基于可持续性的太阳能生态校园设计

朱娜 李伊娜 张莉

摘要：现今人们过度使用煤、石油、天然气等不可再生能源引发了生态污染与能源缺失的巨大问题。人类在研究可再生能源时发现太阳能是人类社会发展以来最节能的可再生资源。并且寻求新能源的可持续发展也是当今社会永恒的主题。本文主要以校园中的太阳能技术为研究对象，主要研究太阳能能源在校园中的规划应用。通过对校园中现有太阳能设施的分析，从而提出进一步的改进措施及设计方案，充分利用太阳能这一再生能源，以期解决校园高消耗、覆盖率低以及使用安全等方面问题。在提高使用舒适度的同时，降低学校的运行成本，保障学校的可持续运营。

关键词：生态校园;太阳能技术;可持续性设计

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2018）05-0074-02

能源与环境问题已经成为可持续发展面临的主要问题，一直受国际社会的广泛关注。太阳能作为一种零污染、零成本的可再生清洁能源，其有着有丰富、清洁、无需运输等优点。我国幅员辽阔，太阳能资源十分丰富，陆路表面每年可接受的太阳辐射不可小觑。我国每年可利用的太阳能能源经过换算后约等于1.7亿吨煤炭的使用量。在日照量方面，有统计表明全国70%以上的地区年日照量超过了 2000小时，在开发利用太阳能能源有较明显的优势。在校园中实行阳能光伏发电对校园节能减排，响应国家可再生能源发展计划具有重要的意义。同时在校园建设太阳能系统也会促进校园更加关注能源利用与节能能环保，促进节约环保型校园的形成。

1 太阳能在校园中应用现状

目前在各个领域应用太阳能的产品非常广泛，目前在各校园里已经设置了相关的太阳能热水系统、太阳能地暖系统以及太阳能光伏屋等设施，并逐渐开始发展多种产品。但总体上来说，在校园中利用太阳能来进行设计的设施及设备还不全面，对其的设计有待提高。本文就目前校园中比较普遍的几种太阳能设施进行阐述。

1.1 校园太阳能热水系统

校园中的太阳能热水系统之所以被普遍接受，是因其操作系统便利，更重要的是节能零污染、成本低，同时也符合当代及校园发展的现状及主题。太阳能热水技术的主要特点可表现为：环保、节能、安全、经济、应用范围广，可供多人使用，最重要的是可以实现全面自动，不需要大额度的维修费用，技术设备使用年限可达15年以上（如图1）。

目前太阳能热水器在校园中的应用效果不容小觑。以浙江工商学院学生宿舍为例，应用太阳能中央热水系统，可做到全天供应热水。校园宿舍提供较小的集管太阳能热水器，以达避免管道浪费及输送水时热量能源的消耗。使用自动化程度较髙的联管式热水器，可满足数千人洗浴。

1.2 校园太阳能地暖系统

太阳能地暖系统是利用太阳能将水加热到30-40度，再利用地板采暖。对于校园来说，采用地板采暖比普通的采暖方式能节省约20%的能源。在校园中应用地暖系统更加适用于北方环境，因北方冬季用煤炭供暖大大污染了环境，造成雾霾天气加剧的状况。其中学校就是一个比较大的环境污染隐患。在此状况下采用太阳能地暖系统不仅能解决供暖而且还能减少有害气体的排放（如图2）。

太阳能地暖系统还有以下的优点：（1）可达人体最舒适的温度，对流热惯性较好利于人体健康。（2）可减少对人体辐射，热源选择灵活、宽阔、可以减少噪音。⑶减少占地面积，便于家具布置。⑷使用寿命长，维修次数少，节省维修费用。

因此，太阳能地暖系统完全可以解决校园采暖需求，在不超负荷的情况下达到全年全自动化不间断供应校园寝室暖气。

1.3 校园太阳能光伏屋

太阳能光伏屋在中国校园中应用的比较广泛，在教学楼或公寓的屋顶建立光伏屋发电站，利用太阳能光伏屋的发电方式可在白天吸收电量进行存储，在需要供电的时间进行供电，可解决教室以及公寓大量烧煤炭情况。但需注意此结构要在不损害屋顶原有的构造上建立，还要保证其安全性。如哥本哈根国际学校在建筑外立面上都覆盖着太阳能电池板，且每块太阳能电池板的角度都稍微有不同，这不仅能呈现出色调大小的变化，而且整体外观和背景中的海面更加相称，还能确保当太阳处于不同的高度时，电池板都可以获得到能量。可满足学校一半以上的电力需求。

太阳能光伏屋的优点：⑴不受地域限制，利用房屋建筑的顶部就可以设置光伏板。⑵不需要燃料和布置电路。⑶不需要担心能源枯竭问题，可以永久使用。

2 太阳能生态校园的设计原则

2.1 公平原则

公平性原则指的是，当在校园中融入太阳能设计时，一定要关注太阳能共享资源和环境之间的关系。从空间和时间上两个维度可概括为，校园环境和人类之间的关系。研究开发更加节能的太阳能资源，只有人与自然和谐相处，同时关注资源和环境的公平性，使资源和环境的利用不会处于绝对支配的地位，才能达到人与环境的公平性原则。

2.2 共同性原則

共同性原则强调的是通过设计来共同维护环境以及节约能源。我们在校园中开发利用新能源有利于节能减排，开发太阳能资源并把节能资源利用到校园中去，有利于太阳能资源与校园的整体环境相协调。从而在各个方面，共同营造一个良好的生态校园。

2.3持续原则

持续性原则主要强调发展问题，大到全球的可持续性，小到每个地区和机构。把太阳能资源利用到校园中，有利于校园各方面的可持续性发展，太阳能资源不仅节能环保，而且太阳能能源持久性强，在环境保护方面利用太阳能资源利于资源与环境的可持续性。

3 太阳能生态校园的设计方法

3.1 与共享单车结合

近几年共享单车成为了一个新兴的出行方式，由于校园占地面积比较大，很多学生上课只能步行，给很多学生造成不便。共享单车既环保又快捷，所以共享单车是学生们青睐的出行模式，在校园中有着较大的发展潜力（如图3）。而将太阳能技术与共享单车接合起来，利用太阳能能源与共享单车的便利出行，可帮助学生解决以上问题，所以应适当加大太阳能自行车的投放量，以满足大学生的高密度使用需求，激发潜在使用需求。太阳能共享单车实质并不复杂，其实是“物联网+互联网”的应用，—边是人一边是物，可以广泛应用于校园，但在很多大学校园每到毕业季的时候，就会有大批的自行车报废，而且共享单车在使用过程中会造成损伤，会减少自行车的寿命，如果共享单车可以利用废旧的自行车改造，那环保的效果会更加提升。

3.2 与停车棚结合

在校园中应用太阳能系统，可以在停车棚中应用太阳能技术。由于南方的地理与气候环境，在校园中自行车与电车被大量使用，在使用电车过程中经常遇到电车缺电的现象，会给使用者造成一定的困扰。因此将生态校园与太阳能停车棚结合设计，在停车棚屋顶采用太阳能光伏板技術，使其吸收能量转换为电能供电，把太阳能棚顶的太阳能经过棚柱运输给予电车充电。在设计时要着重考虑的问题是，既要满足遮挡阳光的同时还要考虑挡雨的性能，在校园中建造太阳能停车棚，既可以节省占地面积，还可以为学校存储供应电量。同时解决了电车在校园中使用的不便，还能优化校园环境。

3.3 与路灯、长椅结合

在现在的校园中很多基础设施都不完善，在营造生态校园的过程中，可以将太阳能与路灯和长椅等公共设施利用起来。不仅给使用者带来休息的体验，还能够从生态校园的角度出发给人们带来更多的使用体验。做到真正的生态校园，完善校园的生态结构。

例如可以将长椅与路灯配合使用，在路灯附近安加长椅，可将收取的能量传输到长椅供其使用。同时将长椅与路灯加入太阳能板，进行收取能量。在此基础上，还可以在座椅上加入可充电的功能，在使用者手机没电的情况可作为紧急充电的来源。除此之外，长椅和路灯收取的能量可以供自己发电。同时，考虑长椅的使用情况包括其天气因素，将长椅设计成带棚式座椅可解决其天气因素带来的问题。设计成带棚式座椅还可以从棚到座椅背部更大面积的收取能量。

4 结语

通过对目前校园现状以及太阳能技术的研究分析可以看到，高校是使用节能资源潜力较大的区域，不论是站在经济学理论的角度还是站在可再生资源节能减排的角度，太阳能技术无疑是生态校园规划中的最佳选择，充分解决了不可再生的环保问题和持续性发展问题。本文通过大量实例及设计方法，希望将太阳能技术广泛应用到校园中，以促进节约环保型校园的形成，创建可持续发展的生态校园。

本文系大学生创新创业训练计划项目（项目编号：201710240146）。

参考文献

[1] 赵群.太阳能建筑整合设计对策研究[D].哈尔滨工业大学博士论文，2008.

[2] 徐绍宏，朱寅泽.全自动太阳能地板采暖系统[D].专利库，2006.

[3] 张璐，李献策.浅谈太阳能在高校校园建设中的应用[D].中国电力教育，2017.

[4] 朱宁，李继民，王新红，武尚磊.太阳能热利用实用技术丛书太阳能供热采暖技术[M].中国电力出版社，2017.

[5] 薛一冰，杨倩苗，王崇杰.普通高等院校建筑环境与能源应用工程：建筑太阳能利用技术[M].中国建材工业出版社，2014.