绿色低碳理念下的校园规划与设计——以中共湖北省委党校（湖北省行政学院）新校区为例

程 娜 邱文航 吴银光 杨 雷 张 辉 胡 浩

绿色发展与节能减排已成为我国实现“双碳目标”和建设两型社会的重要战略决策。高等院校作为教书育人的重要基地，如何建设可持续型与环境友好的绿色校园，并将可持续理念融入教育、科研，并为社会输送拥有可持续理念的高素质人才具有重要意义。当前，在“双碳”目标和全面推进绿色低碳转型发展的背景下，我国正在积极实施《零碳中国·零碳校园》蓝皮书计划。绿色低碳校园的建设与发展需要贯彻可持续发展战略思想，遵从生态学原理和人与自然协同的原则，通过合理的设计和建设实施，形成校园特色和文化内涵的生态系统，从而将绿色低碳的理念和模式推广到其他高校乃至整个社会[1]。本文以中共湖北省委党校（湖北省行政学院）新校区为例，从绿色校园规划与绿色建筑设计角度探讨地域适应性的设计策略，为绿色低碳校园设计与实践提供参考。

1 项目概况

中共湖北省委党校（湖北省行政学院）新校区（简称为“行政学院”）位于湖北省武汉市临空经济区，项目所在地丰荷山地块交通便捷、自然条件优越。基地东侧连接机场高速，南侧连接第二机场高速，可快速通达武汉主城区和天河机场。占地533.22亩，总建筑面积166160m2，其中地上141720m2，地下24440m2，计容建筑面积151925m2，校园总体容积率0.64（图1）。

图1 中共湖北省委党校（湖北省行政学院）新校区整体鸟瞰图

项目规划融合中国传统园林手法，采用组团化生态空间格局，合理组织文教综合区、学员住宿区、生活服务区、预留发展区等组团。通过组团均衡布局和轴线控制相结合，构建出具有秩序感和整体性的建筑组群。建筑造型结合地域文化，采用荆楚风格的中式建筑，延续毛泽东同志1927年创办中央农民运动讲习所的灰砖坡顶建筑形态，用现代手法演绎，体现行政学院继承与发展的文化内涵。项目为住房与城乡建设部绿色建筑示范工程项目和湖北省绿色建筑示范工程项目，并入选湖北省2021年—2022年度公共机构能源资源节约示范优秀案例。项目于2016年开始规划设计，2020年10月正式投入使用。

2 可持续理念的绿色校园规划设计

2.1 校园整体规划设计

行政学院校园规划建设以生态修复、构建优良的生态环境作为核心原则。以中式园林造景手法，在保留原有场地水塘基础上造景，教学组团与办公组团形成半围合的空间形态，形成蓝绿交织的生态组团。依托原有自然地形高差，以主教学楼和国旗广场为轴线，形成渐进抬升的空间层次关系。在教学组团、办公组团、学员宿舍组团，形成错落有致的建筑群和宜人的空间尺度，增强了建筑的亲和力。学员宿舍组团采用中国传统的半合院式布局和造景手法，在保证组团内部协调的同时，提高了建筑的使用效率。

建筑设计方案延续农讲所灰砖坡顶的建筑形态，用现代手法演绎，体现党校继承与发展的红色精神内涵。在校园整体建筑风格上，立面运用青砖、竖窗为造型元素，注重功能，朴素高雅，体现了荆楚建筑“大气、兼容、张扬、机敏”的人文精神内涵。建筑立面构图采用三段式水平构图，呈现谦和的姿态。建筑具有现代感的屋顶挑檐不仅丰富了立面的空间层次感，同时可在夏季形成良好的遮阳效果，有效改善了建筑室内的热环境。

2.2 低影响开发的海绵校园设计

近些年，水资源利用已成为可持续发展的重要组成部分。校园整体规划遵循低影响（LID，Low Impact Development）建设开发理念，改变雨水原有的“快排式”认知，将下渗、蓄存、净化、复用与排放结合，解决校园内涝、径流污染等问题，并兼顾雨水资源利用和维护[2]。在校园开发建设过程中，结合场地原有地形地貌特征，保留园区原有坑塘和植被等生态体系。

项目场地高差5～7m，合理利用高差设计地下车库，一则可以充分利用空间，避免大量土地平整和土方开挖回填；二则可以节约建设投资。对原有场地上的池塘进行改建，从而形成了现在的景观水体，同时利用场地高差，将场地内收集到的雨水通过地下埋管引入到地势最低的景观水体内，既满足景观水体的补水，又保证了场地内较小的径流。

校园行车道路采用可透水沥青，停车场采用植草砖等可透水铺面。利用下凹式绿地和透水地面实现“生态排水”，缓解校园热岛效应[3]。景观绿地设计低于周围道路和地面5～10cm，利用下凹空间蓄积雨水，增加雨水下渗时间，实现雨水径流调蓄与生态排水（图2）。

图2 校园铺地与径流控制

项目从生态环保的角度出发，根据现场植物生长状况采用原地保留和选型移栽两种方式。经过设计初期现场勘查，确定原有场地内保留树种，如枫杨、香樟、马尾松、杜英、桃树、枇杷等。将树形优美、冠幅饱满、胸径较大的树种尽量移栽，融入到设计中，如胸径≥12cm的苦楝，香樟等，地径≥6cm的桃树等予以移栽处理，项目保留植被近1500棵，还原的绿化覆盖面积达1200m2。项目通过低影响开发的“海绵校园”设计，下凹式绿地率达到21.55%，面积达22898m2，透水铺装率达到35.64%，面积达10335m2，年径流总量控制率达到75.09%，面源污染消减率达到66.82%。

2.3 绿色校园水系统规划

校园水资源利用结合地域给水排水、水资源和气候特征等状况进行系统规划，以节约、回收和循环再使用水资源为宗旨，尽可能减少市政供水和污水排放量[4]。行政学院新校区水系统主要有生活给水系统、直饮水系统、雨水收集与回用系统、废水收集处理及中水回用系统、景观供水系统、绿化灌溉系统及节水设施等子系统构成，采用“高质高用、低质低用”的原则。

在校园水系统规划中，重视非传统水源的开发和利用。利用场地地势高差和原水塘位置范围，在减少土方开挖基础上，作为大型蓄水池使用，与南段的地下蓄水池一同为景观水体提供充足的补水水源。水塘周边设置水处理设施和蓄水池，将处理过的雨水排入景观水体，地势较低的水池设置溢水口及地下提升水泵，将水抽取补充高处水源，使得水体形成完整的循环系统。校园场地规划在充分考虑武汉地区年降雨量特征基础上，设有专门的雨水收集系统，并在主楼地下室设置净水设施，收集的雨水可用于补充景观水体、道路浇洒、绿化喷灌等（图3）。中水利用方面，回收学员宿舍区盥洗、淋浴的优质杂排水作为中水水源（不足部分则采用雨水补充），优先用于冲厕、多余中水用于园区灌溉。设计可收集原水量为357.4m3/d，可实现近80%的中水用于绿化用水和冲厕用水需求。

图3 校园雨水收集系统

在景观水资源利用方面，将整个园区的雨水汇集到最低处的景观湖，通过水泵的提升、过滤消毒等程序后，进去清水蓄水池，然后用作园区的绿化浇洒、道路的冲洗、以及景观补水。项目中优先选择适宜武汉气候生长的本土植物，并通过科学配置，种植水生植物并对水中污染物进行综合吸收，最大程度的使流经的水体能够得到生物净化。

2.4 绿色校园能源规划设计

在可持续绿色校园建设过程中，绿色能源规划是实现能源节约、节能降耗的重要环节。行政学院新校区建筑主要有行政楼、教学楼、报告厅、教学楼、体育馆、学员宿舍等组成，不同类型建筑使用功能和能源需求差异性较大，校园内主要能源利用包含：照明与电器设备、空调系统、采暖系统、热水系统等。合理利用可再生能源，将地热能、太阳能等融合到校园建筑中。

根据对行政学院全年耗电量的调查分析，空调能耗占全年总能耗的比例高达67%。因此，通过合理的技术措施降低空调能耗将是项目节能减排的重要手段，也是绿色校园能源规划设计的重要一环。由于校园场地大，建筑功能多，通过对不同类型建筑冷热负荷计算，可知行政学院建筑的总冷负荷为12 76 8kW，供热负荷为9263kW（图4）。

图4 不同功能建筑负荷强度分配

考虑地域气候特征、适宜能源技术体系、经济环境条件等各种因素，制定能源供应方案，实现供需平衡，从而达到节能减排的目的[5]。项目本着节能、环保及综合投资经济的原则，采用“电力驱动的水冷冷水机组+电力驱动地埋管地源热泵机组+燃气真空热水锅炉”方式，同时考虑太阳能热水系统的合理利用。其中，电力驱动地埋管地源热泵机组的容量按总制冷量的20%进行配置。太阳能热水系统与燃气锅炉复合使用，太阳能利用按冬季最大热负荷的20%配置。结合校园总体功能分区，将能源中心集中设置于食堂地下一层，充分利用燃气资源优势，采用燃气一体机空调系统，有效节省锅炉房和制冷机房占地，并通过优化机房水系统管路设计，使机房占地面积减少一半，仅为3600m2。结合校园不同功能分区，以能源供给为中心（食堂），设置1.1km的综合管沟进行冷热源的集中输配，在加强设备管理与提升效率的同时，节约建筑设备管网约10%。

3 绿色低碳建筑设计与节能技术应用

湖北行政学院项目作为住房与城乡建设部绿色建筑示范工程项目和湖北省绿色建筑示范工程，从绿色建筑设计角度遵循“被动为主、主动优化”的思路和原则，采用多种被动式设计手段改善建筑保温隔热、采光与通风，并结合运行设备系统优化与可再生能源利用，达到绿色建筑三星标准要求。与此同时，考虑校园建筑碳排放特征，采用低碳设计策略，有效降低建筑运行阶段的碳排放[6-7]。

3.1 建筑围护结构节能设计

围护结构的热工性能直接影响建筑在使用阶段的冬季供暖和夏季空调能耗。本项目采用250mm厚的加气混凝土自保温砌块外墙自保温体系，同时辅以必要的热桥保温，构造材料参看图5。自保温外墙系统同外门窗和屋面等构造有效结合，形成了集成化的高性能保温节能围护结构，外围护结构传热系数理论值为0.69W/（m2·K），实测值达0.44W/（m2·K）。围护结构热工性能提高幅度达到30%以上。

图5 外墙自保温构造示意图

建筑外窗采用中空内置百叶的玻璃，不仅达到了良好的保温隔热效果，同时还可结合不同季节变化，通过内置百叶实现季节性调控室内环境，玻璃传热系数低于2.3W/（m2·K），整体遮阳系数低于0.31。通过设计阶段节能优化设计，建筑整体节能率达到65%以上。

3.2 建筑通风与优化设计

校园风环境是绿色校园评价的重要环节之一，也是衡量校园建筑整体布局与建筑节能的关键因素。在校园规划设计过程中，参照《绿色建筑评价标准》（GB/T30378—2 0 1 4）、《绿色校园评价标准》（G B/T51356—2013）等关于风环境的评价要求，通过建立校园整体模型进行数值模拟和评价分析。校园规划布局考虑了夏热冬冷地区气候特征以及项目场地西北部山体和场地东部湖泊对校园整体风环境可能产生的影响，从而确定校园风环境分析的边界条件和模型计算范围[8]。

整体而言，规划方案在夏季主导风向ENE和2.3m/s风速情况下，校区内风速范围为0.02～5.7m/s。在主教学楼前广场局部地方出现了＞5m/s的区域，在局部的学员住宿区围合庭院中，出现了静风区；在冬季主导风向NE和3.0m/s风速情况下，校区内风速范围在0.05～5.4m/s。临近场地西北部的山体对冬季的主导风有一定的阻挡，但在东部开敞的临湖区域风速有所加强，风速达到了5.7m/s。在保持原有规划理念及功能分区的前提下，对不利的风环境区域通过建筑布局和景观环境设计进行调整优化。如在冬季和夏季风区较大的教学楼广场区域，采用分段式建筑布局，并结合周边乔木景观设计，从而减弱广场活动场地的风速；在围合的学员宿舍出现的静风区，适当调整建筑尺寸，使庭院开口适当加大，从而减小静风区的面积（图6）。

图6 校园整体风环境模拟

3.3 供暖与空调节能控制

在行政学院建筑主动节能方面，结合不同类型建筑使用特征，采用不同的供暖和空调类型。教学楼、科研办公楼和图书信息楼的空调冷热源采用运行灵活、低负荷时效率高的风冷变制冷剂流量多联空调系统。针对食堂、报告厅和文体中心等建筑，结合空间大小和使用规律，分别采用不同类型的空调系统。大空间房间如餐厅、观众厅和篮球馆等，采用单风机一次回风全空气空调系统；小房间如餐厅包房、化妆间、健身房等采用风机盘管+预处理新风换气机（热回收）；其他辅助房间则采用风机盘管系统。在学员宿舍，室内采用风机盘管+预处理新风的空调，电梯厅和走廊端部设风机盘管机组。

为进一步降低供暖空调系统的输配能耗，实现建筑节能和低碳运行目标，空调水系统设计采用大温差、小流量一次泵变流量系统，水泵采用变频泵。对于功能和时间上基本相同的建筑设置集中空调系统，对于使用需求不同的建筑采用分设多联机空调的分散式供冷形式，增加空调使用的灵活性。新风系统节能方面，对于人员集中、新风负荷较大的场所，空调系统设置全热换气机，进行热回收。全空气空调系统可根据室内外空气的焓差值调节新风量，达到健康、卫生、节能的目的。同时，在项目设计过程中，采用建筑性能模拟软件对不同类型建筑的冷热负荷和碳排放量进行了模拟和分析（表1）。通过性能模拟分析，行政学院新校区建筑总冷负荷为12768KW，集中供热负荷为9291KW，碳排放量18011kgCO2/（m2·a），为后续校园建筑节能低碳运行和管理提供参考。

表1 主要建筑用能冷热负荷与碳排放测算

3.4 校园建筑绿色照明设计

在绿色建筑照明方面，室内照明采用高效节能光源、灯具，照度取值及单位功率符合节能标准，办公、教学空间LPD值控制在9W/m2，学员宿舍空间控制在6W/m2，餐厅等商业空间控制在11W/m2。公共场所设置智能照明控制系统，根据照明需要调节灯具开启数量，实现节能降耗。

校园环境与建筑夜间照明充分考虑校园性质的光环境诉求和荆楚派建筑风格，泛光照明照度控制在30～50lx。校园环境照明体现沉静、素雅的观感，建筑照明为精致、细腻的光效把控。校园环境与建筑总体照明设计结合绿色校园与建筑照明要求，采用“夜景分区、亮度分级、运行分时”的思路和原则，实现整个校园和建筑的照明智能化、安全化、节能化控制。在分模式控制下，年耗电约3.1万KWh，可实现年节电约26%，减少CO2碳排放2.9t。

结语

校园的绿色低碳建设是实现教育可持续发展的重要途径之一，也是实现全社会生态文明建设与可持续发展的重要领域。校园生态环境建设是一项复杂的系统工程，需要从能源系统、生态环境、人文景观、建筑与空间等多个领域统筹规划和建设实施。湖北行政学院新校区绿色校园的设计与建设，从绿色校园的整体规划、水资源利用、能源利用等层面，到绿色建筑设计的被动式节能、建筑通风优化、供暖与空调控制、绿色照明等层面充分展示可持续理念中的绿色校园的丰富内涵，为可持续校园与绿色低碳建筑设计提供参考。

资料来源：

文中图表均为作者提供。