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文章摘自2013年5月版CIBSE杂志安迪·皮尔森著。
简介
为了达到被动屋的地位，布什伯里山小学的设计团队必须瞄准厨房不受监管的能源使用，并生产一个超级密封，绝缘的外壳，不会过热。Andy Pearson解释了Architype和E3是如何迎接挑战的。
在成功完成了沃尔夫汉普顿市议会的一系列低能耗学校设计后，Architype和E3咨询工程师的建筑师-工程师设计团队开始在他们的下一个项目:布什伯里山小学中提高标准。该团队开始按照被动屋的标准设计新学校。
除了满足被动屋学院严格的技术要求外，客户坚持被动屋方案必须在既定的项目时间表和现有420万英镑的地方政府预算分配给新学校的范围内完成。
值得赞扬的是，这个小组出色地完成了任务。该团队开发的Passivhaus解决方案是一个漂亮的木材和砖砌学校，建筑工程必须确保一个舒适的学习环境，而不是昂贵的节能附件。这种实用的、低能耗的解决方案在CIBSE建筑性能奖上得到认可，该方案获得了年度新建筑项目(价值高达500万英镑)类别。评委们表示，该方案展示了“良好的能源性能，但没有绿色装饰”。
为了设计一个低能耗的被动屋标准学校，能够在传统的建筑预算范围内建造，需要一个非常高效和具有成本效益的设计解决方案。不出所料，低能耗策略影响了建筑形式和服务策略的每一个决策。建筑师Architype的主管Jonathan Hines说:“作为建筑师，我们喜欢被动屋的原因是，我们在设计早期就与工程师密切合作，以确保建筑在创造居住者舒适度和节约能源方面做了所有艰苦的工作，而不需要在设计后期添加大量复杂的附加材料。”
利用被动屋规划包(PHPP)分析软件开发了一种低能耗解决方案。例如，学校的两层建筑就是PHPP的成果。两排教室按角度排列，在学校的中心形成了一条楔形的通高活动街。这条街的东边是一个通高的学校礼堂。Hines解释说:“两层木结构的解决方案更紧凑，因此更节能，因为外部面积与建筑面积的比例更好。”
此外，楔形建筑通过将学校的主要立面朝向南，在冬季利用太阳能。大多数教室都在这个立面上。遮阳板和悬垂的屋顶限制了太阳能的吸收，防止这些房间在夏天过热。东西面向的玻璃被保持在最低限度，因为在这些立面上很难控制太阳能增益。
“这座楔形建筑的设计是为了在冬季充分利用太阳能。
该建筑的低能源证书进一步加强了极高的绝缘水平，目前在建筑的结构。所有元素都超过了最低建筑规范的要求:外墙的U值为0.13W/m2/℃，屋顶为0.10W/m2/℃，一楼的U值为0.06W/m2/℃。窗户和门采用三层玻璃，U值分别为0.9W/m2/℃和1.0W/m2/℃。此外，仔细的细节设计消除了热桥不必要的热损失。
该计划也异常严密。在设计开发的早期，设计工作室用于开发健壮的细节，并与承包商Thomas Vale一起贯穿整个施工阶段。通过智能的细节设计和精心的施工，漏风在50Pa时被限制在不可思议的0.53m3/hr，比建筑法规提高了2000%。
知道他们有一个密封的，节能的建筑围护结构，使团队开发了一个优雅，简单的通风策略。通风方式有冬季和夏季两种。冬季，机械热回收通风(MHVR)系统以每人18m3/h的速度向教室输送5400m3 /h的预热新风。然后，这些新鲜空气通过教室，通过声传输格栅排到街上。街上的空气被返回到MHVR装置，在那里高达80%的热能在耗尽之前被去除。
夏季，MHVR设备关闭，仅靠自然通风就能保持建筑舒适。在街道上，高层的窗户和格栅打开，让温暖的空气逸到外面。逸出的空气通过传送格栅把教室里的新鲜空气吸进来。教室里手动开启的窗户和房间高的通风格栅确保了充足的通风，保持舒适的环境。
通风格栅的不同寻常之处在于，它们实际上是安装在墙上的百叶窗，后面有一扇门，可以由老师使用电子执行器控制通风打开或关闭。这种格栅和百叶窗相互连接的系统可以保证安全通风，并使该系统能够在夜间用于在炎热天气下预冷建筑。这种解决方案消除了机械冷却的需要，同时提供高水平的新鲜空气。
自然通风策略的例外是建筑的主大厅。由于这是间歇性的占用，占用率可以从一个班的30名学生到230名学生的学校集会，这个房间安装了一个二氧化碳传感器和一个供应和提取风扇。当二氧化碳传感器需要新鲜空气时，风扇将街上的空气吸入室内。当传感器检测到大厅是空的，风扇关闭，停止系统向空房间提供新鲜空气。
这一简单的策略使新鲜空气跟随学生走到街上或大厅。如果孩子们不在教室里，那么当所有的新鲜空气被抽到街上时，它仍然是可用的。同样，如果孩子们都在大厅里吃午饭，那么街上的新鲜空气就会被吸进大厅。E3咨询工程师公司的合伙人安迪•贾维斯表示:“由于建筑结构非常密封，这种解决方案使我们能够将工厂规模和配电管道系统控制在最低限度。”
对已使用空间的模拟和分析显示，该方案符合《建筑物公报101:学校楼宇通风》中有关过热的建议，即在每年超过120小时的使用时间内，已使用空间内的空气温度不应超过28摄氏度。事实上，模型预测，任何空间超过28摄氏度的最长时间是每年35小时，完全在目标范围内。学校校长Leigh Smith非常欣赏这种通风解决方案:“我们可以看到建筑通风设计的好处，空间是如此舒适，学生们都很喜欢，”她热情地说。
和通风系统一样，通风设备也很简单。单个MVHR单元由一个供、抽风机和一个热轮组成，用于热回收，提供所有的新鲜空气。该机组没有加热器电池;相反，使用一个简单的基于房间的LPHW散热器系统来抵消新风加热需求，该系统由一对冷凝锅炉提供。
为了满足热需求，学校安装了传统的低温散热器，而不是昂贵的低表面温度装置。这些设备为教室供暖，同时使锅炉以全冷凝模式运行。加热回路具有很高的温度差，通常50℃流动30℃回流，以保持流速到最小。所有加热管道都是高度绝缘的，以防止不受控制的热量损失。
一个单独的，专用的供气和抽气系统被用来给厨房通风。由于被动屋设计中包含了不受监管的能源使用，因此将厨房的能源消耗最小化是很重要的。学校厨房通常使用燃气灶具。然而，在这个项目中，主办方被说服使用电感应烹饪，这意味着没有燃烧气体需要清除，锅周围的废热被最小化(见方框:关闭燃气)。海恩斯解释说:“一开始，承办宴会的人并不太喜欢这个主意，但事实证明，它在能源使用和餐饮人员的舒适度方面都取得了巨大成功。”
除了减少厨房的能源消耗，设计师还着手最小化照明和ICT负载。建筑的形式确保了大多数空间都有很高的余光水平，以尽量减少对人工照明的需求。需要光线时，主要由线形荧光灯提供。这些都是手动开关;存在检测确保当房间空的时候灯会关闭。该团队还与ICT顾问密切合作，以确保为学校选择低能耗设备。
一个意想不到的能源消耗是一个特别的挑战是在洒水室。伍尔弗汉普顿市议会制定了一项政策，要求所有建筑都安装喷水灭火装置，以保障生命安全。Bushbury Hill的洒水蓄水池和柴油泵位于基地周边附近的一个独立建筑中。贾维斯承认:“光是用霜保护洒水系统就需要大量的能量，这让我们束手无策。”他说，在后续的方案中，喷水室的绝缘材料将得到改善，布什伯里山的改善措施也在考虑之中。
2011年10月，当这栋建筑移交给教学人员时，建筑师和承包商花了时间向新住户解释设计背后的原则以及如何操作这栋建筑。他们还向工作人员发放了一本小册子。然而，一些用户很难理解控制策略。Jarvis解释道:“我们试图用同一个设计团队来解决用户过于复杂的问题。
同样重要的是，为了确保方案的成功，设计团队可以使用建筑复杂的趋势BMS系统。这使他们能够全年持续监测使用中的建筑。该团队仍在调整系统以优化性能;例如，2012年春季的热浪导致一些空间变得不舒服，因为从低角度的太阳获得了很高的太阳能。
抛开初期的问题不谈，这个非常成功的设计获得了被动屋的全部认证。从委员会的角度来看，更重要的是，低能源解决方案减少了能源账单，缓冲了未来能源价格上涨的影响。对于一所每平方米1768英镑的学校来说，这已经很不错了。
如果这所屡获殊荣、低能耗、低成本的学校需要进一步的支持，客户已经聘请了相同的团队来完成下一个学校项目，这一次客户指定了一个被动屋解决方案。贾维斯说:“这种解决方案为学校建筑提供了一种潜在的低能耗模式。”
关掉煤气
随着被动屋学校其他地方的能耗降低，厨房的能耗变得越来越大。布什伯里山的一个主要挑战是设计一个低能耗的餐饮厨房。
即使是布什伯里相对较小的厨房，也充满了能源消耗和产生热量的设备，包括冰箱、冰箱、灶台和烤箱。除了这种设备消耗的能量外，它产生的热量也是相当可观的，特别是在一个绝缘良好的厨房里。
厨房里的热量通常由厨房的通风罩排出。这具有多重作用:除了从烹饪设备中去除热量外，它还可以去除蒸汽和其他颗粒以及用于烹饪的气体。遮光罩还可以去除燃烧产物，帮助保持厨房相对于建筑其他部分的较低压力，以阻止气味的传播。
根据提议的设备，传统的厨房设计需要一个炊具罩从厨房中提取3,600立方米/小时。这也需要给厨房换同样多的空气;在冬天，这需要加热到至少12摄氏度，以确保它不会给承办宴会的人带来不适。简单地说，传统厨房通风的能源需求将是10千瓦时/平方米/年，是被动屋研究所为学校制定的15千瓦时/平方米/年总热需求目标的三分之二。
在布什伯里，Passivhaus顾问Nick Grant, Elemental Solutions的负责人，与建筑服务工程师alan Clarke合作，着手设计一个适合Passivhaus学校的餐饮厨房。开发低能量厨房的第一步是选择低能量的冰箱和冰柜，以尽量减少热量输出。接下来，格兰特和克拉克开始着手最小化烹饪设备的热量输出，采用基于电磁炉的全电解决方案。这些只会给厨房损失25%的热量，而煤气灶几乎损失100%的热量。
全电动策略使总通风量降低了三分之一，至2400立方米/小时。此外，厨房产生的热量被用来预热进入的新鲜空气，使用一个易于清洁的循环盘管系统。供风系统还包括一个来自学校供暖系统的加热盘管，当从厨房输出的热量太低，无法使供风达到温度时使用。
这个解决方案很有效。事实上，餐饮公司对厨房的舒适环境印象深刻，他们正在考虑在他们经营的其他厨房中使用类似的系统。
下载艾伦·克拉克在第16届国际被动屋会议上发表的关于被动屋学校厨房的论文。
测量性能
热能:15千瓦时/平方米(气)
热水:12千瓦时/平方米(气)
照明:14千瓦时/平方米(电气)
权力和植物:14千瓦时/平方米(电气)
厨房:7千瓦时/平方米(电气)
洒水装置:17千瓦时/平方米(电气)
项目团队
客户:伍尔弗汉普顿市议会
师:Architype
被动式住宅顾问:基本的解决方案
构建服务工程师:E3咨询工程师
结构:价格&迈尔斯
q:史密斯托马斯咨询
承包商:托马斯。淡水河谷
施工证明者:温暖的低能量
伍尔弗汉普顿的布什伯里山小学——年度新建项目(价值高达500万英镑)类别的获胜者Architype / E3咨询工程师LLP了解更多关于CIBSE建筑成就奖的信息 |