奉化市莼湖初中綠色學(xué)校改造

1、奉化市莼湖初中“綠色學(xué)?！苯ㄔO(shè)田慧峰1, 2，孫大明1，徐瑛1，周海珠1，李致磊3（1. 中國建筑科學(xué)研究院上海分院，上海；2. 上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，上海；3. 寧波華聰建筑節(jié)能科技有限公司，寧波）摘 要：“綠色學(xué)?！笔窃谖覈?jié)能減排、保護(hù)環(huán)境、提倡素質(zhì)教育的大背景下產(chǎn)生的新概念。在世界銀行的資金資助下，奉化市莼湖鎮(zhèn)初中把基本的建筑節(jié)能理念與鄉(xiāng)鎮(zhèn)的發(fā)展規(guī)劃相結(jié)合，推廣適合當(dāng)?shù)貤l件的建筑生態(tài)技術(shù)，最大限度地降低建筑資源消耗，從而達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境以及提高室內(nèi)舒適度的目的。為確保教學(xué)不受改造工程的影響，實(shí)施分期改造，首期改造三棟80年代建造的老教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓和教師宿舍。經(jīng)調(diào)研分析并

2、充分考慮實(shí)施可行性，采用了外墻無機(jī)保溫砂漿、熱反射隔熱涂料、屋頂XPS保溫系統(tǒng)、塑鋼中空玻璃外窗、綠色照明、走廊垂直綠化、雨水收集、太陽能熱水等生態(tài)技術(shù)。各類生態(tài)技術(shù)的采用降低了建筑能耗、提高了室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，并將改造成本控制在合理范圍內(nèi)，為我國“綠色學(xué)?！苯ㄔO(shè)及改造提供了重要參考，具有示范意義和推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞：綠色學(xué)校；綠色建筑；建筑節(jié)能；節(jié)水；室內(nèi)環(huán)境“綠色學(xué)?！保℅reen School）是指在實(shí)現(xiàn)其基本教育功能的基礎(chǔ)上，以可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略為指導(dǎo)，在建設(shè)中因地制宜地采用各類節(jié)能環(huán)保技術(shù)，并在工作中納入有益于環(huán)境的管理和教學(xué)措施，充分利用校內(nèi)外有利條件，全面提高師生環(huán)境素質(zhì)的學(xué)校?！熬G色學(xué)校

3、”將各類主動(dòng)、被動(dòng)綠色生態(tài)技術(shù)措施及管理手段進(jìn)行合理、優(yōu)化整合，在強(qiáng)調(diào)節(jié)能效益、環(huán)境效益的同時(shí)，還融入了人文管理效益。為服務(wù)寧波市“能效鄉(xiāng)鎮(zhèn)”建設(shè)需要，在世界銀行的資金資助下，奉化市莼湖鎮(zhèn)選取莼湖初級(jí)中學(xué)作為改造試點(diǎn)。奉化市莼湖鎮(zhèn)初中位于奉化以東，九峰山下，象山港畔的莼湖鎮(zhèn)街東村，是浙江省首批農(nóng)村示范初中。學(xué)校前身為莼湖區(qū)校初中部，于1991年遷至現(xiàn)校址，學(xué)校三面依山一面傍水，占地面積33996m2，人均20.1m2，建筑面積17230m2，人均10.2m2。莼湖初中目前校舍的基本情況如表1所示。本次改造主要針對(duì)校內(nèi)建造年代較為久遠(yuǎn)，設(shè)施較為陳舊的老教學(xué)樓、綜合實(shí)驗(yàn)樓及教師宿舍。表1 莼湖初中

4、基本情況 單體名稱建筑面積（m2）樓層數(shù)結(jié)構(gòu)形式建造年代教學(xué)樓22004層磚混結(jié)構(gòu)1989實(shí)驗(yàn)樓22004層磚混結(jié)構(gòu)1995教師宿舍11564層磚混結(jié)構(gòu)1996教學(xué)樓24004層框架結(jié)構(gòu)2002食堂22002層框架結(jié)構(gòu)2003學(xué)生公寓（男）23395層磚混結(jié)構(gòu)2005學(xué)生公寓（女）23395層磚混結(jié)構(gòu)2005辦公樓19964層框架結(jié)構(gòu)20081 學(xué)校現(xiàn)狀調(diào)研及分析“綠色學(xué)?！备脑焓巧婕暗浇ㄖo(hù)結(jié)構(gòu)、給排水系統(tǒng)、校園公用設(shè)施、可再生能源利用等多方面的系統(tǒng)工程。由于該學(xué)校需要改造的3棟樓建造年代久遠(yuǎn)，當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)未考慮節(jié)能降耗，導(dǎo)致外墻、屋面隔熱保溫性能非常差。需要改造的教師宿舍改造前沒有獨(dú)立的衛(wèi)

5、生設(shè)備，只有公共冷水洗浴設(shè)施。此外，改造前學(xué)校整體上存在綠化率不達(dá)標(biāo)、無節(jié)水措施、校園環(huán)境不佳等諸多問題。通過改造，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能50%，節(jié)水30%、垃圾資源化及綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一星級(jí)目標(biāo)。改造前存在問題如表2所示。表2 莼湖初中改造項(xiàng)目調(diào)研情況分析匯總表序號(hào)問題分類具體問題1圍護(hù)結(jié)構(gòu)外墻、屋頂無保溫措施2不節(jié)能外窗3節(jié)能與可再生能源利用不節(jié)能照明4無可再生能源利用5綠化綠化率未達(dá)標(biāo)，且形式單一6給排水未設(shè)置透水地面7無雨水收集系統(tǒng)8給排水管道陳舊老化9水龍頭漏水嚴(yán)重10校園環(huán)境未合理設(shè)置分類垃圾回收設(shè)施11室內(nèi)電線布置混亂12休閑健身設(shè)施不完善13內(nèi)墻粉刷層脫落、發(fā)霉2 “綠色學(xué)校”改造方案2

6、.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造寧波位于夏熱冬冷地區(qū)，莼湖鎮(zhèn)屬典型亞熱帶氣候，多年平均氣溫16.5，歷史上最高氣溫38，最低氣溫零下10。圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造要兼顧冬季保溫和夏季隔熱。2.1.1外墻保溫隔熱改造莼湖初中需要改造的三棟樓外墻飾面有三種類型：外貼馬賽克/面磚（主要為南向墻、東西向墻）、珍珠巖（北向墻）和石灰（走廊外墻）。原外墻構(gòu)造為粘土實(shí)心磚240mm+黃沙水泥10mm+水泥石灰8mm+面磚（或馬賽克），均無保溫層。外墻保溫對(duì)節(jié)能效果的影響較為明顯，但外墻外貼保溫板難度較大，尤其像學(xué)校建筑南北向窗墻面積比較大，外貼保溫板會(huì)產(chǎn)生熱橋問題，不僅會(huì)增加造價(jià)，還會(huì)對(duì)節(jié)能產(chǎn)生一定負(fù)面影響。由于面磚表面比較光滑，在

7、面磚外粉刷無機(jī)保溫砂漿在粘結(jié)性方面不滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，需將原有面磚層敲掉，再粉刷無機(jī)保溫砂漿，外層飾面層粉刷隔熱保溫涂料，起到雙重保溫隔熱效果。經(jīng)計(jì)算分析，確定外墻保溫砂漿層厚度為30mm，反射涂料層厚度為5mm。同時(shí)，為提高涂料反射率，采用淺色隔熱反射涂料，色調(diào)與新建行政樓一致。2.1.2 屋面保溫隔熱改造需要改造的三棟樓原屋面采用SBS隔熱、防水層，由于年代較為久遠(yuǎn)，屋頂材料老化，其保溫隔熱和防水效果較差，經(jīng)計(jì)算屋頂傳熱系數(shù)為3.85W/(mK)，超過當(dāng)?shù)噩F(xiàn)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)限值。此次改造采用倒置式屋面。與傳統(tǒng)施工法相比該工法能使防水層無熱脹冷縮現(xiàn)象，延長了防水層的使用壽命，而且保溫層對(duì)

8、防水層提供一層物理性保護(hù)，防止其受到外力破壞。保溫層選用擠塑聚苯乙烯泡沫板（XPS），主要考慮XPS板材具有很好的保溫隔熱性能，強(qiáng)度高，耐候性好，具有良好的抗?jié)裥?。?jīng)計(jì)算，屋面需加設(shè)30mm厚 XPS板材。由于原有屋面SBS防水卷材老化、開裂，導(dǎo)致最外層水泥砂漿收光層破壞嚴(yán)重，因此需要將原有水泥砂漿層和SBS防水層刮掉，將屋面清洗處理干凈，風(fēng)干后，再施工防水層、保溫材料，并粉刷隔熱保溫涂料。2.1.3外窗改造外窗是圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫的薄弱環(huán)節(jié)。墻體采用保溫材料熱阻增大后，窗的熱損失占建筑總能耗的比例更大，是影響建筑熱環(huán)境和造成能耗過高的主要原因之一。改造前的教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓及教師宿舍樓均采用上世紀(jì)八十

9、年代大量使用的鋼框架窗。玻璃均為3mm厚單層普通玻璃，整窗傳熱系數(shù)達(dá)6.4 W/(m2K)。部分外窗玻璃破損嚴(yán)重。塑鋼窗具有隔聲性能好、價(jià)格便宜的優(yōu)勢(shì)，將所有外窗統(tǒng)一更換為塑鋼中空玻璃窗（5+9A+5型），框傳熱系數(shù)為2.7W/(m2K)，整窗傳熱系數(shù)為3.0W/(m2K)，遮陽系數(shù)為0.85。三棟改造主體南向均采用外走廊形式，西向無外窗，不再加裝外遮陽裝置。2.2 綠色照明改造照明質(zhì)量的高低直接影響學(xué)生的視力和學(xué)習(xí)效率。莼湖初中教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、教師宿舍樓改造前采用的燈具分為3種：教室、實(shí)驗(yàn)室和宿舍內(nèi)均設(shè)置光效低、壽命短的40W普通T12日光燈；走廊設(shè)置40W吸頂燈；樓梯間設(shè)置15W白熾燈泡。

10、不滿足建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 50034-2004）中對(duì)教室照明節(jié)能功率密度的目標(biāo)值要求。此外，燈具使用時(shí)間較長，照度明顯降低，對(duì)學(xué)生視力產(chǎn)生不利影響。根據(jù)老教學(xué)樓教室目前燈具種類及布置情況對(duì)教室的照度情況進(jìn)行分析，結(jié)果表明教室照明主要存在以下問題：教室照度不足，如圖1所示，模擬結(jié)果為150Lx以下，遠(yuǎn)低于GB 300Lx的要求；黑板照度更低，遠(yuǎn)低于GB 500Lx的要求。使用電感鎮(zhèn)流器和鹵粉燈管，電感鎮(zhèn)流器能耗高達(dá)8w；光源效率低，僅為 59 lm/w。燈具老化較為嚴(yán)重，反射效率低。根據(jù)上述結(jié)論，制定如下改造方案。（a）改造前 （b）改造后圖1 莼湖初中改造前后教室照度模擬結(jié)果（1）將日光燈

11、、吸頂燈全部更換為光效高、壽命長和顯色性好的雙管學(xué)校專用格柵燈和黑板專用燈具，燈具光通量為104lm/w，改造前后教室內(nèi)的照度模擬結(jié)果如圖1所示。（2）為了防止眩光，使學(xué)生能夠清晰地閱讀黑板，同時(shí)應(yīng)該讓老師能夠看清學(xué)生的面部表情，24遮光角是理想的角度，如圖2所示。 （a）燈具斷面圖 （b）燈具側(cè)面圖圖2 防眩光燈具遮光角設(shè)計(jì)（3）由于黑板是垂直的，若單靠頂棚照明，黑板面的垂直照度是不夠的，因此必須設(shè)置專用燈具。教室黑板上的垂直照度不低于水平照度的1.5倍，此外對(duì)黑板照明的要求有：學(xué)生不應(yīng)受到黑板的反射眩光，并能很容易地看清黑板上的字跡；教師講課及在黑板上書寫時(shí)不感到眩光；黑板上的垂直照度要上

12、下左右均勻布置。在黑板面的照度越均勻越能夠看清。照亮最容易變暗的黑板最下端是使照度盡可能均勻（改善均勻度）的一個(gè)方法。經(jīng)計(jì)算，55的下射角是均勻度最好的角度。遮光角在45以上，確保學(xué)生直接看不到光源。（4）教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓及教師宿舍走廊部位白熾燈泡更換為LED照明燈，并配合使用時(shí)間控制器。2.3 太陽能熱水系統(tǒng)寧波地處東南沿海和亞熱帶，太陽能資源處于豐富區(qū)到貧乏區(qū)的過渡帶，可利用太陽能資源豐富。氣象資料顯示，寧波近十年年均日照時(shí)數(shù)約1900小時(shí)，年均太陽輻射約為4585MJ/m2。為有效利用太陽能資源，在教師公寓樓安裝太陽能熱水系統(tǒng)，以改善教師生活水平，建成低能耗、低運(yùn)行成本的節(jié)能公寓樓?；谌?/p>

13、玻璃真空管式太陽能集熱器具有成本低，太陽能吸收比高和紅外發(fā)射比低的特點(diǎn)。真空集熱管的真空夾層具有良好的保溫性能，圓柱形的吸熱層對(duì)太陽具有自然跟蹤性，只要有太陽輻射真空集熱管就可以工作，一年四季可正常供應(yīng)熱水。因此，選擇直插承壓式全玻璃真空管型集熱器。本項(xiàng)目中太陽能集熱器采光面安裝方向與建筑朝向相同，為南向偏西約15。為了接受的太陽輻射量最大（即集熱效果最佳），設(shè)計(jì)太陽能集熱器與水平屋面間的安裝傾角為30，前后排集熱器之間的間距最小為0.45L（L為集熱器南北向長度，有效避免集熱器間的自身遮擋）。根據(jù)居住建筑太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及驗(yàn)收規(guī)范（DB33/1034-2007），每100L熱水量的系

14、統(tǒng)集熱器總面積推薦值為1.8m2，本項(xiàng)目根據(jù)系統(tǒng)類型的不同，戶均集熱器面積取為1.51.8m2左右。歷年來，寧波當(dāng)?shù)刈畹蜏囟?6左右，而真空管在-10氣溫下可抗凍，無結(jié)凍問題。為保證宿舍24小時(shí)生活熱水供應(yīng)，采用電加熱為輔助加熱措施。在由于陰天下雨等天氣致使太陽能不足以提供55的生活熱水時(shí)使用。2.4 節(jié)水改造2.4.1更換給排水管道及水龍頭需要改建的3棟樓給排水管道采用普通排水鑄鐵管，這種材質(zhì)易銹蝕、自重大、運(yùn)輸施工不便，已基本淘汰。給排水管道有的已經(jīng)生銹，有的漏水嚴(yán)重，造成墻面開裂等問題。統(tǒng)一改用UPVC(150mm)管材，UPVC是一種以聚氯乙烯（PVC）樹脂為原料，不含增塑劑的塑料管材

15、。當(dāng)用同樣管徑的管輸送同樣液體時(shí)，UPVC管比鍍鋅管、鑄鐵管的阻力小30%左右；當(dāng)水頭損失相同時(shí)，UPVC管的輸水能力比鑄鐵管大20%以上。由于UPVC管內(nèi)壁光滑，液體在內(nèi)流動(dòng)不會(huì)結(jié)垢，因而其輸送能力不會(huì)隨運(yùn)行時(shí)間的增強(qiáng)而下降。UPVC管還具有重量輕、運(yùn)輸、施工方便的優(yōu)點(diǎn)。另外，校內(nèi)水龍頭存在嚴(yán)重漏水現(xiàn)象，有的根本關(guān)不上，一直保持漏水狀態(tài)，有的池子積水現(xiàn)象明顯，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，全部更換為陶瓷閥芯水龍頭或感應(yīng)龍頭，節(jié)約用水5%以上。2.4.2設(shè)置雨水收集系統(tǒng)莼湖初中現(xiàn)有屋面及路面雨水均通過排水溝統(tǒng)一排放于市政下水道管網(wǎng)中。寧波年平均降雨量約為1400mm，月降雨量最多為190mm（特殊暴雨季

16、節(jié)除外）。莼湖初中可收集雨水的屋面及路面面積之和約為3572m2，其中可收集屋面雨水面積為2640m2。結(jié)合已有的道路排水溝和各棟樓四周的排水溝設(shè)置雨水收集路線，經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，集雨管總長度約360m，雨水收集溝總長度約875m。將蓄水池設(shè)于學(xué)校北面靠圍墻處的空地上，便于施工和管理，蓄水池面積60m2。收集的雨水經(jīng)處理后用于學(xué)校綠化灌溉及路面沖洗。2.4.3 透水地面改造前校園內(nèi)主要有四種地面：道路路面為硬質(zhì)水泥路面；兩棟教學(xué)樓前地面為鋪裝不久的水泥磚地面；綠化地面；新建綜合樓前以及操場(chǎng)上的裸露地面。透水地面有利于地表水的回灌，減輕了下水道管網(wǎng)的壓力，對(duì)于提高環(huán)境質(zhì)量、減少燥熱、預(yù)留水資源有重要的

17、作用。將道路兩側(cè)人行道處的水泥路面改造為透水地面，鋪設(shè)透水方磚，可與路面雨水收集排水溝的施工相結(jié)合。在新建綜合樓南向的空地處適當(dāng)設(shè)置植草透水磚。新增透水地面的面積約1210m2。2.5 校園環(huán)境改造2.5.1 地面綠化和垂直綠化經(jīng)統(tǒng)計(jì)，莼湖初中現(xiàn)有綠化面積4736m2，整個(gè)學(xué)校占地面積33996m2，綠化率僅為14%，且綠化形式單一，因此在校園內(nèi)合理增設(shè)綠化，增設(shè)綠化面積約為910 m2。圖3 外走廊垂直綠化構(gòu)造圖走廊是三棟改造主體的重要部分，走廊外沿的裝飾方式直接關(guān)系著建筑的外觀。將走廊外沿綠化后，既能起到一定的遮陽效果，又能改善建筑外觀，美化校區(qū)環(huán)境。三棟改造主體外走廊外立面為馬賽克或面磚

18、，未設(shè)置任何裝飾性構(gòu)件，顯得較為單調(diào)。在原有走廊外沿側(cè)做種植槽，種植多種適合莼湖當(dāng)?shù)氐哪秃涤^賞性植物，如圖3所示，達(dá)到讓人耳目一新的效果?？紤]人員不常在實(shí)驗(yàn)樓，不便于日常維護(hù)，故在該樓選擇種植迎春花。此種植物喜光，較耐寒，喜濕潤，耐干旱，對(duì)土壤要求不嚴(yán)。教學(xué)樓和教師宿舍常有人在，利于進(jìn)行日常維護(hù)，選擇其它觀賞性較好的植物如：梔子花、月季等。2.5.2 垃圾分類回收現(xiàn)代的分解回收技術(shù)使得一部分生活垃圾可以回收。為了節(jié)約資源，必須大力提倡垃圾分類回收。經(jīng)走訪了解，整個(gè)校園內(nèi)僅設(shè)置了8個(gè)垃圾桶，其中分類回收垃圾桶3個(gè)，簡單的塑料垃圾桶4個(gè)，不銹鋼垃圾桶1個(gè)。大部分學(xué)生沒有垃圾分類的意識(shí)?，F(xiàn)有垃圾桶不

19、僅數(shù)量有限，擺放位置也散亂，實(shí)驗(yàn)樓北側(cè)沒有設(shè)置垃圾桶。在校園內(nèi)統(tǒng)一設(shè)置分類回收垃圾桶，替換簡易塑料垃圾桶和不銹鋼垃圾桶，并增設(shè)分類回收垃圾桶。此外，在主要分類回收垃圾桶旁邊設(shè)置告示牌，告知學(xué)生如何對(duì)垃圾進(jìn)行有機(jī)和無機(jī)的分類。2.6 行為節(jié)能行為節(jié)能是通過使用者的主動(dòng)性行為，來挖掘生活中可能的節(jié)能空間和潛力，達(dá)到主動(dòng)節(jié)能的效果。校園是社會(huì)的重要組成部分，是教學(xué)育人、為國家提供科技支撐力量的重要搖籃和基地，建設(shè)“綠色學(xué)?！笨梢越档娃k學(xué)成本，保護(hù)和優(yōu)化生態(tài)環(huán)境，形成校園的可持續(xù)發(fā)展。這需要師生共同參與，從點(diǎn)滴做起，真正實(shí)現(xiàn)行為節(jié)能。3 改造成本和收益3.1 改造成本莼湖初中綠色生態(tài)技術(shù)體系的改造成本

20、如表3所示。圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造成本占總投資的48%左右，其中外窗改造占總投資的18%。表3 莼湖初中改造經(jīng)濟(jì)性分析匯總表具體問題單位建筑面積成本/元數(shù)量總投資/元外墻粉刷隔熱反射涂料20元/m22, 305m246, 100外墻粉刷無機(jī)保溫砂漿70元/m22, 305m2161, 350屋面保溫230元/m21, 325m2304, 750外窗改造280元/m21, 111m2311, 080學(xué)校專用燈+黑板專用燈+高效熒光燈（宿舍用）510/415/240元/盞160/40/56盞111, 640太陽能熱水系統(tǒng)1, 800元/m257.5m2103, 500更換給排水管道50元/m357m17,

21、850更換節(jié)水龍頭150元/個(gè)80個(gè)12, 000增設(shè)垂直綠化330元/ m180m59, 400增設(shè)透水地面60元/ m21, 210 m272, 600增設(shè)雨水收集利用系統(tǒng)500, 000元/套1套500, 000垃圾分類回收700元/個(gè)6個(gè)4, 200增設(shè)休閑健身設(shè)備1, 500元/臺(tái)10臺(tái)15, 000行為節(jié)能50元/ m240 m22, 000總計(jì)1, 721, 470元單位建筑面積初投資約100元/m23.2 改造收益對(duì)三棟改造主體進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)單項(xiàng)改造技術(shù)及總體改造方案能耗模擬，結(jié)果如表4所示，改造后三棟建筑全部滿足浙江省公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)公共建筑節(jié)能50%的要求。表4 三棟改造主體節(jié)能率分析結(jié)果改造建筑單項(xiàng)節(jié)能率總體節(jié)能率隔熱反射涂料無機(jī)保溫砂漿塑鋼中空玻璃窗屋面XPS保溫教學(xué)樓3.04%8.65%15.05%8.92%52.40%實(shí)驗(yàn)樓3.23%8.92%15.15%9.03%52.76%教師宿舍3.35%9.04%14.92%9.14%52.85%室內(nèi)熱舒適性是評(píng)價(jià)教室環(huán)境的重要指標(biāo)，直接影響學(xué)生的聽課情緒和身心健康。最冷月（2月）和最熱月（7、8月）為寒暑假，使用過程中室內(nèi)熱舒適性最差的為1月和