基于可持續(xù)性的太陽能生態(tài)校園設計

朱娜 李伊娜 張莉

摘要：現(xiàn)今人們過度使用煤、石油、天然氣等不可再生能源引發(fā)了生態(tài)污染與能源缺失的巨大問題。人類在研究可再生能源時發(fā)現(xiàn)太陽能是人類社會發(fā)展以來最節(jié)能的可再生資源。并且尋求新能源的可持續(xù)發(fā)展也是當今社會永恒的主題。本文主要以校園中的太陽能技術為研究對象，主要研究太陽能能源在校園中的規(guī)劃應用。通過對校園中現(xiàn)有太陽能設施的分析，從而提出進一步的改進措施及設計方案，充分利用太陽能這一再生能源，以期解決校園高消耗、覆蓋率低以及使用安全等方面問題。在提高使用舒適度的同時，降低學校的運行成本，保障學校的可持續(xù)運營。

關鍵詞：生態(tài)校園;太陽能技術;可持續(xù)性設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）05-0074-02

能源與環(huán)境問題已經成為可持續(xù)發(fā)展面臨的主要問題，一直受國際社會的廣泛關注。太陽能作為一種零污染、零成本的可再生清潔能源，其有著有豐富、清潔、無需運輸?shù)葍?yōu)點。我國幅員遼闊，太陽能資源十分豐富，陸路表面每年可接受的太陽輻射不可小覷。我國每年可利用的太陽能能源經過換算后約等于1.7億噸煤炭的使用量。在日照量方面，有統(tǒng)計表明全國70%以上的地區(qū)年日照量超過了 2000小時，在開發(fā)利用太陽能能源有較明顯的優(yōu)勢。在校園中實行陽能光伏發(fā)電對校園節(jié)能減排，響應國家可再生能源發(fā)展計劃具有重要的意義。同時在校園建設太陽能系統(tǒng)也會促進校園更加關注能源利用與節(jié)能能環(huán)保，促進節(jié)約環(huán)保型校園的形成。

1 太陽能在校園中應用現(xiàn)狀

目前在各個領域應用太陽能的產品非常廣泛，目前在各校園里已經設置了相關的太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能地暖系統(tǒng)以及太陽能光伏屋等設施，并逐漸開始發(fā)展多種產品。但總體上來說，在校園中利用太陽能來進行設計的設施及設備還不全面，對其的設計有待提高。本文就目前校園中比較普遍的幾種太陽能設施進行闡述。

1.1 校園太陽能熱水系統(tǒng)

校園中的太陽能熱水系統(tǒng)之所以被普遍接受，是因其操作系統(tǒng)便利，更重要的是節(jié)能零污染、成本低，同時也符合當代及校園發(fā)展的現(xiàn)狀及主題。太陽能熱水技術的主要特點可表現(xiàn)為：環(huán)保、節(jié)能、安全、經濟、應用范圍廣，可供多人使用，最重要的是可以實現(xiàn)全面自動，不需要大額度的維修費用，技術設備使用年限可達15年以上（如圖1）。

目前太陽能熱水器在校園中的應用效果不容小覷。以浙江工商學院學生宿舍為例，應用太陽能中央熱水系統(tǒng)，可做到全天供應熱水。校園宿舍提供較小的集管太陽能熱水器，以達避免管道浪費及輸送水時熱量能源的消耗。使用自動化程度較髙的聯(lián)管式熱水器，可滿足數(shù)千人洗浴。

1.2 校園太陽能地暖系統(tǒng)

太陽能地暖系統(tǒng)是利用太陽能將水加熱到30-40度，再利用地板采暖。對于校園來說，采用地板采暖比普通的采暖方式能節(jié)省約20%的能源。在校園中應用地暖系統(tǒng)更加適用于北方環(huán)境，因北方冬季用煤炭供暖大大污染了環(huán)境，造成霧霾天氣加劇的狀況。其中學校就是一個比較大的環(huán)境污染隱患。在此狀況下采用太陽能地暖系統(tǒng)不僅能解決供暖而且還能減少有害氣體的排放（如圖2）。

太陽能地暖系統(tǒng)還有以下的優(yōu)點：（1）可達人體最舒適的溫度，對流熱慣性較好利于人體健康。（2）可減少對人體輻射，熱源選擇靈活、寬闊、可以減少噪音。⑶減少占地面積，便于家具布置。⑷使用壽命長，維修次數(shù)少，節(jié)省維修費用。

因此，太陽能地暖系統(tǒng)完全可以解決校園采暖需求，在不超負荷的情況下達到全年全自動化不間斷供應校園寢室暖氣。

1.3 校園太陽能光伏屋

太陽能光伏屋在中國校園中應用的比較廣泛，在教學樓或公寓的屋頂建立光伏屋發(fā)電站，利用太陽能光伏屋的發(fā)電方式可在白天吸收電量進行存儲，在需要供電的時間進行供電，可解決教室以及公寓大量燒煤炭情況。但需注意此結構要在不損害屋頂原有的構造上建立，還要保證其安全性。如哥本哈根國際學校在建筑外立面上都覆蓋著太陽能電池板，且每塊太陽能電池板的角度都稍微有不同，這不僅能呈現(xiàn)出色調大小的變化，而且整體外觀和背景中的海面更加相稱，還能確保當太陽處于不同的高度時，電池板都可以獲得到能量?？蓾M足學校一半以上的電力需求。

太陽能光伏屋的優(yōu)點：⑴不受地域限制，利用房屋建筑的頂部就可以設置光伏板。⑵不需要燃料和布置電路。⑶不需要擔心能源枯竭問題，可以永久使用。

2 太陽能生態(tài)校園的設計原則

2.1 公平原則

公平性原則指的是，當在校園中融入太陽能設計時，一定要關注太陽能共享資源和環(huán)境之間的關系。從空間和時間上兩個維度可概括為，校園環(huán)境和人類之間的關系。研究開發(fā)更加節(jié)能的太陽能資源，只有人與自然和諧相處，同時關注資源和環(huán)境的公平性，使資源和環(huán)境的利用不會處于絕對支配的地位，才能達到人與環(huán)境的公平性原則。

2.2 共同性原則

共同性原則強調的是通過設計來共同維護環(huán)境以及節(jié)約能源。我們在校園中開發(fā)利用新能源有利于節(jié)能減排，開發(fā)太陽能資源并把節(jié)能資源利用到校園中去，有利于太陽能資源與校園的整體環(huán)境相協(xié)調。從而在各個方面，共同營造一個良好的生態(tài)校園。

2.3持續(xù)原則

持續(xù)性原則主要強調發(fā)展問題，大到全球的可持續(xù)性，小到每個地區(qū)和機構。把太陽能資源利用到校園中，有利于校園各方面的可持續(xù)性發(fā)展，太陽能資源不僅節(jié)能環(huán)保，而且太陽能能源持久性強，在環(huán)境保護方面利用太陽能資源利于資源與環(huán)境的可持續(xù)性。

3 太陽能生態(tài)校園的設計方法

3.1 與共享單車結合

近幾年共享單車成為了一個新興的出行方式，由于校園占地面積比較大，很多學生上課只能步行，給很多學生造成不便。共享單車既環(huán)保又快捷，所以共享單車是學生們青睞的出行模式，在校園中有著較大的發(fā)展?jié)摿Γㄈ鐖D3）。而將太陽能技術與共享單車接合起來，利用太陽能能源與共享單車的便利出行，可幫助學生解決以上問題，所以應適當加大太陽能自行車的投放量，以滿足大學生的高密度使用需求，激發(fā)潛在使用需求。太陽能共享單車實質并不復雜，其實是“物聯(lián)網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)”的應用，—邊是人一邊是物，可以廣泛應用于校園，但在很多大學校園每到畢業(yè)季的時候，就會有大批的自行車報廢，而且共享單車在使用過程中會造成損傷，會減少自行車的壽命，如果共享單車可以利用廢舊的自行車改造，那環(huán)保的效果會更加提升。

3.2 與停車棚結合

在校園中應用太陽能系統(tǒng)，可以在停車棚中應用太陽能技術。由于南方的地理與氣候環(huán)境，在校園中自行車與電車被大量使用，在使用電車過程中經常遇到電車缺電的現(xiàn)象，會給使用者造成一定的困擾。因此將生態(tài)校園與太陽能停車棚結合設計，在停車棚屋頂采用太陽能光伏板技術，使其吸收能量轉換為電能供電，把太陽能棚頂?shù)奶柲芙涍^棚柱運輸給予電車充電。在設計時要著重考慮的問題是，既要滿足遮擋陽光的同時還要考慮擋雨的性能，在校園中建造太陽能停車棚，既可以節(jié)省占地面積，還可以為學校存儲供應電量。同時解決了電車在校園中使用的不便，還能優(yōu)化校園環(huán)境。

3.3 與路燈、長椅結合

在現(xiàn)在的校園中很多基礎設施都不完善，在營造生態(tài)校園的過程中，可以將太陽能與路燈和長椅等公共設施利用起來。不僅給使用者帶來休息的體驗，還能夠從生態(tài)校園的角度出發(fā)給人們帶來更多的使用體驗。做到真正的生態(tài)校園，完善校園的生態(tài)結構。

例如可以將長椅與路燈配合使用，在路燈附近安加長椅，可將收取的能量傳輸?shù)介L椅供其使用。同時將長椅與路燈加入太陽能板，進行收取能量。在此基礎上，還可以在座椅上加入可充電的功能，在使用者手機沒電的情況可作為緊急充電的來源。除此之外，長椅和路燈收取的能量可以供自己發(fā)電。同時，考慮長椅的使用情況包括其天氣因素，將長椅設計成帶棚式座椅可解決其天氣因素帶來的問題。設計成帶棚式座椅還可以從棚到座椅背部更大面積的收取能量。

4 結語

通過對目前校園現(xiàn)狀以及太陽能技術的研究分析可以看到，高校是使用節(jié)能資源潛力較大的區(qū)域，不論是站在經濟學理論的角度還是站在可再生資源節(jié)能減排的角度，太陽能技術無疑是生態(tài)校園規(guī)劃中的最佳選擇，充分解決了不可再生的環(huán)保問題和持續(xù)性發(fā)展問題。本文通過大量實例及設計方法，希望將太陽能技術廣泛應用到校園中，以促進節(jié)約環(huán)保型校園的形成，創(chuàng)建可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)校園。

本文系大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（項目編號：201710240146）。

參考文獻

[1] 趙群.太陽能建筑整合設計對策研究[D].哈爾濱工業(yè)大學博士論文，2008.

[2] 徐紹宏，朱寅澤.全自動太陽能地板采暖系統(tǒng)[D].專利庫，2006.

[3] 張璐，李獻策.淺談太陽能在高校校園建設中的應用[D].中國電力教育，2017.

[4] 朱寧，李繼民，王新紅，武尚磊.太陽能熱利用實用技術叢書太陽能供熱采暖技術[M].中國電力出版社，2017.

[5] 薛一冰，楊倩苗，王崇杰.普通高等院校建筑環(huán)境與能源應用工程：建筑太陽能利用技術[M].中國建材工業(yè)出版社，2014.