北京大學(xué)附屬小學(xué)位于海淀區(qū)中關(guān)村北大街東側(cè)燕東園內(nèi),西側(cè)隔街與北京大學(xué)相鄰,東側(cè)為北京大學(xué)力學(xué)系教學(xué)區(qū),南側(cè)與北側(cè)被極富歷史氣息的別墅區(qū)環(huán)繞,周邊的環(huán)境決定了北大附小莊重嚴(yán)肅而又不失活潑的建筑特色。學(xué)?,F(xiàn)址為上世紀(jì)20~30年代私家花園,校園內(nèi)有大量名木古樹,雖然為北大附小提供了得天獨厚的自然環(huán)境,但因保護(hù)古樹的需要也增加了設(shè)計難度,使建筑的功能布局受到了很大限制。改建前,學(xué)校由一座20世紀(jì)90年代修建的4層教學(xué)樓和20世紀(jì)50年代遺留的若干個單層教室組成,新建教學(xué)樓充分利用原有資源,使新舊建筑形成了一個有機(jī)的整體。
老環(huán)境
由于北大附小的校園原為私家花園,場地內(nèi)有300余棵需要保護(hù)的古樹,因此在基礎(chǔ)的處理上應(yīng)充分考慮建筑對古樹的不利影響,并通過技術(shù)手段兼顧建筑的防潮防水,以筏基和獨立基礎(chǔ)結(jié)合進(jìn)行設(shè)計;同時,局部梁板挑空,最大限度地避讓開樹根系和樹冠,以保證古樹的生長空間。
為展現(xiàn)北京大學(xué)原有的建筑特色,建材主要選擇灰磚、型鋼和玻璃,并利用現(xiàn)有樹木進(jìn)行靈活布局,形成了豐富多彩的空間變化,滿足了兒童這一特殊群體的使用需要。
新生態(tài)
在工程設(shè)計中,與清華大學(xué)合作的建筑生態(tài)節(jié)能設(shè)計能夠使建筑真正成為自然運轉(zhuǎn)的體系,并取得了顯著的節(jié)能效果。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn),學(xué)?,F(xiàn)有建筑的空調(diào)方案采用開窗通風(fēng)加空調(diào)系統(tǒng),這種方式能耗大且存在開窗通風(fēng)時的熱損失。在研究了國內(nèi)外的設(shè)計實例之后,新方案決定采用誘導(dǎo)式通風(fēng)加地道風(fēng)聚冷蓄熱系統(tǒng)來解決室內(nèi)降溫及通風(fēng)問題,室外新風(fēng)通過地下輸配管道降溫送入室內(nèi),起到了全空氣空調(diào)系統(tǒng)作用,建筑內(nèi)豎向風(fēng)道加強(qiáng)了墻體保溫,由于地道風(fēng)系統(tǒng)與二期地下車庫一起建造,減少了造價,達(dá)到了較好的效費比。經(jīng)過模擬軟件分析,教室等主要功能房間的通風(fēng)、換氣和降溫等需求,能夠通過通風(fēng)、隔熱、遮陽等措施保證在炎熱的夏季不使用空調(diào)時室溫也可以低于29℃,在室內(nèi)不開窗換氣的條件下CO2濃度低于1.5‰,還確保了冬季采暖條件下的室內(nèi)溫度高于18℃。
熱環(huán)境控制從冬、夏兩季分別考慮。冬季供暖熱源采用已有的集中供熱系統(tǒng),因此冬季熱環(huán)境的控制重點是確保房間的新風(fēng)量。夏季房間降溫的傳統(tǒng)方法多為安裝分體式空調(diào)器或采用集中空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng),這樣雖然能夠提供良好的室內(nèi)熱環(huán)境,但安裝分體式空調(diào)器并不能保證室內(nèi)空氣質(zhì)量,且初投資、維護(hù)更新費用和運行費用均高;而集中送風(fēng)空調(diào)雖然可以保證好的空氣與室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量,但初投資和運行費用比分裝式空調(diào)器還要高,并且要求配有專業(yè)的運行維護(hù)人員。北京最熱的月份是7月和8月,而這兩個月正值暑假期間,各個教室并不使用,因此夏季需要空調(diào)供冷時間主要集中在5月底至7月初,建筑物具有空調(diào)使用時間較短、供冷期間室外氣溫不太高的特點。因此,本方案的設(shè)計采用建筑上的隔熱、遮陽、誘導(dǎo)式熱壓通風(fēng)與地道通風(fēng)相結(jié)合的技術(shù),從而獲得舒適的室內(nèi)熱環(huán)境和良好的室內(nèi)空氣質(zhì)量,同時達(dá)到節(jié)省運行能耗的目的。夏季熱環(huán)境控制的設(shè)計思路采用合適的生態(tài)節(jié)能方式,滿足了房間的熱環(huán)境要求。
隔熱
根據(jù)誘導(dǎo)式通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計要求,主教學(xué)樓南北向外墻和南教學(xué)樓南向外墻采用雙層墻結(jié)構(gòu),兩層墻之間作為空氣通風(fēng)道。雙層墻的內(nèi)層選用200mm厚陶?;炷量招拇u,并外貼50mm厚聚苯的保溫材料,外層墻選用100mm厚輕鋼龍骨,內(nèi)外分別采用加壓混凝土板,雙層板之間加裝擠塑聚苯板。風(fēng)道間墻體為單層陶?;炷量招拇u加保溫結(jié)構(gòu),外側(cè)裝有金屬格柵,減少夏天陽光對墻體的加熱作用。外窗根據(jù)節(jié)能要求,教學(xué)樓及宿舍樓一律采用斷橋鋁合金雙層外窗,內(nèi)側(cè)窗為雙層中空玻璃,外側(cè)窗為單層玻璃,其間布置遮陽百葉,兩層窗的開啟扇位置經(jīng)過精心考慮,外層窗置于下部,內(nèi)層窗置于上部,這樣在兩層窗之間就形成了緩慢流動空氣層,兼顧室內(nèi)通風(fēng)和保溫的需要。另外,由于空氣流動緩慢,使大部分灰塵沙土得以沉積,有效緩解了北方室內(nèi)進(jìn)土的嚴(yán)重問題。
遮陽
考慮到建筑立面的美觀,雙層墻本身的厚度達(dá)800mm,在夏季時能夠遮擋大部分直射陽光,可以直接利用墻本身的厚度作為窗戶外遮陽,窗框盡量靠內(nèi)墻設(shè)置,以增加墻厚度對窗戶的遮陽效果。實際使用表明,夏季外遮陽的效果良好,并有效地降低了夏季供冷負(fù)荷。在冬季時,太陽高度角減小,直射陽光大部分能進(jìn)入教室,滿足了光照需求。
降溫
北大附小教學(xué)樓采用地道通風(fēng)降溫系統(tǒng)作為主冷源,根據(jù)建筑物逐時動態(tài)負(fù)荷確定地道幾何尺寸,使地道通風(fēng)能在供冷季提供建筑所需冷量,維持室內(nèi)良好的熱環(huán)境。根據(jù)北京地區(qū)土壤溫度隨深度變化的情況,4m深處土壤溫度年波動幅度較?。úǚ?℃左右),因而上層預(yù)制混凝土埋管中心深度定為4m,使用內(nèi)徑為1.2m的鋼筋混凝土預(yù)制管,將其水平布置,中心間距2.4m。本工程共設(shè)4根埋管,置于操場地下,總長度290m,其中1根埋管供南教學(xué)樓,3根埋管供主教學(xué)樓,在主教學(xué)樓和南教學(xué)樓半地下層分別設(shè)置地下機(jī)房,為教學(xué)樓送風(fēng)。風(fēng)機(jī)將地道內(nèi)空氣抽送至靜壓箱后,由靜壓箱引出水平送風(fēng)管與送風(fēng)豎井相連,再送入教室。排風(fēng)系統(tǒng)與主教學(xué)樓南向教室相同,采用誘導(dǎo)式排風(fēng)系統(tǒng)和機(jī)械式排風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合的形式。主教學(xué)樓南側(cè)教室和南教學(xué)樓新建教室采用誘導(dǎo)式排風(fēng)系統(tǒng),通過煙囪和太陽集熱器(斜坡屋頂)盡可能吸收太陽輻射,加熱流過其中的空氣,擴(kuò)大與室內(nèi)空氣的溫差,并強(qiáng)化熱壓氣流,進(jìn)而對房間內(nèi)的空氣產(chǎn)生有效的抽拔作用,在陽光不足時,借助地下室及集熱器內(nèi)部的風(fēng)機(jī)形成壓差,保證了教室內(nèi)能形成穩(wěn)定的氣流組織。該系統(tǒng)對室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)作用明顯,風(fēng)機(jī)噪音也能控制在比較小的范圍內(nèi),達(dá)到了夏季免開空調(diào),冬季不開窗進(jìn)行通風(fēng)的目的,節(jié)能效果非常顯著。