基于可持續(xù)性的太陽能生態(tài)校園設(shè)計(jì)

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(dāng)今社會永恒的主題。本文主要以校園中的太陽能技術(shù)為研究對象，主要研究太陽能能源在校園中的規(guī)劃應(yīng)用。通過對校園中現(xiàn)有太陽能設(shè)施的分析，從而提出進(jìn)一步的改進(jìn)措施及設(shè)計(jì)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(xué)校的運(yùn)行成本，保障學(xué)校的可持續(xù)運(yùn)營。

關(guān)鍵詞：生態(tài)校園;太陽能技術(shù);可持續(xù)性設(shè)計(jì)

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）05-0074-02

能源與環(huán)境問題已經(jīng)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(guān)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(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。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(jīng)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(jì)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(shí)行陽能光伏發(fā)電對校園節(jié)能減排，響應(yīng)國家可再生能源發(fā)展計(jì)劃具有重要的意義。同時在校園建設(shè)太陽能系統(tǒng)也會促進(jìn)校園更加關(guān)注能源利用與節(jié)能能環(huán)保，促進(jìn)節(jié)約環(huán)保型校園的形成。

1 太陽能在校園中應(yīng)用現(xiàn)狀

目前在各個領(lǐng)域應(yīng)用太陽能的產(chǎn)品非常廣泛，目前在各校園里已經(jīng)設(shè)置了相關(guān)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(shè)施，并逐漸開始發(fā)展多種產(chǎn)品。但總體上來說，在校園中利用太陽能來進(jìn)行設(shè)計(jì)的設(shè)施及設(shè)備還不全面，對其的設(shè)計(jì)有待提高。本文就目前校園中比較普遍的幾種太陽能設(shè)施進(jìn)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(dāng)代及校園發(fā)展的現(xiàn)狀及主題。太陽能熱水技術(shù)的主要特點(diǎn)可表現(xiàn)為：環(huán)保、節(jié)能、安全、經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用范圍廣，可供多人使用，最重要的是可以實(shí)現(xiàn)全面自動，不需要大額度的維修費(fèi)用，技術(shù)設(shè)備使用年限可達(dá)15年以上（如圖1）。

目前太陽能熱水器在校園中的應(yīng)用效果不容小覷。以浙江工商學(xué)院學(xué)生宿舍為例，應(yīng)用太陽能中央熱水系統(tǒng)，可做到全天供應(yīng)熱水。校園宿舍提供較小的集管太陽能熱水器，以達(dá)避免管道浪費(fèi)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(yīng)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(xué)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(diǎn)：（1）可達(dá)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(fèi)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(fù)荷的情況下達(dá)到全年全自動化不間斷供應(yīng)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(yīng)用的比較廣泛，在教學(xué)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(jìn)行存儲，在需要供電的時間進(jìn)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(jié)構(gòu)要在不損害屋頂原有的構(gòu)造上建立，還要保證其安全性。如哥本哈根國際學(xué)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(diào)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(dāng)太陽處于不同的高度時，電池板都可以獲得到能量。可滿足學(xué)校一半以上的電力需求。

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

2 太陽能生態(tài)校園的設(shè)計(jì)原則

2.1 公平原則

公平性原則指的是，當(dāng)在校園中融入太陽能設(shè)計(jì)時，一定要關(guān)注太陽能共享資源和環(huán)境之間的關(guān)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(guān)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(guān)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(dá)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(qiáng)調(diào)的是通過設(shè)計(jì)來共同維護(hù)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(diào)。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(qiáng)調(diào)發(fā)展問題，大到全球的可持續(xù)性，小到每個地區(qū)和機(jī)構(gòu)。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(qiáng)，在環(huán)境保護(hù)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(shè)計(jì)方法

3.1 與共享單車結(jié)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(xué)生上課只能步行，給很多學(xué)生造成不便。共享單車既環(huán)保又快捷，所以共享單車是學(xué)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(shù)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(xué)生解決以上問題，所以應(yīng)適當(dāng)加大太陽能自行車的投放量，以滿足大學(xué)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(shí)質(zhì)并不復(fù)雜，其實(shí)是“物聯(lián)網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)”的應(yīng)用，—邊是人一邊是物，可以廣泛應(yīng)用于校園，但在很多大學(xué)校園每到畢業(yè)季的時候，就會有大批的自行車報(bào)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(jié)合

在校園中應(yīng)用太陽能系統(tǒng)，可以在停車棚中應(yīng)用太陽能技術(shù)。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(jīng)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(jié)合設(shè)計(jì)，在停車棚屋頂采用太陽能光伏板技術(shù)，使其吸收能量轉(zhuǎn)換為電能供電，把太陽能棚頂?shù)奶柲芙?jīng)過棚柱運(yùn)輸給予電車充電。在設(shè)計(jì)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(xué)校存儲供應(yīng)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(jié)合

在現(xiàn)在的校園中很多基礎(chǔ)設(shè)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(shè)施利用起來。不僅給使用者帶來休息的體驗(yàn)，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(yàn)。做到真正的生態(tài)校園，完善校園的生態(tài)結(jié)構(gòu)。

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(jìn)行收取能量。在此基礎(chǔ)上，還可以在座椅上加入可充電的功能，在使用者手機(jī)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(shè)計(jì)成帶棚式座椅可解決其天氣因素帶來的問題。設(shè)計(jì)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(jié)語

通過對目前校園現(xiàn)狀以及太陽能技術(shù)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(jīng)濟(jì)學(xué)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(shù)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(shí)例及設(shè)計(jì)方法，希望將太陽能技術(shù)廣泛應(yīng)用到校園中，以促進(jìn)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(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：201710240146）。

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