北方地区绿色校园设计策略研究——以天津大学新校区为例

高　峰，周海珠，，王雯翡，闫　辉(.天津大学建筑学院，天津30007;.中国建筑科学研究院天津分院，天津300384)

北方地区绿色校园设计策略研究
——以天津大学新校区为例

高峰1，周海珠1，2，王雯翡2，闫辉1
(1.天津大学建筑学院，天津300072;2.中国建筑科学研究院天津分院，天津300384)

摘要:天津大学新校区在“一个中心，三个融合”的理念下，从场地规划、交通建设、能源利用、水资源规划等方面进行了深入的探索，引入校园公共交通网络、自行车租赁、多元能源供应链、雨水有层次分区域集蓄利用等技术，并在建筑单体上采用了围护结构保温、室内二氧化碳监测、排风热回收等技术，从整体校园到单体建筑实现土地集约利用、交通安全畅通、能源供应保障、开源节流用水、建筑生态建设、室内良好环境，为北方地区绿色校园设计策略提供借鉴。

关键词:绿色校园;绿色交通;多元能源;建筑节能设计

国外学者从20世纪开始对绿色生态校园进行研究，从校园整体规划到学校建筑节能等诸多方面进行实践，提出大量行之有效的措施［1］。近些年，随着我国对高等教育事业进一步加强重视，先后发布了《关于建设节约型学校的通知》、《高等学校节约型校园建设与管理技术导则(试行))》等相关文件、《绿色校园评价标准》，提出了绿色校园建设的概念，为绿色校园的建设提供了依据［2］。《绿色校园评价标准》CSUS/ GBC04－2013借鉴了美国绿色能源与环境设计先锋奖(LEED for School)、英国建筑研究院环境评估方法(BREEAM Education 2008)、日本建筑物综合环境性能评价方法(CASBEE)等国际主要的绿色建筑评价体系，并参考我国《绿色建筑评价标准》GB50378，将绿色校园定义为:“在全寿命周期内最大限度地节约资源(节能、节水、节材、节地)、保护环境、减少污染，为师生提供健康、适用、高效的教学和生活环境，对学生具有环境教育功能，与自然环境和谐共生的校园。”此标准将适用范围从单体扩展到整个校区，评价阶段从规划、设计到施工、运营，并强调学生和教职员的员工健康和学校教育推广功能，突出绿色校园［3］。北方地区因其气候和自然条件，在绿色校园建设方面有其特殊性和相应的设计策略，本文以天津大学新校区为例，对北方地区绿色校园的设计策略提供参考借鉴。

一、天津大学新校区绿色校园设计思路

天津大学新校区位于天津市海河教育园区(北洋园)二期建设项目区，用地范围北至纬六路，南至纬八路，东至纬二路，西至纬一路，规划总用地面积243.57公顷，总建筑面积155万m2，建设周期40个月，于2012 年10月开工，预计2016年2月竣工。

新校区规划建设与学校的改革发展相结合，本着稳定规模、调整结构、提高质量的思路，大幅提升学校高端人才的培养能力，打造人文校园、绿色校园、和谐校园、智慧校园，为北方地区绿色校园建设提供借鉴。

天津大学新校区立足于绿色校园的要求，以人为本，从校园整体规划、绿色交通、多元能源、水系统开源节流等整体设计，并以第一教学楼作为示范，在单体建筑节能上做了多种生态技术的尝试，力争实现“绿色化设计、人性化建设、数字化运营、生态化教学”理念。

二、绿色校园整体设计策略

1.绿色校园整体规划设计

天津大学新校区以“一个中心，三个融合”为理念，即以学生成长为中心，形成学科的集聚与融合、教学与科研的融合、学生和教师的融合，因此在校区整体规划时，做到以下几个特色［4］:1)以人为本，合理布置学生宿舍、院系组团，方便学生生活和学习，也有利于学科交叉融合，实现学校服务社会的目的;2)集约利用土地，空间规划适度，以中心湖为核心，各建筑依水而建，形成有特色的湖畔水景校园，与卫津路老校区相呼应，形成水流不息、生动活跃的求是精神传承。

2.绿色校园绿色交通设计

为了实现新校区交通的可持续，与校区近期规划、远期规划相吻合，对天津大学老校区现状调研，如出行距离、出行方式、出行时间、行为特征等，制定切实可行的绿色交通规划设计整体目标。校外构筑以公共交通为主导的交通方式，减少校内机动车交通总量，实现教职工公交出行比例≥50%;校内以人为本，构建低碳、安全、宁静、人行的校园交通环境，实现步行50%，自行车44%，校园巴士5%，机动车1%。

为实现此目标，侧重以下几方面规划:1)合理规划道路出入口数量、位置、功能，共设置7个出入口，主出入口为混合型出入口，另外3个为车行出入口，1个人行出入口，2个服务性出入口，实现车行、人行、服务性入口的有序搭配，如图2所示;2)以中心之路为主构建慢行核心，在核心岛内禁止私家车通行，以校园巴士和慢行交通为主，如图3所示;3)构建校园公共交通网络，利用校园巴士和校内电瓶车，将新校区内部、教师居住点、老校区、市区主要吸引点，公交车与小区内换乘等有机联系起来;4)大力发展公共自行车，为师生提供方便;近期投入3 000辆公共自行车，31个租赁点，远期根据未来发展用地需求增加车辆数，增设6处布置点;5)内部人行交通，以慢行主导，创造宁静、安全的大学氛围。

图2　天大新校区出入口规划平面图

图3　天津大学新校区内部交通规划

3.校园多元能源设计

高等院校能源消耗上存在人口密度大、消耗多，舒适度需求增长、建筑类型多、能耗种类及复杂度增高以及示范效应大等特点，因此在校园能源规划时，优先考虑因地制宜和可持续性，引入可再生能源形式，增加能源供应结构多元化，能够培养学生的节能减排意识，推动绿色校园建设工作的进度。

新校区位于津南区，属于天津王兰庄地热田区域，具有丰富的地热资源，可以提供最高96℃的水温，其热能能够达到76.2 MW，因此在对新校区进行能耗负荷调研、区域能源分析、投资与运行成本分析后，综合考虑学校使用功能多元化，如教室、宿舍、图书馆、办公室、实验室、食堂、超市等，使用高峰不同，且寒暑假放假时间较长等特点，优先考虑地源热泵作为新校区冷热源之一，结合市政热网、燃气调峰锅炉三管齐下，形成多元能源供应链，为校区提供冷热量，增加了能源供应的可靠性，见图4。

图4　天津大学新校区能源站规划图

(1)地源热泵系统。分别在校区内三个热力站设置地源热泵，共打井3 800口，充分利用地热资源，为教学楼、学生宿舍、图书馆等供暖制冷;另外采用高能效比的地源热泵机组，其COP不低于5，节能效果好，且能够实现低负荷运行阶段的高效运行。

(2)燃气热水锅炉系统。利用清洁环保能源燃气锅炉，作为调峰能源，能够有效地降低初投资，且机动灵活，尤其是校园内使用功能复杂、使用时间交叉，其机动灵活性、能源节约效果更为明显。

(3)市政热网系统。根据校区内发展规划，新校区一期、二期规划建筑总热负荷为58 280 kW，总冷负荷为47 068 kW。将新校区分为四个供热分区，分别建立四个能源站，分期、分区域承担冷热负荷，有效利用学生宿舍和教室不同功能房间使用高峰时间的交叉，优化能源运行模式。

(4)另外，采用光伏发电系统为建筑单体提供照明等用电，采用太阳能光热系统，为宿舍学生提供生活热水，降低对市政用电、锅炉耗燃气量的消耗。

4.校园水系统设计

根据对老校区的调研，用水量主要集中在生活用水(冲厕用水、淋浴洗漱用水)、公共用水(场地清洁、食堂、灌溉和景观等)［4］。其中冲厕用水和淋浴洗漱用水所占比例最高，约占到生活用水的80%。因此，在天津大学新校区整体水系统规划时，应建立多水源的开源节流体系，引入市政中水，分质供水，并充分考虑雨水积蓄与回用，多管齐下，降低对市政给水的需求，从需求方面降低水资源消耗。

结合新校区的场地规划情况，对场地内雨水利用，以满足安全排洪为前提，建立多层级分区的雨水利用系统，如全场地雨水入渗涵养水源、中心岛生态集雨示范、结合中心水系调蓄补水，形成有层次、有区别的利用体系，如图5和图6所示。

图5　天津大学新校区雨水积蓄示意图

图6　雨水收集利用流程图

天津大学新校区对雨水的多层级分区利用，如设置屋顶绿化、下凹式绿地、植草边沟、生物浮床、透水铺装、自然融雪等方式增加雨水入渗量，利用场地内水系的调蓄能力和生态净化能力，促进生物多样化的发展，从经济效益上讲，可以实现年景观补水量202 720 m3/a，雨水入渗量695 483 m3/a，约节约450万元/年。

三、绿色校园单体建筑设计策略

在建筑单体设计上通过外檐建筑材料及建筑细部构造等与天大老校区协调统一，使新旧校园之间建立起时间和空间的对话关系，体现百年老校在新时代所特有的生命力。在建筑设计上，更是与时俱进，通过采用新型技术，改善生态环境。以天津大学第一教学楼为例，通过采用室内二氧化碳监测、排风热回收、可调节外遮阳、能耗监测与监控等技术，实现一个良好的教室学习环境和节能平台，也为后续实现节约型校园创造条件，见图7。

图7　第一教学楼一层平面图

1.室内二氧化碳监测

据有关研究，很多教室内CO2浓度值等参数都超标，特别是教室内人员密度大，经常会超过4 000 ppm，恶劣的室内环境不但会降低学生的学习能力，也会降低老师的授课效果［5］。

天津大学新校区第一教学楼每间教室送排风量可独立调节，且在每个教室内均采用二氧化碳监控系统，其末端模块设置收集空气品质探头的参数(不大于1 000 ppm)，如图8、图9、表1所示。当探头检测污染物浓度高于设定值时发出报警，按比例同时加大送排风机风量，并实时记录送排风机风量参数。中央控制模块收集所有末端控制模块和新风机组、排风机组的风量参数，当末端房间的总风量增加或减少时，按比例调整新风机组和排风机风量。

图8　CO2临近系统点位图

图9　室内二氧化碳控制原理图图10　热回收式新风换气机监控表

表1　送(排)风机DDC外部线路

2.排风热回收技术

空调工程中处理新风的能耗大致占到总能耗的25%～30%，而空调房间排风中所含的能量更为可观，若加以回收利用其节能效益和环保效益比较可观［6］。天津大学新校区新风机选用分体式乙二醇热回收新风处理机，利用排风中的低品位热量，热回收率65%，如图10所示。新风处理机带热水盘管，设置初效过滤段、电子除尘杀菌段、高压微雾加湿器。冬季处理至室内状态点送入室内。夏季直接送入新风不进行热回收，过渡季通过比较室内外焓值，再确定是否开启乙二醇热回收系统。

经过计算，采用热回收系统后，可以有效地减少空调系统能耗，全年可节省运行费用约5.14万元。

图9　室内二氧化碳控制原理图图10　热回收式新风换气机监控表

3.能耗监测与展示系统

能耗监测系统有助于实现能源系统由粗放型管理转为精细型管理、科学化管理，实现实时监测运行能耗数据，对运行做出合理的调整策略。

天津大学新校区第一教学楼设置有综合能源监测管理系统，按照用电分项计量原则，分别对普通照明用电(走廊、机房、教室照明插座、多媒体、烘手机等用电)，应急照明用电、动力用电(风机盘管、送排风机)、空气处理机、室外景观照明、光伏发电系统分别进行了计量，如图11所示。

图11　建筑能耗监测系统图

另一方面，建筑能耗展示平台对各个教室的用电、不同类型的用电情况均进行统计、展示，以便进行对比、分析，同时也借助学校教学楼这个载体，培养学生的节能意识。

四、结语

绿色校园有利于培养学生的环保理念，将其影响力扩大到社会中，因此天津大学新校区作为教育载体，在新校区的设计过程中，综合考虑科研教育方面、社会职责、示范育人方面，采用科学生态技术，从整体规划、场地交通、能源供应、水系统设计等方面创建绿色校园，并结合建筑单位进行各种绿色技术的应用和展示，符合《绿色校园评价标准》中绿色校园设计，在节地、节能、节水、节材及室内环境方面进行了设计策略探索，在对北方地区高等学校绿色生态化的道路上进行了有意义的探索和尝试，加快高等学校的绿色进程，加强学生、社会的参与度和认可度。

参考文献:

［1］张磊，刘建民.国外生态校园研究方向与建设实践［J］.山东建筑大学学报，2007，22(6):501-506.

［2］天津大学城市规划设计研究院.天津大学新校区绿色交通专项规划［Z］.2012.

［3］中国绿色建筑与节能专业委员会.绿色校园评价标准.［S］.

［4］王品才.某高校新校区雨水生态化综合利用研究［D］.天津:天津大学建筑学院，2010.

［5］Mumovic D，Palmer J.Winter indoor air quality，thermal comfort and acoustic performance of newly built secondary schools in England［J］.Building and Environment，2009，44(7):1466-1472.

［6］李宏，连慧亮，李靖.热回收系统的经济性与应用［J］.制冷与空调.2010，24(5):97-100.

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

通讯作者:高峰，gaofeng34119@126.com.

作者简介:高峰(1976—)，男，博士，副教授.

基金项目:“十二五”国家科技支撑计划课题基金资助项目(2013BAJ09B02和2012BAJ10B01).

收稿日期:2014-12-02.

中图分类号:TU20

文献标志码:A

文章编号:1008-4339(2015)05-412-06