李 濤，陳兆哲，梁 瑞，鄭 濤

(1.西安建筑科技大學(xué) 建筑學(xué)院，陜西 西安 710055；2.西安建筑科技大學(xué) 建筑學(xué)博士后科研流動(dòng)站，陜西 西安 710055)

建筑領(lǐng)域的“開源”——可再生能源利用和“節(jié)流”——建筑本體節(jié)能減排對實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)起到關(guān)鍵作用.而位于建筑行業(yè)“最前端”的建筑師群體，能否在建筑創(chuàng)作中樹立節(jié)能減排的觀念意識(shí)，主動(dòng)運(yùn)用建筑本體的節(jié)能減排設(shè)計(jì)策略和可再生能源利用手段，營造適應(yīng)地域氣候、富有文化特征、舒適高效的空間環(huán)境，對于整個(gè)建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)“零碳化”具有舉足輕重的地位[1].國外發(fā)達(dá)國家幼兒教育建筑的“零碳化”研究起步較早并且提出了如LEED-School、BREEAM-Education等綠色建筑評價(jià)體系，甚至一些歐洲國家已經(jīng)朝著零能耗建筑方向邁進(jìn).而我國綠色幼兒園建筑設(shè)計(jì)研究仍處于起步階段.陳光滔[2]、蘇墨[3]分別從建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)、單體設(shè)計(jì)、設(shè)備使用、新能源利用幾個(gè)方面綜合分析了影響幼兒園建筑節(jié)能減排的因素，并結(jié)合實(shí)際案例，提出了綠色幼兒園建筑設(shè)計(jì)的方法和策略.葛貴誠[4]綜合分析了重慶地區(qū)地域和氣候特征，提出了針對該地區(qū)幼兒園建筑的適宜性節(jié)能技術(shù)和資源利用措施.任瑞雪[5]通過調(diào)研梳理嶺南地區(qū)幼兒園建筑存在的問題，使用案例分析、軟件模擬等方法，從布局規(guī)劃、建筑單體、環(huán)保策略等方面提出了適應(yīng)嶺南地區(qū)的綠色幼兒園建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)策略.通過對國內(nèi)外綠色幼兒園建筑設(shè)計(jì)資料的對比分析可以看出，應(yīng)該針對不同地區(qū)的氣候、經(jīng)濟(jì)和文化背景進(jìn)行研究.我國西北地區(qū)太陽能、風(fēng)能等可再生能源豐富，民族文化和宗教信仰多元，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對滯后，建筑設(shè)計(jì)面對著與東部地區(qū)截然不同的資源條件和使用需求，決不能盲目套用發(fā)達(dá)地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶统Ｒ?guī)做法.現(xiàn)有研究結(jié)合西北地區(qū)的可再生能源條件提出了適用西北村鎮(zhèn)的建筑熱環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)、建筑熱工節(jié)能設(shè)計(jì)方法、低成本被動(dòng)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)、高效可再生能源供暖全鏈條優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[6]，但是總體來說對西北地區(qū)幼教建筑的綠色設(shè)計(jì)理論和方法的研究還十分匱乏.本文通過對筆者團(tuán)隊(duì)2020年臺(tái)達(dá)杯國際太陽能建筑設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)方案設(shè)計(jì)思路的梳理，探討如何在西北地區(qū)利用可再生能源、氣候資源和地域文化特征下的綠色幼兒園設(shè)計(jì)策略和方法，為西北地區(qū)地域性綠色建筑設(shè)計(jì)與可再生能源利用提供參考和借鑒.

1 項(xiàng)目基本情況分析

2020年臺(tái)達(dá)杯國際太陽能競賽以“陽光·稚夢”為主題，宗旨在于貫徹落實(shí)國家推動(dòng)城鎮(zhèn)住區(qū)幼兒園建設(shè)、補(bǔ)齊農(nóng)村學(xué)前教育短板政策，將生態(tài)、綠色理念融入學(xué)前教育中[7]，力求通過優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)，利用太陽能等可再生能源技術(shù)，打造綠色、低碳、童趣的幼兒園.項(xiàng)目場地位于新疆巴音郭楞州和靜縣巴倫臺(tái)鎮(zhèn)布熱斯臺(tái)地區(qū)，為新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)某師某團(tuán)牧場所在地，要求在用地范圍內(nèi)設(shè)計(jì)一座包含了寄宿幼兒園、牧場服務(wù)中心和配套用房的綜合性建筑，總建筑面積不超過2 200 m2，需要充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)和自然環(huán)境，結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ厣筒牧?，以及不同建筑的用能特征，解決冬季保溫采暖和夏季遮陽通風(fēng)等問題，合理應(yīng)用主、被動(dòng)太陽能技術(shù)及其他可再生能源技術(shù).

1.1 氣候特征分析

項(xiàng)目所在地區(qū)位于新疆巴音郭楞州和靜縣，屬于溫帶大陸性氣候，海拔較高，晝夜溫差大，冬季寒冷漫長，春季解凍慢，風(fēng)多，夏秋天氣涼爽，年平均氣溫5.7 ℃，無霜期131 d，年降水量111～289 mm，主要集中在6～9月，季節(jié)性分布不均勻，境內(nèi)水資源豐富.通過氣候分析軟件CLIMATE CONSULTANT生成的焓濕圖(圖1)分析可知：主要被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略的排序?yàn)椋翰膳图訚?48.3%)、室內(nèi)加熱(20.6%)、被動(dòng)式太陽能利用(13.9%)、遮陽(10.8%)、二次蒸發(fā)降溫(8.7%).因此冬季的采暖、得熱和夏季的遮陽、通風(fēng)是建筑設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮的問題.同時(shí)該地區(qū)太陽能資源豐富，年太陽輻射總量5 629～6 562 MJ/m2，年日照時(shí)數(shù)2 768.7～3 103.2 h[8]，豐富的太陽能資源給被動(dòng)式和主動(dòng)式太陽能技術(shù)利用和降低建筑能耗創(chuàng)造了有利條件.該地區(qū)的四季風(fēng)向和最佳朝向見圖2所示.

圖1 新疆巴州和靜縣焓濕圖

圖2 新疆巴州和靜縣氣候特征

1.2 人文特征分析

項(xiàng)目所在的巴音布魯克蒙古族自治州屬于多民族聚居區(qū)，蒙古族人口最多，蒙古族自古以來形成了以游牧為主、逐水草而居的生活方式.蒙古族最具代表性的傳統(tǒng)建筑為蒙古包，平面布局自由，單體平面為圓形，成圓錐狀向上收縮，上面的頂氈可根據(jù)室內(nèi)明亮度的需求隨意調(diào)節(jié)，有利于建筑的通風(fēng)與采光，其流線型的形體可以最大限度的減少對風(fēng)的阻力[9].此外，受藏傳佛教的影響，當(dāng)?shù)厮聫R中有大量的五彩經(jīng)幡和柱廊等形式的氣候緩沖空間.根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研數(shù)據(jù)[10]顯示，當(dāng)?shù)孛晒抛鍍和?7%為留守兒童，家庭教育的缺失和地方教育資源的限制是當(dāng)?shù)卮嬖诘钠毡樯鐣?huì)問題(圖3).因此在建筑設(shè)計(jì)中不但要考慮地域民族文化特色，同時(shí)要給予學(xué)齡前兒童以人文關(guān)懷.

圖3 人文特征

1.3 場地特征分析

項(xiàng)目場地位于山谷之中的小平原地區(qū)，周邊為牧場，視野開闊，景色優(yōu)美，臨近一處村落.場地內(nèi)部平整，由西側(cè)村道進(jìn)入，場地上的現(xiàn)狀房屋破舊，基礎(chǔ)設(shè)施較差，供電和通訊極不穩(wěn)定，缺少垃圾回收系統(tǒng)和排水設(shè)施，缺少活動(dòng)場地(圖4).

圖4 場地現(xiàn)狀條件分析

因此在設(shè)計(jì)中不但要為牧民和兒童合理規(guī)劃室外活動(dòng)場地，提供滿足功能需求的幼兒園和服務(wù)中心，同時(shí)也要考慮場地的現(xiàn)狀基礎(chǔ)設(shè)施較差的客觀條件，在設(shè)計(jì)中充分利用可再生能源，減少對環(huán)境的排放和污染.

基于以上分析，提出“自然-本土-人文”的建筑設(shè)計(jì)基本原則：(1)尊重場地自然環(huán)境，最大化地利用當(dāng)?shù)氐臍夂蛸Y源與可再生能源，降低對環(huán)境的影響，營造與自然和諧共生的建筑；(2)采用本土化的建筑設(shè)計(jì)策略，在造價(jià)有限的前提條件下盡可能地采用被動(dòng)式、高效率的低技術(shù)手段解決問題；(3)充分考慮當(dāng)?shù)厣贁?shù)民族的地域文化特征以及牧民和兒童的行為心理需求，創(chuàng)造利于兒童身心健康發(fā)展的幼兒園建筑及活動(dòng)場地.

2 項(xiàng)目可再生能源利用分析

2.1 場地設(shè)計(jì)與整體布局

建筑整體的生成邏輯如圖5所示.場地邊界為不規(guī)則的“L”型，為了適應(yīng)當(dāng)?shù)睾涞亩練夂蚝蛨龅剡吔?，采用了“L”型體量形成一個(gè)整體的布局，減小了建筑的體型系數(shù)，使得建筑能夠有機(jī)地融入周圍的自然環(huán)境.考慮冬季主導(dǎo)風(fēng)向，在建筑的西北側(cè)和東北側(cè)采用封閉的界面，減少冬季冷風(fēng)滲透，而在面向夏季主導(dǎo)風(fēng)西南風(fēng)的一側(cè)采用較為開敞的建筑界面，加強(qiáng)自然通風(fēng)以及建筑內(nèi)部空間與南側(cè)場地的聯(lián)系.建筑的主要功能房間以“村落”的方式緊湊有機(jī)地置入“L”型體量當(dāng)中，在主要房間的屋頂上布置太陽能集熱板，在主要功能房間的南側(cè)設(shè)置內(nèi)院，加強(qiáng)主要房間南向的被動(dòng)式太陽能利用和采光，同時(shí)這種內(nèi)向式的院落能夠防止風(fēng)沙的侵襲.采用可上人的大屋頂將主要功能房間連接為一個(gè)整體，一方面在主要功能房間之間形成了遮陽廊、陽光廳等大量的“氣候緩沖空間”，另一方面屋頂平臺(tái)為牧民兒童提供了可自由玩耍的大面積公共活動(dòng)空間.在牧民活動(dòng)中心和幼兒園之間以及幼兒園最東側(cè)設(shè)置連接庭院和屋頂平臺(tái)的垂直交通和游戲空間，在“氣候緩沖空間”的頂部設(shè)置一系列的“天窗”增強(qiáng)室內(nèi)采光.最終形成了包括主要功能房間、庭院、屋頂活動(dòng)平臺(tái)、氣候緩沖空間、游戲空間等在內(nèi)的一系列不同功能、多層次的空間體系，以應(yīng)對當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鳌⑽幕卣骱褪褂眯枨?

圖5 場地設(shè)計(jì)與整體布局

在設(shè)計(jì)前期使用Phoenics軟件對場地的冬季風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬，首先在前、后、高度分別大于3倍建筑高度的空間構(gòu)建風(fēng)場模型，場地風(fēng)向設(shè)置為東北風(fēng)，風(fēng)速為3.5 m/s，選擇標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型進(jìn)行模擬.接著按照當(dāng)?shù)貙?shí)際的風(fēng)環(huán)境情況設(shè)定參數(shù)，最終選取1.5 m人行高度截面的風(fēng)速模擬結(jié)果值進(jìn)行比對.根據(jù)《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[11]規(guī)定“建筑物周圍人行風(fēng)速小于5 m/s較為舒適.從場地風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果可以看出，平均風(fēng)速接近室外舒適風(fēng)速1.5 m/s，在寒冷的冬季確保了較舒適的室外風(fēng)環(huán)境，在夏季又有良好的通風(fēng)效果.此外，兒童活動(dòng)場地中漩渦區(qū)明顯減少，為兒童的活動(dòng)營造了良好的空間(圖6).

圖6 場地風(fēng)環(huán)境模擬

2.2 幼兒活動(dòng)單元設(shè)計(jì)

幼兒活動(dòng)單元轉(zhuǎn)譯自當(dāng)?shù)孛晒虐幕窘ㄖ问剑叫纹矫鎯?nèi)部為躍層空間，底層為活動(dòng)室，頂部夾層為兒童臥室，能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)代的建造模式以及內(nèi)部布局.建筑形式采用了逐漸上收的空間，由圓錐體轉(zhuǎn)換為四個(gè)坡面向內(nèi)聚攏，頂部設(shè)置天窗，這種逐漸上收的建筑形式可以利用熱壓通風(fēng)的原理改善室內(nèi)空氣環(huán)境品質(zhì)，同時(shí)天窗優(yōu)化的活動(dòng)單元內(nèi)部的自然采用.建筑形體的四個(gè)坡面具有不同的功能，南向坡面布置太陽能集熱板，同時(shí)為了爭取南向最佳的朝向，坡面的面積增大，獲得更多的太陽能資源.北坡面或西坡面垂直于屋面，使牧民與兒童獲得進(jìn)入屋頂活動(dòng)的權(quán)利，便與自然接觸；東坡面斜率減小，使兒童獲得攀爬、游玩等體驗(yàn)，使得兒童能夠在室內(nèi)不同場所之間自由轉(zhuǎn)換，形成類似“游牧”的空間體驗(yàn).建筑利用采光筒、采光天窗及南向庭院提高室內(nèi)空間的自然采光面積，減少白天照明的能源消耗.通過建筑單元的天窗控制房間采光，夏季太陽高度角較高，為了避免陽光直射，利用弧形頂面，使陽光經(jīng)過漫反射進(jìn)入室內(nèi).冬季利用南向玻璃窗獲得低高度角的大面積陽光，同樣從天窗獲得經(jīng)過漫反射的陽光.通過基于Grasshopper平臺(tái)的Ladybug+Honeybee參數(shù)化性能模擬插件對建筑單元采光的模擬，首先使用Rhino建立活動(dòng)單元的三維模型并導(dǎo)入Grasshopper中，接著在Energy Plus官網(wǎng)[12]下載當(dāng)?shù)氐湫湍甑臍庀髷?shù)據(jù)并在Ladybug中加載數(shù)據(jù)，在時(shí)間設(shè)置上挑選春分、夏至、秋分和冬至四個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，并分別對活動(dòng)單元一天中不同時(shí)段的室內(nèi)采光進(jìn)行模擬，最終通過不斷調(diào)節(jié)活動(dòng)單元屋頂傾斜角度與天窗位置，使得建筑在四個(gè)季節(jié)均可獲得良好的采光.此外，通過PHOENICS軟件對建筑單元通風(fēng)的模擬，逐上收縮的形體使建筑具有良好的拔風(fēng)效果，而夾層的寢室部分處于無風(fēng)區(qū)，反映了建筑單元通風(fēng)設(shè)計(jì)的合理性(圖7).

圖7 幼兒活動(dòng)單元性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.3 OM太陽能技術(shù)應(yīng)用

OM太陽能技術(shù)屬于被動(dòng)式太陽房技術(shù)，它兼具了各種被動(dòng)式太陽房的特點(diǎn)，形成了特有的太陽能利用模式(Orange Mode,也稱柑橘模式)[13].OM太陽能技術(shù)以低成本的建設(shè)，利用太陽能光熱轉(zhuǎn)化，做到“低技術(shù)”與“高技術(shù)”的融合，該技術(shù)特別適合低層建筑和晝夜溫差大的氣候區(qū).OM太陽能技術(shù)不必使用一般的空調(diào)設(shè)備，但是在建筑設(shè)計(jì)階段就要考慮對太陽能的利用.

在本方案中充分結(jié)合OM太陽能技術(shù)進(jìn)行幼兒園功能用房設(shè)計(jì)，在主要功能用房的頂部設(shè)置屋面空氣夾層，在屋頂南向布置太陽能集熱板，結(jié)合頂部的天窗設(shè)置OM控制箱，地板設(shè)置送風(fēng)靜壓箱，地基中設(shè)置蓄熱混凝土層.在冬季，白天空氣從活動(dòng)單元的屋檐底部進(jìn)入，被屋面吸收的太陽能加熱，在頂板空腔里收集熱空氣，再通過OM控制箱中的風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，在地板下送風(fēng)靜壓箱進(jìn)行熱氣流的收集，最終經(jīng)由房間兩側(cè)的出風(fēng)口送入房間.加熱后的空氣一面加熱底基層中的混凝土層，一面流入房間內(nèi)部.此時(shí)蓄熱混凝土不停吸收空氣中的熱量，夜晚室外溫度降低，蓄熱混凝土層開始向房間內(nèi)緩慢放出熱量，使整個(gè)房間的溫度從地板下開始升高.在夏季，屋面空氣夾層可以形成一個(gè)隔熱層，一方面可以利用OM控制箱生產(chǎn)的熱水對幼兒園進(jìn)行熱水供應(yīng)，另一方面可以通過OM處理箱把余熱排出活動(dòng)單元，隔熱層的存在可以使房間內(nèi)維持在相對較低的溫度(圖8).

圖8 OM太陽能技術(shù)在主要功能房間中的運(yùn)行

總的來說，OM太陽能技術(shù)在幼兒園設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，在減少能源消耗的前提下能夠提升室內(nèi)空間環(huán)境品質(zhì)，有利于兒童的身體健康；其次，同時(shí)能夠通過全館暖房、換氣暖房、終日暖房、間接暖房、低溫暖房等不同模式的切換，營造差異化的室內(nèi)溫濕度環(huán)境；再次，能夠減少碳排放，據(jù)測算，東京使用OM太陽技術(shù)的住宅相比于使用前每年的碳排放下降了453 kg/a[13]，起到了很好的節(jié)能減排效果.

2.4 材料選擇與構(gòu)造設(shè)計(jì)

對于僅靠周期波動(dòng)的太陽輻射采暖的建筑，建筑的蓄熱材料是最為關(guān)鍵的.為了保證建筑具有足夠的熱質(zhì)，建筑使用當(dāng)?shù)爻Ｒ姷暮煌敛牧蠟樵停ㄟ^“厚重”的結(jié)構(gòu)體系作為建筑熱放熱的材料.為達(dá)到保溫隔熱的效果，結(jié)合當(dāng)?shù)厣两ㄖ慕ㄔ觳牧?，考慮建筑的墻體統(tǒng)一采用500 mm現(xiàn)代夯土磚砌筑.現(xiàn)代夯土磚中粘土和沙石的比例可根據(jù)建筑砌塊的熱工性能要求進(jìn)行配比，且足夠滿足當(dāng)?shù)氐目拐鸬燃?jí)和強(qiáng)度要求(圖9).在現(xiàn)代夯土磚的制作中，過程簡單，造價(jià)較低，砌筑過程只需要插入鋼筋來加強(qiáng)填充墻強(qiáng)度，適宜當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀和工人的施工技術(shù)，同時(shí)也減少了生產(chǎn)過程中的碳排放.

圖9 墻體構(gòu)造與建造過程

此外，在幼兒園活動(dòng)單元的墻體構(gòu)造中引入特朗勃墻構(gòu)造，特朗勃墻是一種依靠墻體獨(dú)特的構(gòu)造設(shè)計(jì)，無機(jī)械動(dòng)力、無傳統(tǒng)能源消耗、僅依靠被動(dòng)式收集太陽能為建筑供暖的即熱墻體，其工作原理屬于空氣格層的溫室效應(yīng)，同時(shí)具有良好的蓄熱作用，充分展現(xiàn)西北建筑的地域特色的同時(shí)也為西北地區(qū)綠色建筑的設(shè)計(jì)提供了新的選擇.

3 西北地區(qū)幼兒園設(shè)計(jì)的可再生能源利用策略

西北地區(qū)尤其是像新疆這種少數(shù)民族聚居區(qū)和經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的幼兒園建筑還存在著與東部地區(qū)較大的差距，然而在這樣的地區(qū)卻擁有非常豐富的可再生能源.因此，西北地區(qū)獨(dú)特的氣候條件和豐富的可再生能源為該地區(qū)的幼兒園設(shè)計(jì)帶來了新的課題與挑戰(zhàn).通過本次方案設(shè)計(jì)可總結(jié)出西北地區(qū)幼兒園設(shè)計(jì)的可再生能源利用策略：

3.1 緊湊形體和圍合式布局

西北地區(qū)大風(fēng)等極端天氣多發(fā)，晝夜溫差變化大，在新疆局部地區(qū)晝夜溫差甚至可以達(dá)到25 ℃[14].因此，在幼兒園設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮建筑的氣候適應(yīng)性，總體布局宜采用密集緊湊的建筑形體和內(nèi)向圍合式，將幼兒園的活動(dòng)單元等主要使用空間緊湊地組織在一起，從而能夠減少建筑的體系系數(shù)，降低冬季對外的熱量損失并減少夏季熱量進(jìn)入；宜采用圍合式的建筑布局，借鑒當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)民居外封內(nèi)敞的空間模式，在建筑中間的適當(dāng)部位設(shè)置內(nèi)院，引入自然采光和通風(fēng)，建筑盡量朝向內(nèi)院開口，減少朝向外圍開口面積，通過緊湊形體和圍合布局抵御風(fēng)沙等不利天氣的影響，營造適宜兒童活動(dòng)的公共空間和微氣候環(huán)境.

3.2 多層次的氣候緩沖空間

為了應(yīng)對西北地區(qū)溫度變化大、太陽輻射強(qiáng)度大等氣候特點(diǎn)，不宜將幼兒園作為一個(gè)封閉的整體單元考慮，宜在建筑中設(shè)置門廳、陽光廊、遮陽廊等多層次氣候緩沖空間.在新疆地區(qū)就可以通過上述幾種氣候緩沖空間弱化室內(nèi)外氣候條件的反差，從而給使用者帶來良好的使用體驗(yàn).通過這種方式使得建筑與外部環(huán)境不是直接的聯(lián)系，而是通過這一系列氣候緩沖空間形成過渡，減少氣候?qū)χ饕臻g的環(huán)境影響，同時(shí)這種多層次的氣候緩沖空間使得不同空間的熱環(huán)境能夠分時(shí)分區(qū)控制，減少建筑的整體能耗.此外，這些氣候緩沖空間在極端氣候時(shí)為兒童提供了不同層次的活動(dòng)場所，使他們能夠根據(jù)熱需求轉(zhuǎn)移式活動(dòng)，形成西北地區(qū)“應(yīng)時(shí)而遷”的獨(dú)特空間行為模式.

3.3 利用熱壓通風(fēng)與天然采光的剖面設(shè)計(jì)

由于采用內(nèi)向封閉式的建筑布局，建筑內(nèi)部空間的采光和通風(fēng)變得尤為重要.在設(shè)計(jì)的過程中可以將當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)民居或者公共建筑中利用熱壓通風(fēng)和天然采光合理組織剖面設(shè)計(jì)的方法繼承轉(zhuǎn)譯，合理設(shè)置進(jìn)出風(fēng)口和采光口，通過自然通風(fēng)和采光改善建筑內(nèi)部的空氣環(huán)境質(zhì)量和光環(huán)境品質(zhì)，從而達(dá)到節(jié)省人工照明和空調(diào)能耗的目的，同時(shí)自然通風(fēng)和采光也有利于兒童的身心健康發(fā)展.在采光通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)要結(jié)合幼兒園的使用功能考慮，比如增加公共活動(dòng)區(qū)域的通風(fēng)和采光量，減少睡眠區(qū)的通風(fēng)和采光量，以符合兒童行為活動(dòng)對采光通風(fēng)的需求.

3.4 優(yōu)先考慮被動(dòng)式太陽能利用

新疆地區(qū)太陽能資源十分豐富，是我國僅次于青藏高原的太陽能富集區(qū)，全年和晝夜溫差大、太陽日照時(shí)間長的特點(diǎn)為被動(dòng)式太陽能利用提供了充分的條件.可結(jié)合直接受益式太陽房、附加陽光間、特朗博墻、OM太陽能等技術(shù)原理進(jìn)行幼兒園空間和構(gòu)造設(shè)計(jì).比如將活動(dòng)單元與直接受益式太陽房結(jié)合、南向交通廊道與附加陽光間結(jié)合等.設(shè)計(jì)中需要注意幼兒園布局盡量朝南，增加活動(dòng)單元南向開窗面積，在窗戶內(nèi)部設(shè)置蓄熱體等，通過這些手段能夠有效降低西北地區(qū)幼兒園建筑的冬季采暖能耗，但同時(shí)也要注意這些空間的夏季遮陽設(shè)計(jì)，否則會(huì)引起夏季過熱的現(xiàn)象[15].

3.5 保溫蓄熱的墻體構(gòu)造

生土材料作為新疆傳統(tǒng)建筑中大量采用的墻體材料，具有極好的保溫隔熱和蓄熱能力，能夠有效地延緩晝夜溫差，然而生土材料卻具有抗震性能差、防水性弱、占用空間大等缺陷.在現(xiàn)代建筑的設(shè)計(jì)建造過程中，應(yīng)該將傳統(tǒng)材料的優(yōu)點(diǎn)得以繼承.因此，在墻體材料的選取上宜采用改良的新型生土材料，或選用保溫蓄熱性能好的現(xiàn)代材料和構(gòu)造(如高性能保溫棉、相變蓄熱材料、保溫空腔等).通過這些材料構(gòu)造的使用提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱能力，同時(shí)利用外飾面材料的色彩、質(zhì)感與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)文化建立聯(lián)系，形成符合西北地域特征的建筑形象.

4 結(jié)語

本設(shè)計(jì)方案在充分尊重西北地區(qū)自然氣候和傳統(tǒng)建筑智慧的基礎(chǔ)上，合理運(yùn)用可再生能源和被動(dòng)式綠色技術(shù)，利用了多種綠色建筑模擬分析軟件優(yōu)化和完善設(shè)計(jì)方案，同時(shí)嘗試探索和總結(jié)出在西北地區(qū)幼兒園建筑設(shè)計(jì)中可再生能源利用策略和方法：采用緊湊形體減小體形系數(shù)；設(shè)置多層次的氣候緩沖空間分時(shí)分區(qū)控制建筑熱環(huán)境；利用被動(dòng)式通風(fēng)與天然采光改善建筑室內(nèi)采光通風(fēng)；結(jié)合被動(dòng)式太陽能技術(shù)降低采暖能耗；選擇保溫蓄熱的墻體構(gòu)造提升建筑保溫性能.在全社會(huì)致力于實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的今天，探索適合西北地區(qū)氣候條件、資源稟賦和文化特征的地域性綠色建筑設(shè)計(jì)，對于西部建筑行業(yè)的節(jié)能減排具有顯著的意義，而在進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)的過程中，我們同樣不能忽視對西部地區(qū)文化特征和弱勢群體的關(guān)注，地域性綠色建筑最終應(yīng)該達(dá)成技術(shù)與人文之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一.本方案在2020年臺(tái)達(dá)杯國際太陽能建筑設(shè)計(jì)競賽中獲得了三等獎(jiǎng).