校园前期规划中的绿色建筑技术设计咨询思路

 

校园因其建筑群组成模式与人群组织模式，可以被视为微型城市，其规划设计某种程度上是小型城市设计。小尺度下自上而下的规划设计方法，可以为更大尺度、更多自下而上的城市设计方法提供思路借鉴。

绿色建筑则是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。

“绿色校园”是指学校在实现其基本教育功能的基础上，以可持续发展理论为导向，在全面的日常工作中将可持续发展思想纳入管理中，通过制订环境管理制度，开展有效的环境教育活动，创设环境保护的文化氛围，促进师生、家长和专家参与环保和可持续发展的实际行动，全面提高师生的环境素养，共同为社会的可持续发展做出贡献。

当前面对建筑设计买方市场现状，建筑行业需要提供更优质的服务，保姆式的一整套完善的咨询、设计、管理服务将来的市场很宽广。这当中提供建筑行业相关的有效信息是项目前期咨询业务的核心，合理成熟而富有建设性的解决方案将会赢得客户的信赖。

笔者所参与的工程实践包含许多校园规划、建筑设计项目，项目运行中，特别是前期咨询中存在许多需要预估、预判的技术内容，所以这里尝试从校园前期规划中咨询服务的角度，分别就技术设备选用以及相关成本分析、运营管理进行初步研究，在咨询服务中整理思路、完善产品。

1       背景

校园不是若干栋建筑的简单组合，而是一个有机联系的整体，应该重视校园建筑区域性的用能特点，不应仅着眼于单体建筑的节能减排；同时，与一般建筑相比，校园建筑用能季节性突出；且大学生生均水耗是居民的2倍，能耗是居民的4倍

校园前期规划设计先于传统校园规划设计方案阶段，泛指可行性研究前后有关于规划方案设计的部分。这部分工作很大程度上会影响工程的项目估算，鉴于我国校园建筑建设资金大多来源于财政资金，一旦确定工程耗资上限，后期追加投资的难度很大。而绿色建筑技术需要相应的成本支撑，所以设计人员需要提供相应的经验资料，为业主提供技术施用咨询。

2013年3月中国城市科学研究会绿色建筑与节能专业委员会发布《绿色校园评价标准》（CSUS/GBC04-2013），提出“被动优先、主动优化”的设计策略。被动式绿色建筑技术的使用决定了整个建筑系统性节能水平，而主动建筑技术仅能在此基础上做出相应的优化、提升，下面分两方面来阐述相关技术。

2       被动式技术

被动式技术是以非机械电气设备干预手段实现建筑能耗降低的节能技术，具体指在建筑规划设计中通过对建筑朝向的合理布置、建筑围护结构的保温隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等实现建筑需要的采暖、空调、通风等能耗的降低。

2015年11月住房和城乡建设部正式发布实施《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》，可见相关的顶层设计已经相当深入，未来公共建筑的技术导则也将出台。被动式绿色建筑技术将会为未来近零能耗建筑提供主要技术支撑。

2.1   因地制宜布局

以气候特征为引导进行建筑方案设计，在设计前应充分了解当地的气象条件、自然资源、生活居住习惯，借鉴本地传统建筑被动式措施，根据不同地区的特点进行校园建筑平面总体布局、朝向、室内空间布局的适应性设计。尊重场地具体特征，减少挖方、填方。

2.2   声环境模拟

运用包括BIM技术在内的多种信息手段，进行场地声环境模拟，将对声环境要求较高的房间，如教学楼和部分实验楼放置在远离室外人员集聚场地，营造了静谧的学习空间；并尽可能地将行政楼和实验楼的卫生间、楼梯间等服务空间放置在噪声来源一侧，尽可能减少噪声对主要被服务空间的影响。

2.3   风环境模拟

进行风环境仿真模拟分析，对校园前期规划中引入的包括底层架空、不规则建筑形态等设计操作进行技术对比，验证其能否将舒适的自然风引入到建筑内部，避免不良小气候的影响。

2.4   光环境模拟

进行光环境模拟分析，结合当地光气候条件，对教室、实验室等采用的减少采光进深、玻璃砖内墙等技术手段进行对比验证，确保相应技术的实施有效性。

3       主动式技术

主动式技术是以机械电气设备干预手段实现建筑能耗降低的节能技术。以下分别讨论技术特征以及经济可行性。

3.1   地源热泵技术

校园利用地热能可再生能源，建设一个区域能源站，即装机容量5000kW左右可以供约10万平方米规模的校园使用。且可以考虑校园建筑错时使用特征，通过日间与夜间对办公类建筑与宿舍类建筑错时供冷，减小了建设初期投资，降低了运行通电峰值负荷对城市电网的压力。

学生洗浴耗能很大，可采用空气源、污水源双热源热泵，将淋浴后30°C的废水降至10°C左右回收热能，循环加热洗浴水，热能不足部分再由空气源热泵补充。

3.2   光伏建筑一体化

校园中照明耗能高、制冷能耗也在建筑耗能中占据很大比例，太阳能光伏项目能够吸引相关企业投资，由企业作为工程的EPC承包方并负责全部工程的投入。结合不同建筑屋顶及立面构造特点，采用坡屋顶安装、平屋顶安装、幕墙安装等多种形式，与建筑一体化设计、施工。校园光伏系统就地发电、就地消纳的并网光伏发电系统。所以校区的白天耗电完全可以消纳光伏系统所发的电能，据华东地区经验数据，光伏发电可以满足约30%的校园整体用电负荷。光伏系统将以用户侧低压并网方式接入电网，供负载用电。

3.3   太阳能光热技术

校园洗浴用热水，主要由燃油或燃气锅炉提供，该部分的能耗也是高校建筑能耗的一个重要组成部分。利用太阳能光热技术，提供洗浴用热水，可以很好地节约能源消耗。下面以满足 2000 人的洗浴用水的集中式太阳能系统为例，分析太阳能提供洗浴用热水的经济性。

集中式太阳能热水系统总集热面积为 1128 m2，每天可提供 50℃的生活热水 120 吨，可以满足 2000 人的洗浴需求。太阳能热水系统每天产生热量 1.67×107kJ，约合 469.9 m3 天然气，每年可节省天然气 140972 m3（学校浴室按照每年使用 300 天计算）。该系统经济性分析见下表。

太阳能热水系统经济性分析

1	年节省天然气（m3）	140972
2	年节约费用（元 / 年）	322478
3	项目初投资（万元）	164
4	投资回收期（年）	5.1

从上表可以得知，生活热水采用太阳能热水系统，可年节约运行费用约 32.25万元，投资回收期约为 5.1 年。

4.       总结

校园规划方案前期应与业主就绿色建筑技术选用、绿色建筑评价定级、成本预估等方面进行沟通，保证方案阶段若干技术路线得以完整、系统地在施工阶段实施。

前期规划中场地条件等因素需做清晰统筹，这会对中期方案阶段提供系统而有力的支撑，并对被动式技术的使用提供依据。

主动式技术的问题关键在经营成本，根据测算，30万平米左右的校园建设中，绿色建筑设计评价三星需255元/平方米的增量成本，评价二星需150元/平方米，评价一星需50元/平方米。主动式技术中，地源热泵能源站、光伏系统等配套设备整体投资约为150元/平方米。按照目前已建成运行的绿色校园情况来看，学校自筹、社会融资、财政补贴是增量投资的主要来源。其中社会融资中，整体技术，如地源热泵能源站、光伏系统可与相关企业签订EPC总承包合同或合同能源管理，引进社会资金。学校一次性投资的回收期约7到8年左右，成本控制基本是可行而合理的。

5.       参考文献

[1]   吴志强,王兹松.《绿色建筑评价标准》编制要点及评估案例[J].建筑科技,2013(6):82-86

[2]   深圳市建筑科学研究院有限公司.共享设计[M].北京：中国建筑工业出版社.2009

[3]   牛润卓.基于BIM的被动式绿色建筑技术在校园中的实践[J].建筑热能通风空调,Vol.32 No.4_Jul.2013.89-92

[4]   沈万岳.绿色建筑技术和绿色建材在高校建筑中的应用研究——以浙江建设职业技术学院培训中心工程为例[D].西安:西安建筑科技大学,2013:21-27.