中小學綠色校園研究

王崇杰 劉薇薇

摘 要：中小學是基礎教育的重要組成部分。隨著我國經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展和人口的增長，中小學的規(guī)模與日劇增。但無論是新建的中小學建筑還是改、擴建項目，目的都旨在為下一代提供更加健康、舒適、高效的使用空間。這一發(fā)展趨勢與綠色建筑的內(nèi)涵不謀而合。20世紀90年代，世界范圍內(nèi)掀起了“綠色學?！钡倪\動，瑞典有綠色學校、澳洲有可持續(xù)發(fā)展學校、英國有生態(tài)學校、美國有健康學校。通過10多年的發(fā)展，在全球范圍內(nèi)已經(jīng)有了相對成熟的評價標準，技術(shù)手段和運營策略。在我國，教育類建筑的可持續(xù)發(fā)展逐漸受到重視。論文通過梳理國內(nèi)外的發(fā)展狀況，分析評估標準和設計要素，試圖探尋一條適合我國國情的中小學可持續(xù)發(fā)展道路。

關(guān)鍵詞：綠色建筑；可持續(xù)發(fā)展；中小學建筑

Abstract：School design plays an important role in education system. Accompany with the rapid growth of economy and social development as well as boost population in China， dimension of school gradually expanded. Since either new construction or refurbishment of school projects are aims to provide healthy， comfort， high-performance learning space for next generation which coincides with the meaning of sustainability， therefore it make sense to study how can a sustainable school can be designed. In 1990，‘Green school movement expanded within global range， many countries has started their own sustainable school program， such as‘Green school in Sweden， ‘Sustainable school in Australia， ‘Eco-school in UK and‘Healthy school in US. Through decade of development， these countries have managed adequate assessment method， technical approach and operation strategy. In China， policy makers and relevant department are gradually aware of the importance of sustainable school. The report seeks to offer suggestions in improve the school design in China within sustainable scope.

Keywords：sustainable building design；sustainable development；school design

中圖分類號：TU984.14

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0422（2013）08-0050-04

1 前言

我國現(xiàn)存有280000所小學，85000所中學，涉及建筑面積1.388萬億m2。而這些建筑人均消耗的能源是普通人均能耗的4倍，消耗的水資源是普通人均耗水量的兩倍。如果以現(xiàn)有的建設模式發(fā)展下去，將導致電力、能源、水資源的浪費，同時建設、運營中帶來的垃圾和二氧化碳會給周邊環(huán)境帶來巨大負擔。相反，綠色中小學能提供更健康的學習環(huán)境，可以達到提高學生到課率、促進學習成績的目的。美國Heschong Mahone集團曾對此做過系統(tǒng)調(diào)研。研究發(fā)現(xiàn)，噪音和室內(nèi)采光更好的學校能使學生的測試成績提升7至20個百分點，通過通風方式的改進，學生的缺勤率下降了60%。此外，作為環(huán)境教育的重要組成部分，可持續(xù)發(fā)展學校能更好的普及環(huán)保低碳理念，規(guī)范學生的日常行為。與此同時可持續(xù)發(fā)展意識的傳播也能不同程度的輻射在校教職工，學生家長及周邊社區(qū)，能起到良好的示范作用。另外，綠色建筑能降低學校的運營成本、延長建筑的使用壽命、減少對環(huán)境的影響。由此可見，中小學校走可持續(xù)發(fā)展道路無論是對經(jīng)濟、社會還是環(huán)境的發(fā)展而言，都具有長效的積極作用。

2 國內(nèi)外綠色中小學校園的發(fā)展

綠色學校、生態(tài)學校、可持續(xù)發(fā)展學校、種子學校等名詞是各國大中小學可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的衍生品。世界范圍內(nèi)公認的綠色學校（生態(tài)學校、可持續(xù)發(fā)展學校）其內(nèi)涵主要包括以下三個方面：一是學校設施是否低能高效經(jīng)濟環(huán)保，二是環(huán)境教育課程的開展狀況，三是與周邊社區(qū)相互聯(lián)系。因而，綠色學校與綠色校園的概念是相互交錯的。雖然各個國家依據(jù)自身情況的不同，對綠色學校和綠色校園的評價標準也不盡相同，但二者又是緊密相連相互促進的。

美國是綠色校園運動發(fā)展最全面最深入的國家。2010年成立了綠色學校中心，并建立了綠色學學校市長聯(lián)盟、綠色學校聯(lián)合會及美國綠建委學生組織，試圖通過一系列政府和市場行為全面推動綠色校園的發(fā)展，活動席卷了校園相關(guān)的各個利益集團。到2010年7月，美國共有315所學校獲得LEED認證，其中58所獲得LEED for school 認證[1]。其綠色校園的突出特點是重視室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，但對于校園整體布局和環(huán)境關(guān)注較弱。

英國是對學校建筑的室內(nèi)環(huán)境關(guān)注較早的國家。1931年BRE的前身建筑研究站就開始對教室的熱工性能開始調(diào)研，1944年出版了學校建筑設計推薦（Recommendations on school design）。2004年針對中小學校園環(huán)境評價的標準BREEAM School發(fā)布，之后又出臺了BREEAM FE用于高等教育設施的環(huán)境評估，2008年合并了兩個標準，編訂了普遍適用于大中小學的評估準則BREEAM Education。英國政府計劃至2020年把全英的中小學校都建設成為可持續(xù)發(fā)展學校[2]。

我國近年來也開展了一系列綠色中小學校園的研究與實踐，并在綠色建筑與節(jié)能專業(yè)委員會的組織下成立了綠色校園學科組展開學術(shù)研討和交流。學科組于2011年召開中美可持續(xù)校園研討會，并于2012年在國際綠色建筑與建筑節(jié)能大會上舉辦“綠色校園”分論壇。實踐方面，北京大學附屬小學、北京金茂府小學、長沙梅溪湖中學、生態(tài)城低能耗中學、毛寺生態(tài)小學等一批因地制宜的綠色建筑應育而生。但總體而言，我國中小學綠色校園的建設還處在起步階段，由于缺乏針對性強的評估標準，許多學校難以獲得綠色建筑認證。

3 政策發(fā)展與導向

早在1996年我國就在《全國環(huán)境宣傳教育行動綱要》中提出了綠色學校的概念[3]，1997至1999年中宣部、教育部和環(huán)境保護部共同發(fā)起了全國綠色學校創(chuàng)建活動。而后于2001年發(fā)布了《綠色學校創(chuàng)建指南》?！吨改稀穼Νh(huán)境建設的評估細則中包括了校園綠化程度、環(huán)境教育基地建設狀況、學校衛(wèi)生狀況及污染控制狀況的相應要求。2008年針對高等院校學校設施及規(guī)劃出臺了《高等學校節(jié)約型校園建設管理與技術(shù)導則》，導則確立了高校節(jié)約型校園的監(jiān)管體系和評價辦法，并為校園建設提供了節(jié)能技術(shù)指導[4]。隨著中國綠色建筑與節(jié)能專業(yè)委員會綠色校園學組的成立，綠色學校設施的建設正在向規(guī)范化的方向邁進，覆蓋大中小學校的評估辦法《綠色校園評價標準》日前已于2012年11月通過審理。

4 評估標準

美國用于學校類建筑的評估標準是LEED for school，包括可持續(xù)場地設計、水資源利用效率、能源與大氣環(huán)境、材料與資源、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、革新設計六個方面對學校建筑給予評分。LEED for School在室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量方面要求更高的得分，尤其在采光和聲環(huán)境分項的評分值上，而在可持續(xù)場地、能源與大氣環(huán)境、材料與資源等選項中要求得分較低[1]。

英國采用BREEAM Education作為評估標準，包括管理、健康與舒適、能源、交通、水、材料、廢物、土地使用和生態(tài)、污染和創(chuàng)新共10個項目進行評分。根據(jù)每個項目里的得分乘以每個項目的權(quán)重比然后獲得最終的得分。根據(jù)分值結(jié)果劃分為5個等級：大于等于30分通過、大于等于45分好、大于等于55分為很好、大于等于70分為優(yōu)秀、大于等于80分為卓越。BREEAM Education的評估是由第三方機構(gòu)獨立完成的，評估過程分為設計和建造兩個不同的階段。另外，BREEAM Education有很多的減排條款歸納到室外環(huán)境中，BREEAM更側(cè)重建筑隊室外環(huán)境的影響，相對節(jié)水的要求較弱。

《綠色建筑評價標準》是我國出臺的具有普遍適用性的評估標準，部分區(qū)域也有當?shù)氐脑u估標準。由于目前針對教育類建筑的評估標準還在審批階段，在實踐中逐漸暴露出綠標用于教育類建筑的一些缺陷。如綠標第5.1.11條要求公共建筑合理開發(fā)地下空間[5]。然而，我國的中小學項目基本為底層建筑，地下室并不常見，因此應該對利用開發(fā)地下空間的要求做合理調(diào)整。另外，由于我國的經(jīng)濟發(fā)展水平的限制，現(xiàn)存的中小學校設施大多不設置中央空調(diào)系統(tǒng)，因而綠標中設計中央空調(diào)技術(shù)的條款不適用與學校項目的評價。

5 綠色中小學校園的設計要素

校園規(guī)劃：與其它單體建筑最明顯的差別是學校設施往往是多個建筑物和多樣化的場地使用相結(jié)合的產(chǎn)物。因而能源足跡需要綜合考慮場地的水資源利用和交通影響，另一方面，如果對場地進行科學合理的規(guī)劃，開敞空間也能對周邊環(huán)境帶來積極影響。校園內(nèi)的建筑設計不僅僅要考慮單體建筑的日照與風向，還應結(jié)合周邊的空間綜合設計。建筑與綠化可以相互遮擋減少夏季太陽輻射，落葉喬木在冬季還不至阻擋室內(nèi)得熱。周邊建筑可以用來遮擋風和直射陽光。

環(huán)境課程：校園整體可以很好的輔助環(huán)境教育。根據(jù)不同的年級，環(huán)境教育可以從簡單的了解自然界物種的多樣性到生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)與聯(lián)系。建筑物與環(huán)境的關(guān)系本身也可以引導學生去探求人類活動與自然活動之間的潛在關(guān)聯(lián)。

使用群體的多樣化：學校在社區(qū)基礎設施中占據(jù)很大比例，因而它們象征了大量空間，能源及資金的投入。引導學校向周邊社區(qū)人群開放能提高設施的使用效率，減少重復建設的資金浪費。

水資源利用率：綠色校園強調(diào)減少可飲用水資源的使用，這可以通過中水處理或雨水回收等手段來實現(xiàn)。如衛(wèi)生間的排水和綠地的灌溉水都可以用回收或循環(huán)利用的水源來代替可飲用水。

能源利用率：20%～30%的建筑生命全周期能耗來自于建造過程，70%～80%來源于建筑的運營過程。能源利用效率不僅僅和經(jīng)濟相關(guān)，能源的利用方式還直接影響到溫室氣體的排放、氣候變化及學校的碳足跡。緩和能源供需的矛盾，首先要了解建筑的用能結(jié)構(gòu)。照明是學校主要的電能消耗途徑，此外是電器的電能負荷。提高自然光的利用效率合理的人工照明控制系統(tǒng)可以節(jié)約用電40%～60%。另外，培養(yǎng)良好的節(jié)能意識，隨手關(guān)閉不使用的電氣設備電源也能有效的減少電能的浪費。

采光設計：自然采光時要盡量避免眩光，良好的采光均衡度和反射比也是室內(nèi)光環(huán)境設計需要考慮的重要因素。天空漫射光比直射陽光均衡性更高從而避免強烈視覺對比。太陽直射光的利用需要結(jié)合采光分析技術(shù)進行優(yōu)化設計。人工光源的設計尤其要注意開關(guān)的控制方式。

室內(nèi)空氣質(zhì)量：室內(nèi)空氣質(zhì)量與裝修材料、通風緊密聯(lián)系。應當在建筑使用之前風干或沖洗以減低室內(nèi)污染物含量。另外一方面，通風狀況也很大程度的影響著室內(nèi)空氣質(zhì)量。熱回收通風設備能保證90%～100%的換氣率的同時能有效的去除污染物、細菌。

熱舒適度：對于許多學校而言，是否使用制冷空調(diào)取決于人對不舒適環(huán)境的耐受程度。高效的自然通風模式往往能夠減少對制冷空調(diào)的需求度，在某些氣候分區(qū)甚至能省去。

聲環(huán)境：聲環(huán)境質(zhì)量在學校建筑的性能中占有重要地位。教室內(nèi)學生是否能聽清老師的講課無疑是非常重要的。聲環(huán)境的好壞往往取決于維護結(jié)構(gòu)的性能、空調(diào)系統(tǒng)、自然通風系統(tǒng)及室內(nèi)裝修?？照{(diào)設備發(fā)出的音量不能干擾正常教學，室內(nèi)聲反射的次數(shù)也要控制在合理范圍內(nèi)，另外通風口的設計必須朝向安靜的區(qū)域。如若校園鄰近城市主干道，毗鄰主干道的一面外墻及窗都需要進行降噪處理。

6 綠色中小學校園設計的常用策略

被動式設計：學校的被動式設計主要是通過遮陽、通風、自然采光和優(yōu)化圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能實現(xiàn)的。這些設計策略能縮減機械通風、制冷、采暖、采光的需求，同時不影響室內(nèi)舒適度。許多采用被動式設計的學校都有這樣的特征：一到兩層建筑，南向布置教室、陽光間、中庭。這種設計模式能夠獲得充足的室內(nèi)光線以及較好的通風。但是這樣一來教室內(nèi)的聲環(huán)境會受到影響。另外一方面，使用混凝土材料能減少建造和運營造價，其防火和保溫性能優(yōu)異。研究證明采用混凝土結(jié)構(gòu)的建筑在運營中碳排放量遠小于采用鋼結(jié)構(gòu)建筑。因此合理的結(jié)構(gòu)選型也能達到減少環(huán)境影響的作用。

可再生能源利用：采用可再生能源技術(shù)不僅能減少學校的運營開支，還能起到一定教育作用。適用于學校的可再生能源主要有太陽能、風能、生物質(zhì)能。太陽能熱水和光伏發(fā)電技術(shù)是最常見的兩種太能利用策略。由于學校類建筑的用能高峰和太陽能供給時間基本一致，因此利用效率較高。另外，學校的活動場地可以用來敷設風力發(fā)電裝置，值得注意的是大型風力發(fā)電裝備可能產(chǎn)生噪音干擾，中小型渦輪機更為適宜學校。生物質(zhì)能的利用需要取決于當?shù)氐沫h(huán)境條件，若能夠保證持續(xù)的當?shù)毓┙o又不需要額外的燃料儲存空間，生物質(zhì)能會是一項經(jīng)濟適用的技術(shù)措施。

7 案例分析

Kingsmead小學（圖1）是英國建筑使用研究BUS（BUILDIGN USE STUDIES）認可的近年來最好的小學建筑案例之一。設計團隊希望能為社區(qū)提供一所低能耗、采用可再生能源技術(shù)的學校，并試圖把環(huán)境教育與之相結(jié)合。項目在2004年7月建成，9月交付使用。其舒適程度在投產(chǎn)使用后獲得了在校師生的一致好評。該項目最突出的特點是采用木材作為主要建筑材料，低碳環(huán)保經(jīng)濟可回收。在平面布局上充分考慮了自然光線的利用并綜合采用了主、被動式太陽能技術(shù)。生物質(zhì)鍋爐與冷凝鍋爐組成的采暖系統(tǒng)為建筑提供間歇性供暖。另外，屋面雨水回收系統(tǒng)還被用來作為數(shù)學和地理的教學材料。

如圖2所示，在平面布局上，小學的設計方案顛覆了尋常的設計思路，學校的主入口靠近主干道設計有利于縮短交通距離?；⌒巫呃仁钦麄€建筑主要的交通空間，圍繞走廊北側(cè)是教學用房，南側(cè)布置辦公用房、報告廳及其他輔助功能空間。把教室布置在建筑北面能避免夏季過熱同時爭取到穩(wěn)定的自然光（圖3）。建筑是木結(jié)構(gòu)的，使用膠合木材作為框架和外墻的主要材料，而非承重墻則采用混凝土砌塊作為填充材料，便于拆卸和回收利用。坡屋頂朝內(nèi)傾斜便于雨水回收沖洗廁所，這一措施不但減少了30%的飲用水使用還縮減了落水管的數(shù)量。室內(nèi)安裝的電子顯示屏能為收集的雨水計量，從而為學校的環(huán)境 教育提供材料。學校外墻及屋頂敷設了20mm的玻璃棉作為保溫層，使得維護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)降低到0.17W/m2K。低輻射玻璃組成的雙層窗也有效的減少了熱量散失。采暖系統(tǒng)由一個60kW的生物質(zhì)鍋爐和一個100kW的燃氣式冷凝鍋爐組成。如圖4所示，生物質(zhì)鍋爐使用當?shù)貜U棄木材生產(chǎn)的木屑作為燃料。當生物質(zhì)鍋爐的功率不足以滿足使用時，冷凝鍋爐作為補給。每間教室都有一個冬季不采暖的花園直接與游戲場地相連，這些緩沖空間能減少室內(nèi)的熱量散失。如圖5所示，教室大部分時候利用天窗進行自然采光，室內(nèi)人工照明連接了日光傳感器，當室內(nèi)光線充足時人工照明會自動關(guān)閉。除此以外，設計者還安裝了太陽能熱水和光伏發(fā)電設備。電廚房和衛(wèi)生間20%的熱水由太陽能熱水系統(tǒng)提供，15%的電力是太陽能光伏模塊提供。

8 結(jié)語

中小學校園走可持續(xù)發(fā)展道路將會成為這類建筑的未來發(fā)展趨勢。通過比對不難發(fā)現(xiàn)，與發(fā)達國家相比，我國中小學建筑的性能與之還有一定的差距。作為設計者，應當從校園規(guī)劃、環(huán)境課程、用途的多樣性、水資源利用率、能源的利用率等方面出發(fā)，綜合考慮優(yōu)化設計。

參考文獻：

[1] 干靚.美國綠色學校評估體系及其實踐研究[C].//第七屆國際綠色建筑與建筑節(jié)能大會論文集.2011：97-101.

[2] Murphy，C. &Thorne，A. HEALTH AND PRODUCTIVITY BENEFITS OF SUSTAINABLE SCHOOLS.

A review [M]. Watford： IHS BRE Press，2010：6-7.

[3] 國家環(huán)境保護總局.全國環(huán)境宣傳教育行動綱要 [Z].1996-12-10.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部 中華人民共和國教育部.高等學校節(jié)約型校園建設管理與技術(shù)導則[Z].2008-05-13.

[5] 中國建筑科學研究院.GB/T 50378-2006綠色建筑評價標準 [S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.