璃幕墙，如果用太阳墙板来代替部分玻璃幕墙，既可以美化建筑外貌，在冬季为建筑输送热风，又能在炎热的夏季为建筑遮挡强烈的阳光，还可以节约玻璃幕墙的安装费用，可谓一举多得。 太阳墙技术目前已广泛使用于加拿大、美国、欧洲及日本的住宅、厂房、学校、办公楼等不同用途的建筑上。它已荣获多项国际大奖，并被美国能源部评为先进节能供暖技术发明。我校梅园一号公寓就采用此技术，与加拿大国际可持续发展中心合作的项目，在全国范围内产生了重大影响。 3.1基本原理 太阳墙全新风供暖系统(SolarWall Systems)是一项用于提供经济适用的采暖通风解决方案的太阳能高科技新技术。 3.1.1突出优点 1.造价低廉，无需维护； 2.微能耗，降低运行费用； 3.提供新鲜空气，改善居民的室内环境，预防疾病。 经过测试，每平方米太阳墙板在冬季日照正常情况下可向建筑物内提供每小时40立方米、高于室外空气17~35摄氏度的新鲜空气，每年可减少标准煤耗150kg，切实地为环保做出贡献。 太阳墙新风系统在夏季可以为建筑起到遮阴的作用，相比没有太阳墙覆盖的墙面低5摄氏度左右，间接地为空调节约了能源。 太阳墙系统增加了墙面的隔热系数，可使室内冬暖夏凉，是其他采暖设施无法比拟的。 3.1.2 科学原理 太阳墙系统是由集热和气流输送两部分系统组成，房间是蓄热器。集热系统包括垂直板墙、遮雨板和支撑框架。气流疏通系统郭阔风机和管道。太阳墙班材覆于建筑外墙外侧，上面开有大量密布的小孔，与墙体的间距由计算去顶，一般200mm左右，形成的空腔与建筑内部通风系统的管道相连，管道中设置风机，用于抽取空腔内的空气。 3.2具体设计 幼儿园建筑设计作为建筑学二年级的最后一个作业，与绿色建筑概论课程相结合，在整体设计的同时，都考虑到绿色的具体细节设计。 3.2.1整体布局 幼儿园在基地确定的基础上整体布局，将儿童生活单元主要布置在南侧，保证了每个生活单元直接有正南的朝向，充分利用南侧的优良光照，保证了白天必要的采光，在冬日，南侧的阳光也能起到相应的采暖作用，节约了一部分能源。 而将服务用房与行政办公用房主要分布在北侧，结合其对采光要求不是十分苛刻的特点，整体布局，内有中庭连接，在一定基础上保证了其必要的采光。 3.2.2太阳墙设计 此幼儿园设计里面颇具特点，将儿童生活单元一分为二，一部分为活动室，开大面积的落地窗，让儿童在日常活动游戏中接受充足的光照，感受阳光带来的温暖，另一部分为休息室，内布置儿童休息的床铺，对采光要求不是特别严格，所以开小窗，洞窗。这种房间布置交错进行，在立面出现丰富的韵律感。 所以，可以在开洞窗的立面墙上，结合未开窗的大块墙体，安装整合太阳墙，充分利用整体空间，整合洞窗的位置与方式，布置相应的太阳墙。在南向的床间加设太阳板，墙面开洞与设在房间内部的太阳墙风管连接，风管的另一侧将热风送到需要供暖的北侧房间，整个过程施简单，成本较低。 3.3总结 “太阳墙”是太阳能在建筑技术上的完美应用，兼有被动冷却和加热的复合功能，具有节能降耗、改善空气品质、提高舒适性的优点，符合亲和自然的绿色生态建筑理念。 太阳能与幼儿园建筑的结合创造了低能耗、高舒适度的儿童健康环境，可以让儿童生活游戏的更自然、更环保，对实现可持续发展具有重大意义。
4.太阳能光电技术策略 当前太阳能光电建筑技术应用主要为太阳能屋顶、光伏幕墙等光电建筑一体化。其中屋顶太阳能光电建筑应用较为广泛，其主要特点是：可以调节太阳能电池板与太阳光之间的朝向。 将太阳能利用设施与建筑有机结合，利用太阳能发电组件替代建筑物的某一部分，把建筑、技术和美学融为一体，相互间有机结合，取代了传统太阳能的结构所造成的对建筑的外观形象的影响。利用太阳能设施完全取代或部分取代传统的玻璃幕墙，可减少成本，提高效益。 4.1基本原理 太阳能光电利用系统由光电转换装置、连接装置、直交流转化器、电表和安装固定装置等组成。光电装换装置由若干个光电电池单元，整齐排不在模板上，按照设计要求安装到支架形成。 我国有着丰富的太阳能资源，每年获得的太阳能约为3.6×1022J，相当于1.2万吨标准煤的热值[1]。约占全国国土面积的2/3的地区年平均辐射总量在3340～8400MJ/m2，年日照时数在超过2200h，相当于110～280kg标准煤的热值。在建筑的顶部采用建筑造型构件与太阳能热泵低温集热技术相结合的手法，在设计上一方面使建筑的正立面结构看上去富有建筑的艺术性和现代性，另一方面使安插在建筑构造构件中的集热装置模块可以很好的吸收太阳辐射能。然后把金属流道的太阳能热管模块化集热器做成合适的造型，并涂成与建筑顶面颜色相协调的颜色安插在建筑顶部预先留有空位和预埋好相应管道的构件中。采用太阳能热管模块化集热器可以较好的承受压力且密封性较好，既能直接吸收太阳辐射能又能间接吸收室外环境中的热能，即使冬季气温为-20℃的时候依然能够进行太阳能低温集热。 4.2总结 结合幼儿园的整理不布局，从鸟瞰图中可以看出此幼儿园的形体构成十分丰富且富有趣味，在能够看到的八个完整的屋顶中，包含建筑一到三层各个楼层，立面组合形式丰富。利用其中四个一到二层的屋顶作为上层儿童活动单元的室外活动空间，让9班幼儿园无乱是一层还是三层都有属于自己的室外活动场地，保证了儿童接触大自然，活动的天性。 但剩余的另外四面完整的屋顶并没有闲置，安装了了天阳能光电转换装置，采用了平顶式的装置布置方式。将太阳能采集板安在屋顶，以下安装直交流转化器、电表等组件，将太阳能转化为光电能，充分节约了能量，供后勤服务用房，儿童生活用房，以及办公用房的使用。 4.2具体设计 建筑的太阳能光电利用在充分利用太阳能的同时，改善了建筑室内环境和外部形象，节省了常规能源的消耗，同时还减少了二氧化碳等有害气体排放，对保护环境也有突出贡献。太阳能光电利用的经济效益评价决不能仅仅局限于眼见的经济效益，应该充分考虑这种改造对未来所产生的的社会、环境效益，后者甚至比前者更重要。
5.地源热泵技术策略 地源热泵是一种利用浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现由低温位热能向高温位热能转移。地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到4kWh以上的热量或冷量。 5.1基本原理 地源热泵是热泵的一种，是以大地或水为冷热源对建筑物进行冬暖夏凉的空调技术，地源热泵只是在大地和室内之间“转移”能量。利用极小的电力来维持室内所需要的温度。 所以热泵实质上是一种热量提升装置，工作时它本身消耗很少一部分电能，却能从环境介质（水、空气、土壤等）中提取4-7倍于电能的装置，提升温度进行利用，这也是热泵节能的原因。 在冬天，1千瓦的电力，将土壤或水源中4-5千瓦的热量送入室内。在夏天，过程相反，室内的热量被热泵转移到土壤或水中，使室内得到凉爽的空气。而地下获得的能量将在冬季得到利用。如此周而复始，将建筑空间和大自然联成一体。以最小的低价获取了最舒适的生活环境。 热泵机组装置主要有：压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀四部分组成，通过让液态工质(制冷剂或冷媒)不断完成：蒸发（吸取环境中的热量） →压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。 压缩机(Compressor)：起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵（制冷）系统的心脏； 蒸发器(Evaporator)：是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的； 冷凝器(Condenser)：是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的； 膨胀阀(Expansion Valve)或节流阀(Throttle)：对循 环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。 根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功（电能）起到补偿作用，使循环工质不断地从低温环境中吸热，并向高温环境放热，周而往复地进行循环。 5.2具体设计 此幼儿园建筑整体布局集中在北侧，南侧空余出大片空地，且布置有两个水池设计。因此，可以在建筑施工之前，先做好地源热泵的施工准备。在地下埋置相关装置，组织建设热泵机组装置，将压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀四部分装置充分安排好具体位置，保证其能正常发挥出其应用的作用。幼儿园设计中还预留了一个小型庭院，将儿童用房与后勤与办公用房分割开，此时可以将地源热泵空调的调节机械室安置于庭院北侧，避免于儿童的生活接触，但仍旧能够保证此系统能充分发挥出其作用在冬天和夏日里维持舒适的温度。 5.3 总结 地源热泵中央空调是一种高档次的新的耐用商品，地源热泵系统具有经济、节能、环保等多方面的优势，也不存在分体空调那样影响建筑外观造型美，同时弥补了我国传统的供暖制冷方式存在的许多问题，更重要的是在很大程度上为社会节省了能源，为环境减少了污染，缓解了电荒，也节省了开支。选用节能环保产品符合人类环境保护与能源可持续发展的政策，也为人类可持续发展做出了贡献。
6.结语 太阳能作为一种取之不尽的新型环保能源已成为世界各国世界上能源研究工作中的一个重要课题。并且在建筑领域已经开发并利用在热水、采暖、照明、制冷、电力等多个方面。太阳能光热光伏利用与建筑一体化不断完善，采用太阳能利用与建筑一体化设计的太阳能建筑将来必定成为我国今后几年里建筑业发展的主流方向太阳能建筑的大规模出现已经成为一种时代的必然。而地能利用在国外已有数十年历史，地源热泵技术在北美和欧洲已经比较成熟，此技术已经在一些国家机关。部分企业和建筑物上开始广泛推广使用，显示出巨大前景。目前，我国地能市场日趋活跃，幼儿园建筑发展势在必行，多种绿色建筑技术的应用，势必将引领我国建筑业的发展走向崭新的节能时代。
参考文献 [1] 王崇杰，薛一冰等.太阳能建筑设计.第1版.北京：中国建筑工业出版社，2007。 [2] 范亚云、夏朝凤等.热泵技术与建筑节能，现代建筑 .2003（12）40～41 [3] 王崇杰、何文晶等.欧美建筑中太阳墙的应用.建筑学报. 2004（8）：76～78 [4] 刘加平、董靓等.绿色建筑概论.第1版.北京：中国建筑工业出版社，2010。
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![[加拿大版]Azure 建筑专业杂志 2024年05-06期](data/attachment/block/f3/f373eb4a399f6615f70b1ef22f30044d.jpg)
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