李士丹

（廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530007）

職業(yè)院校校園環(huán)保節(jié)能與專業(yè)結(jié)合建設(shè)的研究
——從德國(guó)建筑設(shè)計(jì)談起

李士丹

（廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530007）

絕大多數(shù)高職院校從中職學(xué)校升格而來(lái)，需要建設(shè)一個(gè)能支撐萬(wàn)人在校生大學(xué)的新校區(qū)。以考察德國(guó)的建筑設(shè)計(jì)為契機(jī)，探索如何結(jié)合專業(yè)建設(shè)進(jìn)行環(huán)保節(jié)能型校園建設(shè)。在學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境中構(gòu)建真實(shí)的設(shè)備氛圍，既達(dá)到環(huán)保節(jié)能又便于教學(xué)，既降低運(yùn)行成本有提高教學(xué)質(zhì)量。提出了為了便于教學(xué)，配套的節(jié)能環(huán)保設(shè)備應(yīng)以功能相對(duì)分離、布置相對(duì)寬松、類型多樣化為原則。

建筑結(jié)構(gòu)；節(jié)能環(huán)保；風(fēng)光發(fā)電

0 前言

高職院校強(qiáng)調(diào)技能訓(xùn)練，提倡做學(xué)教一體化教學(xué)。因此，對(duì)教學(xué)設(shè)施提出了較高的要求，為節(jié)約成本，應(yīng)該在學(xué)校建設(shè)初期，就考慮到結(jié)合各個(gè)專業(yè)需要，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)、建材、供電、供水、供熱及智能控制等選擇節(jié)能環(huán)保的方案。

1 結(jié)合土建類專業(yè)教學(xué)應(yīng)注重采用多樣化建筑環(huán)保節(jié)能技術(shù)

結(jié)合土建類專業(yè)教學(xué)采用建筑環(huán)保節(jié)能技術(shù)，就是要求在建筑材料生產(chǎn)、建筑物施工及使用過(guò)程中，滿足或達(dá)到同等舒適度需求的條件下，通過(guò)一定的技術(shù)手段，盡可能降低成本和能耗，保護(hù)環(huán)境。建材的生產(chǎn)、建筑物的構(gòu)筑耗能周期相對(duì)于建筑物的使用壽命期來(lái)說(shuō)相對(duì)都較短，能耗有限，而在建筑物壽命期漫長(zhǎng)的使用時(shí)間里，能耗則是巨大的，這就要求在建筑物設(shè)計(jì)階段就應(yīng)制定環(huán)保節(jié)能指標(biāo)，必須通過(guò)科學(xué)計(jì)算，合理地選擇與區(qū)域的環(huán)境條件、功能要求、建設(shè)成本相適應(yīng)的節(jié)能技術(shù)，達(dá)到低碳環(huán)保的節(jié)能目標(biāo)。建筑物的環(huán)保技術(shù)則需要選擇綠色天然、環(huán)保安全的建筑材料，結(jié)合當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境和氣候條件有所選擇地融入到建筑設(shè)計(jì)與施工中，同時(shí)還應(yīng)便于日后的教學(xué)使用。

1.1 德國(guó)的建筑環(huán)保節(jié)能技術(shù)

走在德國(guó)城市或鄉(xiāng)村的道路上，看到的建筑表現(xiàn)絕大多數(shù)都在五層以下，公共建筑以平頂?shù)目蚣芙Y(jié)構(gòu)建筑為主，而居民住宅則是二層或三層坡頂?shù)男e墅，建筑風(fēng)格當(dāng)然以現(xiàn)代主義風(fēng)格與后現(xiàn)代主義風(fēng)格為主，由于“二戰(zhàn)”的破壞，遺留下來(lái)的古典風(fēng)格建筑物已經(jīng)很少。節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境是德國(guó)政府的一貫政策，制定了包括《能源節(jié)約法》、《建筑節(jié)能條例》在內(nèi)的相關(guān)法律，規(guī)范和指導(dǎo)著國(guó)內(nèi)建筑領(lǐng)域節(jié)能環(huán)保的實(shí)施，收到了很好的效果，很多經(jīng)驗(yàn)值得借鑒[1]。

1.2 環(huán)保建材的使用

環(huán)保建材包括環(huán)保的墻材、墻飾、地材、涂料等建筑物主體和后期裝修大批量使用的建材，具有無(wú)毒無(wú)害、阻熱蓄能、保濕保健等特性，是建筑物環(huán)保節(jié)能的基礎(chǔ)。如：加氣混凝土砌磚，這種磚塊可用木工工具切割成型，用一層薄沙漿砌筑，表面用特殊拉毛漿粉面，具有阻熱蓄能效果。又如：中空玻璃是一種良好的隔熱、隔音、美觀并可降低建筑物自重的新型建筑材料，它是目前較理想的建筑外墻、門窗材料。再如：采用再生高密度聚乙烯制成的植草路面磚無(wú)毒無(wú)害，既硬化了路面，又達(dá)到了綠化環(huán)境的效果。

獎(jiǎng)懲法是足球教學(xué)中的常用的一種方法。適當(dāng)?shù)莫?jiǎng)懲對(duì)學(xué)生改過(guò)自新，不斷進(jìn)步，不斷完善有著重要的作用。獎(jiǎng)勵(lì)能使學(xué)生感到愉悅，增強(qiáng)自信心，從而推動(dòng)學(xué)生不斷前進(jìn)。懲罰是對(duì)違反足球課堂規(guī)則的學(xué)生施加的影響，是消極的強(qiáng)化，能使學(xué)生有厭惡的情感體驗(yàn)，并從中吸取教訓(xùn)，引以為戒。足球課堂中的獎(jiǎng)懲要做到公平公正，適而可止。獎(jiǎng)勵(lì)不能泛濫，懲罰不能過(guò)度。獎(jiǎng)勵(lì)要掌握時(shí)機(jī)，讓學(xué)生真正感到老師的認(rèn)可和欣賞。懲罰一邊要尊重學(xué)生的人格，另一邊又不可拋棄嚴(yán)格的紀(jì)律和要求。

1.3 建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)

建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)主要包含：墻體、門窗、樓面地面、屋頂熱工設(shè)計(jì)等，如：運(yùn)用混凝土核心激活技術(shù)，構(gòu)筑50 cm以上的墻體、配置合理的墻窗比以及熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.9 W/m2·k的厚實(shí)門窗、加裝建筑物外墻防水防潮的圍護(hù)結(jié)構(gòu)等技術(shù)和工藝，能夠極大地提高建筑物結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的保溫隔熱效率。

我國(guó)南方兩廣地區(qū)建筑外墻一般厚度為240 mm，可適當(dāng)增加教學(xué)樓、實(shí)訓(xùn)樓墻體厚度（如370 mm），以增加墻體的阻熱保溫效果。其次，兩廣都屬于夏熱冬暖地區(qū)，應(yīng)嚴(yán)格按照J(rèn)GJ 134-2001《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范科學(xué)配置墻窗比（窗墻比指的是窗戶洞口面積與房間立面單元面積之比）并采用國(guó)內(nèi)最高節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的熱傳導(dǎo)系數(shù)門窗構(gòu)件，門窗設(shè)計(jì)和配置不合理，將導(dǎo)致建筑物空氣調(diào)節(jié)和溫度調(diào)節(jié)效能下降，特別要防止邊、角以及內(nèi)外連接部位出現(xiàn)“冷橋效應(yīng)”，直接影響到節(jié)能效果。外墻應(yīng)還應(yīng)采取外遮陽(yáng)措施，夏季避免太陽(yáng)直射，冬季盡量利用太陽(yáng)光熱，爭(zhēng)取最大的自由熱量，將熱損失減少到最小是建筑高節(jié)能效率的重要因素[2]，因此對(duì)外墻敷設(shè)防水防潮環(huán)保型圍護(hù)結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步加強(qiáng)建筑物的阻熱保溫效果。

再就是屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)，可以選擇鋪設(shè)太陽(yáng)能光伏板來(lái)實(shí)現(xiàn)阻熱保溫，這樣既保溫隔熱作用、又能吸熱發(fā)電。此外，外墻面種植綠化植物、建筑物周邊綠地綠化，都是可選澤的常見(jiàn)環(huán)保措施，地面綠化可避免土地裸露、減少揚(yáng)塵，減少二氧化碳在空氣中的含量，增加空氣的濕度和含氧量，從而提高空氣質(zhì)量。

2 配套設(shè)備的環(huán)保設(shè)計(jì)

配套設(shè)備的節(jié)能環(huán)保，如太陽(yáng)能設(shè)備、空調(diào)地?zé)嵩O(shè)備、采光照明設(shè)備、給排水設(shè)備等，還融入了建筑樓宇智能化技術(shù)，如傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度、通風(fēng)量和照度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。對(duì)于環(huán)保的節(jié)能與能源開發(fā)項(xiàng)目，國(guó)家大力推廣并給與補(bǔ)貼，如：地表淺層地?zé)崂庙?xiàng)目、太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目等。

2.1 供熱設(shè)備的環(huán)保設(shè)計(jì)

位于邕江河谷盆地的南寧市，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，光、熱資源充足，濕潤(rùn)多雨，具有冬春微寒，細(xì)雨綿綿，夏季炎熱多雨，秋季涼爽，冬日低溫?zé)o雪的特點(diǎn)。多年平均氣溫21.6℃，最高氣溫40.4℃，最低氣溫-2.1℃，平均濕度21.7 HPa.

地質(zhì)結(jié)構(gòu)上，南寧市的地質(zhì)結(jié)構(gòu)大多為二元結(jié)構(gòu)土層，上部為粘性土，下部為由砂礫石層。地溫場(chǎng)恒溫帶深度為20 m，溫度在23.8℃～24.8℃之間，地下水位在7～20 m之間，年動(dòng)態(tài)變化在3 m之內(nèi)，水質(zhì)優(yōu)良，具備地源熱泵技術(shù)的開發(fā)運(yùn)用[3]。因此，建議重點(diǎn)考慮選用地（水）源熱泵供熱方案，同時(shí)，在設(shè)備布置、選型、安裝調(diào)試等方面注意結(jié)合相關(guān)專業(yè)教學(xué)的需要。

2.2 供能設(shè)備的環(huán)保設(shè)計(jì)

南寧市冬天濕冷夏天濕熱，每年熱的天數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冷的天數(shù)，能耗主要集中在空調(diào)制冷方面。按照低品質(zhì)能源（太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿龋┻M(jìn)行基礎(chǔ)性調(diào)溫、高品質(zhì)能源（電能、天然氣能等）進(jìn)行精細(xì)調(diào)溫的綠色設(shè)計(jì)原則，結(jié)合地理環(huán)境與氣候條件，建筑節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)應(yīng)以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為先、節(jié)能材料為主、設(shè)備為輔。具體來(lái)說(shuō)，就是在工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行建筑物地基基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)等方面節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)的前提下，最大限度地使用節(jié)能環(huán)保材料進(jìn)行建筑物的構(gòu)建，保證建筑物墻體、門窗、樓面地面、屋面的節(jié)能效率和環(huán)保效果，使建筑物基礎(chǔ)節(jié)能能效比達(dá)到相對(duì)最佳，適當(dāng)配置太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿裙┠茉O(shè)備，即可基本實(shí)現(xiàn)建筑物供能自給；最后還應(yīng)科學(xué)配置樓宇智能化設(shè)備，提高公共建筑管理水平；最大程度減少制冷空調(diào)、電熱水器等高能耗的建筑設(shè)備。

3 供能（發(fā)電）設(shè)備的配置

對(duì)于兩廣夏熱冬暖、多雨潮濕的氣候，建筑的能耗主要集中在空調(diào)制冷方面，如果充分利用太陽(yáng)能、風(fēng)能及地源熱能等為建筑物供能（供電），最大可能地減少對(duì)高品質(zhì)能源的依賴，建筑能耗將會(huì)大大降低。

供能設(shè)備主要是收集太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤沙掷m(xù)再生的低品質(zhì)能源為建筑所利用的設(shè)備。包括太陽(yáng)能發(fā)電、儲(chǔ)能（系統(tǒng)）設(shè)備，太陽(yáng)能熱交換設(shè)備（熱水器），地（水）源熱泵（系統(tǒng)）設(shè)備等。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，是當(dāng)前作為開發(fā)清潔能源發(fā)展最快的項(xiàng)目，也是電力類專業(yè)一直以來(lái)的研究熱點(diǎn)，特別是以能源及電力類專業(yè)為重點(diǎn)建設(shè)方向的高職院校，在新校區(qū)建設(shè)工程中應(yīng)優(yōu)先布局建設(shè)。

3.1 風(fēng)光發(fā)電設(shè)備

（1）太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的基本組成如圖1所示。在太陽(yáng)的照射下，太陽(yáng)能電池板通過(guò)光電效應(yīng)產(chǎn)生電能并存儲(chǔ)于蓄電池組，然后通過(guò)逆變器把直流電變?yōu)榻涣麟姡偻ㄟ^(guò)控制器對(duì)電能實(shí)施調(diào)節(jié)和控制。從逆變器輸出的電能可以直接供給交流負(fù)載，如果用不完還可以送入電網(wǎng)供其他負(fù)載使用。校園建筑結(jié)合太陽(yáng)能發(fā)電有諸多好處。一方面，太陽(yáng)能電池板裝在屋頂或屋面上，既節(jié)省土地資源又降低屋頂及墻面溫度；另一方面，太陽(yáng)能光伏發(fā)電設(shè)備就地安裝和就地發(fā)電送電，不需要另外架設(shè)輸電線路，降低對(duì)市電的依賴；另外，太陽(yáng)能發(fā)電無(wú)噪音、無(wú)排放，環(huán)保性強(qiáng)。

圖1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理

值得注意的是，如果僅僅為了發(fā)電，圖1中的發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備大多是集成的或相對(duì)集中的。但是，如果要兼顧教學(xué)，則發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)該首先考慮分散布置，以便使系統(tǒng)組成原理清晰和方便帶學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。

此外，如果考慮節(jié)省投資，太陽(yáng)能電池板支架往往采用固定式的。而如果要兼顧教學(xué)，則太陽(yáng)能電池板支架應(yīng)重點(diǎn)考慮采用“向日葵”式的，使其機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制裝置成為機(jī)電類、自動(dòng)化類等專業(yè)的典型教具。

（2）風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

校園內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電有別于野外的風(fēng)力發(fā)電，主要是中小型的。另外，由于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)與水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)比較，具有破壞半徑小、抗臺(tái)風(fēng)能力強(qiáng)、噪音低、不受風(fēng)向改變影響等特點(diǎn)。因此，校園建設(shè)應(yīng)結(jié)合相關(guān)專業(yè)建設(shè)考慮部分采用風(fēng)力發(fā)電并選用垂直發(fā)電機(jī)組。

應(yīng)該注意到，往往風(fēng)大時(shí)太陽(yáng)光照反而小，反之亦然。因此，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電所供給的用電負(fù)載應(yīng)該有相當(dāng)部分是同一的，以便于風(fēng)光互補(bǔ)。

3.2 地源熱泵技術(shù)

地源熱泵技術(shù)在應(yīng)用范圍和推廣速度上遠(yuǎn)不如太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電技術(shù)，就廣西而言，采用地源熱泵技術(shù)為建筑小區(qū)供暖制冷的單位只有幾十個(gè)。實(shí)際上，地源熱泵系統(tǒng)是目前效率最高、最環(huán)保的供暖和制冷系統(tǒng)，技術(shù)也并不復(fù)雜，它是通過(guò)鋪設(shè)地下淺層管道，將儲(chǔ)存于地表的低溫?zé)嵩春吞?yáng)能加以循環(huán)利用，不受地域、資源、季節(jié)、氣候、日夜時(shí)段的限制，是穩(wěn)定可靠、清潔無(wú)污染及可再生能源。從地質(zhì)土壤特性的各種數(shù)據(jù)分析來(lái)看，南寧市適合采用地源熱泵技術(shù)為建筑物供暖制冷。

4 樓宇智能化設(shè)備的配置

樓宇智能化系統(tǒng)包括保安監(jiān)控及防盜報(bào)警系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、車庫(kù)管理系統(tǒng)、樓宇設(shè)備自控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、會(huì)議系統(tǒng)、智能化小區(qū)綜合物業(yè)管理系統(tǒng)、智能燈光音響控制系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等子系統(tǒng)，是通過(guò)統(tǒng)一的軟件平臺(tái)對(duì)建筑物內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制和管理并對(duì)用戶提供信息和通信服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的所有空調(diào)、給水排水、供配電設(shè)備、防火、保安設(shè)備等進(jìn)行綜合監(jiān)控和協(xié)調(diào)，使用戶獲得了經(jīng)濟(jì)舒適、高效安全、節(jié)能環(huán)保的環(huán)境，是互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代實(shí)現(xiàn)整個(gè)校區(qū)管理的信息化、自動(dòng)化、智能化的基礎(chǔ)。

不言而喻，樓宇智能化技術(shù)與校園建設(shè)的結(jié)合會(huì)更加緊密。雖然因篇幅所限不能在此把上述諸如安保系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、樓宇設(shè)備自控系統(tǒng)等各個(gè)子系統(tǒng)，如何結(jié)合專業(yè)建設(shè)實(shí)施布置。但是，為了便于教學(xué)，功能相對(duì)分離、布置相對(duì)寬松、類型多樣化等原則，應(yīng)該是值得重點(diǎn)考慮的。

5 結(jié)束語(yǔ)

《2013—2017年中國(guó)智能建筑行業(yè)市場(chǎng)前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》的結(jié)果表明，國(guó)內(nèi)建筑能耗的總量一年高過(guò)一年，在能源總消費(fèi)量中所占比例最終達(dá)35%左右，建筑節(jié)能潛力巨大。高職院校新型校區(qū)的建設(shè)，將帶來(lái)了更高的運(yùn)行成本，如果從規(guī)劃設(shè)計(jì)、開工建設(shè)到建筑設(shè)備配套各環(huán)節(jié)均重視節(jié)能環(huán)保，重視與相關(guān)專業(yè)教學(xué)需求相結(jié)合，雖然前期需要更大的投入，但在今后漫長(zhǎng)的使用期產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益將是長(zhǎng)期的、巨大的，符合國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略。此外，為了便于教學(xué)，無(wú)論是建筑結(jié)構(gòu)和建筑材料，還是配套的供能設(shè)備和樓宇智能化設(shè)備，都應(yīng)該以“功能相對(duì)分離、布置相對(duì)寬松、類型多樣化”為原則。

[1]吳必龍，李 穎.借鑒德國(guó)，思考我國(guó)節(jié)能建筑設(shè)計(jì)《工業(yè)建筑》[J].2006，36（9）：104-105.

[2]曲翠松.德國(guó)節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方法與實(shí)踐以及如何與我國(guó)國(guó)情相結(jié)合[C]//北京：國(guó)際智能、綠色建筑與建筑節(jié)能大會(huì)，2006.

[3]梁禮革，朱明占，羅 崴，等.南寧市淺層地溫能賦存條件及資源量研究[J].南方國(guó)土資源，2014（11）：39-40.

Research on the Construction of Campus Environmental Protection，Energy Saving and Professional Combination in Vocational Colleges——Starting from the German Architectural Design Discuss

LI Shi-dan
（Guangxi Electric Polytechnic Institute，Nanning Guangxi 530007，China）

Aiming at the upgrading of most vocational colleges from secondary vocational schools，it is necessary to build a new campus which can support millions of students in universities.To explore the architectural design of Germany as an opportunity to explore how to combine professional construction for environmental protection，energy saving campus construction，students in the study and living environment to build a real atmosphere of the equipment.In order to facilitate teaching，the energy saving and environmental protection equipment should be based on the principle of relative separation of functions，relatively loose arrangement and diversified types.

building structure；energy saving and environmental protection；wind and photovoltaic power generation

G718.5

B

1672-545X（2017）09-0193-04

2017-06-19

李士丹（1963-），男，廣西南寧人，本科，副教授，研究方向：節(jié)能建筑設(shè)計(jì)。