北方地區(qū)綠色校園設(shè)計策略研究——以天津大學新校區(qū)為例

高　峰，周海珠，，王雯翡，閆　輝(.天津大學建筑學院，天津30007;.中國建筑科學研究院天津分院，天津300384)

北方地區(qū)綠色校園設(shè)計策略研究
——以天津大學新校區(qū)為例

高峰1，周海珠1，2，王雯翡2，閆輝1
(1.天津大學建筑學院，天津300072;2.中國建筑科學研究院天津分院，天津300384)

摘要:天津大學新校區(qū)在“一個中心，三個融合”的理念下，從場地規(guī)劃、交通建設(shè)、能源利用、水資源規(guī)劃等方面進行了深入的探索，引入校園公共交通網(wǎng)絡(luò)、自行車租賃、多元能源供應(yīng)鏈、雨水有層次分區(qū)域集蓄利用等技術(shù)，并在建筑單體上采用了圍護結(jié)構(gòu)保溫、室內(nèi)二氧化碳監(jiān)測、排風熱回收等技術(shù)，從整體校園到單體建筑實現(xiàn)土地集約利用、交通安全暢通、能源供應(yīng)保障、開源節(jié)流用水、建筑生態(tài)建設(shè)、室內(nèi)良好環(huán)境，為北方地區(qū)綠色校園設(shè)計策略提供借鑒。

關(guān)鍵詞:綠色校園;綠色交通;多元能源;建筑節(jié)能設(shè)計

國外學者從20世紀開始對綠色生態(tài)校園進行研究，從校園整體規(guī)劃到學校建筑節(jié)能等諸多方面進行實踐，提出大量行之有效的措施［1］。近些年，隨著我國對高等教育事業(yè)進一步加強重視，先后發(fā)布了《關(guān)于建設(shè)節(jié)約型學校的通知》、《高等學校節(jié)約型校園建設(shè)與管理技術(shù)導則(試行))》等相關(guān)文件、《綠色校園評價標準》，提出了綠色校園建設(shè)的概念，為綠色校園的建設(shè)提供了依據(jù)［2］。《綠色校園評價標準》CSUS/ GBC04－2013借鑒了美國綠色能源與環(huán)境設(shè)計先鋒獎(LEED for School)、英國建筑研究院環(huán)境評估方法(BREEAM Education 2008)、日本建筑物綜合環(huán)境性能評價方法(CASBEE)等國際主要的綠色建筑評價體系，并參考我國《綠色建筑評價標準》GB50378，將綠色校園定義為:“在全壽命周期內(nèi)最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地)、保護環(huán)境、減少污染，為師生提供健康、適用、高效的教學和生活環(huán)境，對學生具有環(huán)境教育功能，與自然環(huán)境和諧共生的校園?！贝藰藴蕦⑦m用范圍從單體擴展到整個校區(qū)，評價階段從規(guī)劃、設(shè)計到施工、運營，并強調(diào)學生和教職員的員工健康和學校教育推廣功能，突出綠色校園［3］。北方地區(qū)因其氣候和自然條件，在綠色校園建設(shè)方面有其特殊性和相應(yīng)的設(shè)計策略，本文以天津大學新校區(qū)為例，對北方地區(qū)綠色校園的設(shè)計策略提供參考借鑒。

一、天津大學新校區(qū)綠色校園設(shè)計思路

天津大學新校區(qū)位于天津市海河教育園區(qū)(北洋園)二期建設(shè)項目區(qū)，用地范圍北至緯六路，南至緯八路，東至緯二路，西至緯一路，規(guī)劃總用地面積243.57公頃，總建筑面積155萬m2，建設(shè)周期40個月，于2012 年10月開工，預(yù)計2016年2月竣工。

新校區(qū)規(guī)劃建設(shè)與學校的改革發(fā)展相結(jié)合，本著穩(wěn)定規(guī)模、調(diào)整結(jié)構(gòu)、提高質(zhì)量的思路，大幅提升學校高端人才的培養(yǎng)能力，打造人文校園、綠色校園、和諧校園、智慧校園，為北方地區(qū)綠色校園建設(shè)提供借鑒。

天津大學新校區(qū)立足于綠色校園的要求，以人為本，從校園整體規(guī)劃、綠色交通、多元能源、水系統(tǒng)開源節(jié)流等整體設(shè)計，并以第一教學樓作為示范，在單體建筑節(jié)能上做了多種生態(tài)技術(shù)的嘗試，力爭實現(xiàn)“綠色化設(shè)計、人性化建設(shè)、數(shù)字化運營、生態(tài)化教學”理念。

二、綠色校園整體設(shè)計策略

1.綠色校園整體規(guī)劃設(shè)計

天津大學新校區(qū)以“一個中心，三個融合”為理念，即以學生成長為中心，形成學科的集聚與融合、教學與科研的融合、學生和教師的融合，因此在校區(qū)整體規(guī)劃時，做到以下幾個特色［4］:1)以人為本，合理布置學生宿舍、院系組團，方便學生生活和學習，也有利于學科交叉融合，實現(xiàn)學校服務(wù)社會的目的;2)集約利用土地，空間規(guī)劃適度，以中心湖為核心，各建筑依水而建，形成有特色的湖畔水景校園，與衛(wèi)津路老校區(qū)相呼應(yīng)，形成水流不息、生動活躍的求是精神傳承。

2.綠色校園綠色交通設(shè)計

為了實現(xiàn)新校區(qū)交通的可持續(xù)，與校區(qū)近期規(guī)劃、遠期規(guī)劃相吻合，對天津大學老校區(qū)現(xiàn)狀調(diào)研，如出行距離、出行方式、出行時間、行為特征等，制定切實可行的綠色交通規(guī)劃設(shè)計整體目標。校外構(gòu)筑以公共交通為主導的交通方式，減少校內(nèi)機動車交通總量，實現(xiàn)教職工公交出行比例≥50%;校內(nèi)以人為本，構(gòu)建低碳、安全、寧靜、人行的校園交通環(huán)境，實現(xiàn)步行50%，自行車44%，校園巴士5%，機動車1%。

為實現(xiàn)此目標，側(cè)重以下幾方面規(guī)劃:1)合理規(guī)劃道路出入口數(shù)量、位置、功能，共設(shè)置7個出入口，主出入口為混合型出入口，另外3個為車行出入口，1個人行出入口，2個服務(wù)性出入口，實現(xiàn)車行、人行、服務(wù)性入口的有序搭配，如圖2所示;2)以中心之路為主構(gòu)建慢行核心，在核心島內(nèi)禁止私家車通行，以校園巴士和慢行交通為主，如圖3所示;3)構(gòu)建校園公共交通網(wǎng)絡(luò)，利用校園巴士和校內(nèi)電瓶車，將新校區(qū)內(nèi)部、教師居住點、老校區(qū)、市區(qū)主要吸引點，公交車與小區(qū)內(nèi)換乘等有機聯(lián)系起來;4)大力發(fā)展公共自行車，為師生提供方便;近期投入3 000輛公共自行車，31個租賃點，遠期根據(jù)未來發(fā)展用地需求增加車輛數(shù)，增設(shè)6處布置點;5)內(nèi)部人行交通，以慢行主導，創(chuàng)造寧靜、安全的大學氛圍。

圖2　天大新校區(qū)出入口規(guī)劃平面圖

圖3　天津大學新校區(qū)內(nèi)部交通規(guī)劃

3.校園多元能源設(shè)計

高等院校能源消耗上存在人口密度大、消耗多，舒適度需求增長、建筑類型多、能耗種類及復雜度增高以及示范效應(yīng)大等特點，因此在校園能源規(guī)劃時，優(yōu)先考慮因地制宜和可持續(xù)性，引入可再生能源形式，增加能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)多元化，能夠培養(yǎng)學生的節(jié)能減排意識，推動綠色校園建設(shè)工作的進度。

新校區(qū)位于津南區(qū)，屬于天津王蘭莊地熱田區(qū)域，具有豐富的地熱資源，可以提供最高96℃的水溫，其熱能能夠達到76.2 MW，因此在對新校區(qū)進行能耗負荷調(diào)研、區(qū)域能源分析、投資與運行成本分析后，綜合考慮學校使用功能多元化，如教室、宿舍、圖書館、辦公室、實驗室、食堂、超市等，使用高峰不同，且寒暑假放假時間較長等特點，優(yōu)先考慮地源熱泵作為新校區(qū)冷熱源之一，結(jié)合市政熱網(wǎng)、燃氣調(diào)峰鍋爐三管齊下，形成多元能源供應(yīng)鏈，為校區(qū)提供冷熱量，增加了能源供應(yīng)的可靠性，見圖4。

圖4　天津大學新校區(qū)能源站規(guī)劃圖

(1)地源熱泵系統(tǒng)。分別在校區(qū)內(nèi)三個熱力站設(shè)置地源熱泵，共打井3 800口，充分利用地熱資源，為教學樓、學生宿舍、圖書館等供暖制冷;另外采用高能效比的地源熱泵機組，其COP不低于5，節(jié)能效果好，且能夠?qū)崿F(xiàn)低負荷運行階段的高效運行。

(2)燃氣熱水鍋爐系統(tǒng)。利用清潔環(huán)保能源燃氣鍋爐，作為調(diào)峰能源，能夠有效地降低初投資，且機動靈活，尤其是校園內(nèi)使用功能復雜、使用時間交叉，其機動靈活性、能源節(jié)約效果更為明顯。

(3)市政熱網(wǎng)系統(tǒng)。根據(jù)校區(qū)內(nèi)發(fā)展規(guī)劃，新校區(qū)一期、二期規(guī)劃建筑總熱負荷為58 280 kW，總冷負荷為47 068 kW。將新校區(qū)分為四個供熱分區(qū)，分別建立四個能源站，分期、分區(qū)域承擔冷熱負荷，有效利用學生宿舍和教室不同功能房間使用高峰時間的交叉，優(yōu)化能源運行模式。

(4)另外，采用光伏發(fā)電系統(tǒng)為建筑單體提供照明等用電，采用太陽能光熱系統(tǒng)，為宿舍學生提供生活熱水，降低對市政用電、鍋爐耗燃氣量的消耗。

4.校園水系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)對老校區(qū)的調(diào)研，用水量主要集中在生活用水(沖廁用水、淋浴洗漱用水)、公共用水(場地清潔、食堂、灌溉和景觀等)［4］。其中沖廁用水和淋浴洗漱用水所占比例最高，約占到生活用水的80%。因此，在天津大學新校區(qū)整體水系統(tǒng)規(guī)劃時，應(yīng)建立多水源的開源節(jié)流體系，引入市政中水，分質(zhì)供水，并充分考慮雨水積蓄與回用，多管齊下，降低對市政給水的需求，從需求方面降低水資源消耗。

結(jié)合新校區(qū)的場地規(guī)劃情況，對場地內(nèi)雨水利用，以滿足安全排洪為前提，建立多層級分區(qū)的雨水利用系統(tǒng)，如全場地雨水入滲涵養(yǎng)水源、中心島生態(tài)集雨示范、結(jié)合中心水系調(diào)蓄補水，形成有層次、有區(qū)別的利用體系，如圖5和圖6所示。

圖5　天津大學新校區(qū)雨水積蓄示意圖

圖6　雨水收集利用流程圖

天津大學新校區(qū)對雨水的多層級分區(qū)利用，如設(shè)置屋頂綠化、下凹式綠地、植草邊溝、生物浮床、透水鋪裝、自然融雪等方式增加雨水入滲量，利用場地內(nèi)水系的調(diào)蓄能力和生態(tài)凈化能力，促進生物多樣化的發(fā)展，從經(jīng)濟效益上講，可以實現(xiàn)年景觀補水量202 720 m3/a，雨水入滲量695 483 m3/a，約節(jié)約450萬元/年。

三、綠色校園單體建筑設(shè)計策略

在建筑單體設(shè)計上通過外檐建筑材料及建筑細部構(gòu)造等與天大老校區(qū)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使新舊校園之間建立起時間和空間的對話關(guān)系，體現(xiàn)百年老校在新時代所特有的生命力。在建筑設(shè)計上，更是與時俱進，通過采用新型技術(shù)，改善生態(tài)環(huán)境。以天津大學第一教學樓為例，通過采用室內(nèi)二氧化碳監(jiān)測、排風熱回收、可調(diào)節(jié)外遮陽、能耗監(jiān)測與監(jiān)控等技術(shù)，實現(xiàn)一個良好的教室學習環(huán)境和節(jié)能平臺，也為后續(xù)實現(xiàn)節(jié)約型校園創(chuàng)造條件，見圖7。

圖7　第一教學樓一層平面圖

1.室內(nèi)二氧化碳監(jiān)測

據(jù)有關(guān)研究，很多教室內(nèi)CO2濃度值等參數(shù)都超標，特別是教室內(nèi)人員密度大，經(jīng)常會超過4 000 ppm，惡劣的室內(nèi)環(huán)境不但會降低學生的學習能力，也會降低老師的授課效果［5］。

天津大學新校區(qū)第一教學樓每間教室送排風量可獨立調(diào)節(jié)，且在每個教室內(nèi)均采用二氧化碳監(jiān)控系統(tǒng)，其末端模塊設(shè)置收集空氣品質(zhì)探頭的參數(shù)(不大于1 000 ppm)，如圖8、圖9、表1所示。當探頭檢測污染物濃度高于設(shè)定值時發(fā)出報警，按比例同時加大送排風機風量，并實時記錄送排風機風量參數(shù)。中央控制模塊收集所有末端控制模塊和新風機組、排風機組的風量參數(shù)，當末端房間的總風量增加或減少時，按比例調(diào)整新風機組和排風機風量。

圖8　CO2臨近系統(tǒng)點位圖

圖9　室內(nèi)二氧化碳控制原理圖圖10　熱回收式新風換氣機監(jiān)控表

表1　送(排)風機DDC外部線路

2.排風熱回收技術(shù)

空調(diào)工程中處理新風的能耗大致占到總能耗的25%～30%，而空調(diào)房間排風中所含的能量更為可觀，若加以回收利用其節(jié)能效益和環(huán)保效益比較可觀［6］。天津大學新校區(qū)新風機選用分體式乙二醇熱回收新風處理機，利用排風中的低品位熱量，熱回收率65%，如圖10所示。新風處理機帶熱水盤管，設(shè)置初效過濾段、電子除塵殺菌段、高壓微霧加濕器。冬季處理至室內(nèi)狀態(tài)點送入室內(nèi)。夏季直接送入新風不進行熱回收，過渡季通過比較室內(nèi)外焓值，再確定是否開啟乙二醇熱回收系統(tǒng)。

經(jīng)過計算，采用熱回收系統(tǒng)后，可以有效地減少空調(diào)系統(tǒng)能耗，全年可節(jié)省運行費用約5.14萬元。

圖9　室內(nèi)二氧化碳控制原理圖圖10　熱回收式新風換氣機監(jiān)控表

3.能耗監(jiān)測與展示系統(tǒng)

能耗監(jiān)測系統(tǒng)有助于實現(xiàn)能源系統(tǒng)由粗放型管理轉(zhuǎn)為精細型管理、科學化管理，實現(xiàn)實時監(jiān)測運行能耗數(shù)據(jù)，對運行做出合理的調(diào)整策略。

天津大學新校區(qū)第一教學樓設(shè)置有綜合能源監(jiān)測管理系統(tǒng)，按照用電分項計量原則，分別對普通照明用電(走廊、機房、教室照明插座、多媒體、烘手機等用電)，應(yīng)急照明用電、動力用電(風機盤管、送排風機)、空氣處理機、室外景觀照明、光伏發(fā)電系統(tǒng)分別進行了計量，如圖11所示。

圖11　建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)圖

另一方面，建筑能耗展示平臺對各個教室的用電、不同類型的用電情況均進行統(tǒng)計、展示，以便進行對比、分析，同時也借助學校教學樓這個載體，培養(yǎng)學生的節(jié)能意識。

四、結(jié)語

綠色校園有利于培養(yǎng)學生的環(huán)保理念，將其影響力擴大到社會中，因此天津大學新校區(qū)作為教育載體，在新校區(qū)的設(shè)計過程中，綜合考慮科研教育方面、社會職責、示范育人方面，采用科學生態(tài)技術(shù)，從整體規(guī)劃、場地交通、能源供應(yīng)、水系統(tǒng)設(shè)計等方面創(chuàng)建綠色校園，并結(jié)合建筑單位進行各種綠色技術(shù)的應(yīng)用和展示，符合《綠色校園評價標準》中綠色校園設(shè)計，在節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材及室內(nèi)環(huán)境方面進行了設(shè)計策略探索，在對北方地區(qū)高等學校綠色生態(tài)化的道路上進行了有意義的探索和嘗試，加快高等學校的綠色進程，加強學生、社會的參與度和認可度。

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Study of the Design Strategies of Green Campus in Northern Area
—New Campus of Tianjin University

Gao Feng1，Zhou Haizhu1，2，Wang Wenfei2，Yan Hui1
(1.School of Architecture，Tianjin University，Tianjin 300072，China; 2.China Academy of Building Research Tianjin Institute，Tianjin 300384，China)

Abstract:With the concept of“one center，three fusion”，the new campus of Tianjin University has deeply explored the site planning，traffic design，energy use，water resources planning and so on and brings in many technologies such as campus public transport network，bicycle rental，diversified energy supply chain，and the rain usage hierarchically.In addition，the single building has adopted new technologies such as heat preservation of building envelope，indoor CO2monitoring and energy recovery of exhausting air.From the whole campus to the single building，the design has achieved the intensive land usage，traffic safety，energy guaranteed，water conservation and good IAQ(indoor air quality)，which can provide some references for the design of green campus in Northern area.

Keywords:green campus;green transportation;diversified energy supply chain;the design of building energy conservation

通訊作者:高峰，gaofeng34119@126.com.

作者簡介:高峰(1976—)，男，博士，副教授.

基金項目:“十二五”國家科技支撐計劃課題基金資助項目(2013BAJ09B02和2012BAJ10B01).

收稿日期:2014-12-02.

中圖分類號:TU20

文獻標志碼:A

文章編號:1008-4339(2015)05-412-06