学校这类可持续建筑的前景

柏林附近的霍恩诺伊恩多夫的正能源房屋，一个按照被动式房屋标准新建的带体育馆的小学

1 背景和目标

霍恩诺伊恩多夫，在柏林市郊的北部，即将会有一段持续增长期，并因此寻求小学需求增长的可购性。为了满足这种需求，该市在Niederheide附近建造了一所新的小学（每个年级有三间教室），带一个三种用途的体育馆。 按照建筑和运行的可持续性，建筑符合非常严格的标准；它创造的能源要多于它所消耗的，并因此实现了碳平衡。这个7414平米的建筑是“能效学校”资金首推的一个示范项目，也是德国经济和科技部重点研究的“能源优化结构”的一个部分。Niederheide小学是德国第一座新建的正能源学校。 图1：学校的西南视角图

2 规划理念

建筑按照学校的功能结构被分成若干区域。教室按照不同年级坐落在三个平台上。“校园街”，一个充满了阳光的长条的中央空间，组成了学校的主干。主入口在这一区的南端，通往体育馆的入口在北端。学校所有的功能区也能通过这一中央区域很容易到达。

图2：底层和上层的地面规划 图3：“校园街”通往体育馆的一段楼梯，和带电致变色玻璃的咖啡馆 保温优良的建筑外围满足了被动式房屋标准而且没有热桥。承重建筑组件为钢筋混凝土制成的实心结构，而且立面有双层外壳：一层空心墙体及内部保温。建筑围护满足了被动式房屋对气密性（n50＜0.6 1/h）的要求并为立面透明和不透明表面及建筑的仓储部分提供了一个很好的平衡点。

3 整合的空间科技理念

为项目基础服务的规划方法重点关注对学校建筑结构的优化和建筑特征，这样建筑服务就能很简单容易地去调整，而且很少维护。同时，为学生和老师优化了室内质量和用户舒适度（空气质量，可见舒适度，热舒适度），能源需求、建造成本和应用成本减到最小。已经为前瞻性的教学创造了优化后的环境，可以按照不同的教学法要求进行灵活调整（内部微分为学习小组、内含、多年级小组、项目运行和更多）。 图4：“家庭式”地区地面规划，教室及延展的门廊区

通过与学校进行合作，我们开发了一种理念，每间教室的“家庭式”地区由一间教室、一个延展的门廊带、一个衣帽间及洗手间设施。“家庭式”地区因此为教学法要求的空间实施所服务，而且与此同时，也作为建筑技术设计的基础。

3.1 阳光及遮阳

阳光必须适应不同的教育情境——也就是说，光照在很多教育情境下必须要有很高的品质（例如，不是过于刺眼）。与此同时，夏季过热问题得到了限制。这一理念考虑了很多的室内需求（按照空间、光照和美学）并由于为不同方向及室内需求开发的遮阳/采光系统对室外条件加以影响。教室的南立面在外部加装了遮

阳，以确保对夏季强光的有效防护。在外面固定遮阳旁边还加装了垂直式遮阳棚，使用户在太阳低于水平遮阳时也能对光照加以控制。 图5：教室的南立面，详细的图纸，室外及室内视图

3.2 混合通风理念

考虑到教室的高容纳及相对较短的使用时间，我们开发了一种理念来确保满足空气质量标准的同时也能保持较低的能源需求。机械和自然通风在一种“混合”通风理念中按照应用和室外空气状况用不同方式组合，以达到高水准的空气质量及能源效率。

图6：带通风窗的自然通风（窄的，和房间同高带铰链的窗户，对风化作用和盗窃行为进行防护）。对上课期间和夜间自动净化通风来说这种通风窗很理想。 自然通风有机械通风支持。将一间教室、一道门廊、一个辅助房间组合成一个“家庭式”区域意味着对卫生间来说机械排风系统是必备的，而且用这种方式能结合新风系统，吸入的空气可被重复利用。新风在被辅助间排出之前先作为一次风流入到应用区（教室），然后作为二次风进入交通区（门廊）。新风因此直接流入并在整个“家庭式”区域内得以更新。

3.3 室内声音

对室内声音理念来说一个重要的目标是实现德国工业标准18041推荐的室内声音质量同时满足适应被动式气候的条件。一种“简洁的”方法，将声音和热表面分离可以最大程度上阻止这两种功能的消极效应，同时也实现了高水平的室内声音质量。按照少量可得到的热表面，我们在墙体上使用了高效的宽频吸音板。 图7：墙体的宽频吸音板带电子白板，测量混响时间

4 能效架构，外观 正如功能、技术和空间方面整合到建筑内部，这种综合的规划方法从外部也可见。屋顶区域的光伏设备也被整合到建筑理念中，光伏元素和配送的通风中心被整合到一起，并因此成为了开发建筑外形的决定因素。综合建筑翻新的组件（纳米玻璃，电致变色玻璃和VIP）及不同的遮阳理念也通过建筑的架构传达了正能源房屋的图像。

5 正能源理念

正能源理念基于建筑最低的能源需求和技术系统以及对当地购买力的利用，满足需求的可再生能源的来源。对一种可再生燃料木质颗粒（220千瓦锅炉）的利用，减少了年度一次能源需求并产生了最少量的碳排放。试图用颗粒废热发电设备（10千瓦th）支持热水供给并平衡外部循环损失。23千瓦时每平米年的一次能源需求非常的低。废热发电设备和光伏板（55千瓦p）产生的电力完全满足了学校对一次能源一年的需求，一点“剩余的一次能源”使它成为正能源房屋。计算基于2009年德国节能法规（EnEV）的平衡限制，意味着采暖、制冷、通风、辅助能源、通风设备和照明的能源需求都被包括在内，同时家庭和家电能源的需求未被考虑在内。光伏板的尺寸基于一次能源需求需要补偿的总量。

6 生命周期成本

规划阶段包括在建筑的生命周期使用LFGEP集中研究单个建筑组件。计算显示了

在霍恩诺伊恩多夫的Niederheide正能源学校（EnOB变体）的制造成本可能要高于满足2009节能法规要求的同样规模和外观的参考建筑（标准变体）。然而对50年生命周期的研究也证明参考建筑的整体成本要低25%，运行成本要低70%。 图8：标准建筑（同样规模和外观的参考建筑）和霍恩诺伊恩多夫正能源学校50年的生命周期成本比较——每年增加4%的能源价格。

6.1 项目参与方

建筑所有者——霍恩诺伊恩多夫市常规协调、建筑、采光理念、建筑物理， 技术建筑服务、能源理念、热模拟、采光模拟， 研究监测、协调， 生态平衡、生命周期分析，室内声音，监测， 项目资金