德国建筑改造中节能技术的应用研究

在德国梅克伦堡州魏斯玛市的一个幼儿园的改造过程中，建筑师马丁—沃伦萨克使用了适当的节能技术使这个幼儿园在使用中大大地降低了能量的消耗，同时节省了开支。该幼儿园建于1972 年，是当时实行社会主义制度的东德政府建设的同一形式的300余个幼儿园的其中之一。目前建筑状况良好，但外立面陈旧、破损严重，平面功能不能满足使用要求，而且建筑保温性能、通风情况都存在很大问题，在日常使用中造成了很大的能量损失，需要大量的资金维护，因此，有必要进行彻底的改造与翻新。同时当地政府也希望借此项目找到一种低成本的改造同类建筑的模式，并实验几种新型的节能材料和技术在实际操作中的可行性。

幼儿园主体建筑为两个长方体中间用连廊相联系，其最初的想法是使主要房间都能够获得充足的采光，但这种体型却导致了建筑外墙面积过大，加上保温设计不佳、现有的供暖系统可调节性差等因素，使建筑室内气候易受外界影响，夏天过热而冬天过冷，既不利于建筑节能，又使日常使用困难。平面功能改造的基本思想是创造一个可供儿童集会、休息、游戏的集中空间，以丰富幼儿园生活。拆毁两个建筑连接部分并利用两个主楼中间的空间，改建成一个大的庭院作为儿童活动的场地，封闭其中一部分作为孩子们的游戏空间，同时减少建筑外墙数量，入口移至另一边，添加钢结构来移开中间层的楼板，创造出一个多功能的大厅。新的内墙则外挂本地出产的木制板材，既美化了新的庭院空间，又可以形成阴影来降低两侧教室的室内温度，同时可以降低大空间内的噪声影响。庭院空间的屋顶采用新型的生态隔离材料，既允许阳光进入室内，又可以起到保温防热的效果。这种改造带来了建筑内部气候条件参量的改变，两个旧建筑中间所形成的新的空间将成为热量的缓冲带，减少外界对室内温度的影响，并对室内气候环境进行补充和调节。在冬季，利用太阳能加热该空间，并向两侧教室缓慢传导热量，减少两侧教室空间的热量损失。在夏季炎热气候下，新型材料的屋顶提供了足够的阴影，两侧墙壁上的木制隔板也会吸收一部分热量，降低室内温度。建筑的外墙保温性能同样需要得到增强，其做法是在外墙面之外加建一层墙面，增加墙面厚度和新增新的保温系统，同时新的立面为其提供崭新的形象。

由于原有建筑内水、暖、电等管道已明显老化，并且因为平面格局的变化，所以建筑的改造同样包括了各种设施管道的改建和更新。新的各种管线放置在同一管道内，并以颜色区分，以减少对建筑结构的影响。新的供暖系统设置在原外墙内，避免对室内面积的占用，同时尽量增大其表面积以达到最佳的供暖效果，由于新建的外墙具有保温层，所以建筑的保温隔热性能并不会被削弱。建筑通风换气则是靠开启建筑外层表面完成的。新旧两层外墙表面间设计有一个热交换系统和全部的通风设备管道，室内空气排出时经过该系统，将其中携带的热量交换至系统中并储存起来，当新鲜空气通过该系统进入室内时便被预热，以减少空气流通对室内采暖的不利影响。改造中同样注重对新型能源的利用，在新建外墙表面和屋顶设有太阳能吸收装置，并用吸收到的能量对贮水器进行加热，供给日常生活使用。

1.新型生态隔离屋顶材料

在改造设计中，一种新型的屋顶材料被成功地应用于新建中央庭院的屋顶，这种材料由两层弧形箔片和其空气间层组成，这种材料具有质量轻、易于安装等优点，在具有一定透光性的同时还有相当的保温隔热性能，使用机械装置可向其中心的空气间层鼓风，利用空气的流动带走热量来加强屋顶的保温隔热效果。这种材料对中央空间的塑造起到了重要的作用。

2.真空墙体保温材料

这种真空墙体保温材料首次被使用在这么大的项目中，其根据真空不传热的原理，用坚固的围护材料充当真空部分的保护层，并用陶瓷将各部分连接起来，形成稳定可靠的保温系统。较之传统的保温材料，这种新型的真空保温材料具有更为完善的性能。

3.遮阳光电系统组合

在建筑新建的墙面上将遮阳系统与太阳能光电系统结合，一方面在夏季为主要房间提供遮阳，并可根据日照角度自行调整。另一方面可以吸收太阳能并加以利用，除提供系统自身运转外还可以为热水系统提供能量。

通过一批批具有生态环境意识的建筑师们的共同努力，建筑节能改造设计方法与技术正日趋成熟。然而，如何将从实验性使用转向普遍推广运用，目前还是摆在人们面前的问题。一些方法与技术之所以未能推广的主要原因是这种改造需要额外造价，而从经济角度看这笔额外造价短期内还无法与建筑节能改造所节约下的能源费用达到平衡。德国与我国北京地区气候条件大体上接近，两国在既有建筑改造上有诸多相似之处：如旧有建筑质量差，舒适度低，环境质量差、节能效果不理想，能源浪费严重等，这使得我们能够借鉴其成功的经验，学习国外对节能技术在改造中的灵活应用，同时结合自身特点来切实关心我国建筑节能改造与设计中的问题。