奉化市莼湖初中绿色学校改造.doc
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1、奉化市莼湖初中“绿色学校”建设田慧峰1, 2,孙大明1,徐瑛1,周海珠1,李致磊3(1. 中国建筑科学研究院上海分院,上海;2. 上海理工大学能源与动力工程学院,上海;3. 宁波华聪建筑节能科技有限公司,宁波)摘 要:“绿色学校”是在我国节能减排、保护环境、提倡素质教育的大背景下产生的新概念。在世界银行的资金资助下,奉化市莼湖镇初中把基本的建筑节能理念与乡镇的发展规划相结合,推广适合当地条件的建筑生态技术,最大限度地降低建筑资源消耗,从而达到节约能源、保护环境以及提高室内舒适度的目的。为确保教学不受改造工程的影响,实施分期改造,首期改造三栋80年代建造的老教学楼、实验楼和教师宿舍。经调研分析并
2、充分考虑实施可行性,采用了外墙无机保温砂浆、热反射隔热涂料、屋顶XPS保温系统、塑钢中空玻璃外窗、绿色照明、走廊垂直绿化、雨水收集、太阳能热水等生态技术。各类生态技术的采用降低了建筑能耗、提高了室内环境质量,并将改造成本控制在合理范围内,为我国“绿色学校”建设及改造提供了重要参考,具有示范意义和推广价值。关键词:绿色学校;绿色建筑;建筑节能;节水;室内环境“绿色学校”(Green School)是指在实现其基本教育功能的基础上,以可持续发展战略为指导,在建设中因地制宜地采用各类节能环保技术,并在工作中纳入有益于环境的管理和教学措施,充分利用校内外有利条件,全面提高师生环境素质的学校。“绿色学校
3、”将各类主动、被动绿色生态技术措施及管理手段进行合理、优化整合,在强调节能效益、环境效益的同时,还融入了人文管理效益。为服务宁波市“能效乡镇”建设需要,在世界银行的资金资助下,奉化市莼湖镇选取莼湖初级中学作为改造试点。奉化市莼湖镇初中位于奉化以东,九峰山下,象山港畔的莼湖镇街东村,是浙江省首批农村示范初中。学校前身为莼湖区校初中部,于1991年迁至现校址,学校三面依山一面傍水,占地面积33996m2,人均20.1m2,建筑面积17230m2,人均10.2m2。莼湖初中目前校舍的基本情况如表1所示。本次改造主要针对校内建造年代较为久远,设施较为陈旧的老教学楼、综合实验楼及教师宿舍。表1 莼湖初中
4、基本情况 单体名称建筑面积(m2)楼层数结构形式建造年代教学楼22004层砖混结构1989实验楼22004层砖混结构1995教师宿舍11564层砖混结构1996教学楼24004层框架结构2002食堂22002层框架结构2003学生公寓(男)23395层砖混结构2005学生公寓(女)23395层砖混结构2005办公楼19964层框架结构20081 学校现状调研及分析“绿色学校”改造是涉及到建筑围护结构、给排水系统、校园公用设施、可再生能源利用等多方面的系统工程。由于该学校需要改造的3栋楼建造年代久远,当初设计时未考虑节能降耗,导致外墙、屋面隔热保温性能非常差。需要改造的教师宿舍改造前没有独立的卫
5、生设备,只有公共冷水洗浴设施。此外,改造前学校整体上存在绿化率不达标、无节水措施、校园环境不佳等诸多问题。通过改造,实现建筑节能50%,节水30%、垃圾资源化及绿色建筑评价标准一星级目标。改造前存在问题如表2所示。表2 莼湖初中改造项目调研情况分析汇总表序号问题分类具体问题1围护结构外墙、屋顶无保温措施2不节能外窗3节能与可再生能源利用不节能照明4无可再生能源利用5绿化绿化率未达标,且形式单一6给排水未设置透水地面7无雨水收集系统8给排水管道陈旧老化9水龙头漏水严重10校园环境未合理设置分类垃圾回收设施11室内电线布置混乱12休闲健身设施不完善13内墙粉刷层脱落、发霉2 “绿色学校”改造方案2
6、.1 围护结构改造宁波位于夏热冬冷地区,莼湖镇属典型亚热带气候,多年平均气温16.5,历史上最高气温38,最低气温零下10。围护结构改造要兼顾冬季保温和夏季隔热。2.1.1外墙保温隔热改造莼湖初中需要改造的三栋楼外墙饰面有三种类型:外贴马赛克/面砖(主要为南向墙、东西向墙)、珍珠岩(北向墙)和石灰(走廊外墙)。原外墙构造为粘土实心砖240mm+黄沙水泥10mm+水泥石灰8mm+面砖(或马赛克),均无保温层。外墙保温对节能效果的影响较为明显,但外墙外贴保温板难度较大,尤其像学校建筑南北向窗墙面积比较大,外贴保温板会产生热桥问题,不仅会增加造价,还会对节能产生一定负面影响。由于面砖表面比较光滑,在
7、面砖外粉刷无机保温砂浆在粘结性方面不满足相关标准要求。因此,需将原有面砖层敲掉,再粉刷无机保温砂浆,外层饰面层粉刷隔热保温涂料,起到双重保温隔热效果。经计算分析,确定外墙保温砂浆层厚度为30mm,反射涂料层厚度为5mm。同时,为提高涂料反射率,采用浅色隔热反射涂料,色调与新建行政楼一致。2.1.2 屋面保温隔热改造需要改造的三栋楼原屋面采用SBS隔热、防水层,由于年代较为久远,屋顶材料老化,其保温隔热和防水效果较差,经计算屋顶传热系数为3.85W/(mK),超过当地现行节能设计标准限值。此次改造采用倒置式屋面。与传统施工法相比该工法能使防水层无热胀冷缩现象,延长了防水层的使用寿命,而且保温层对
8、防水层提供一层物理性保护,防止其受到外力破坏。保温层选用挤塑聚苯乙烯泡沫板(XPS),主要考虑XPS板材具有很好的保温隔热性能,强度高,耐候性好,具有良好的抗湿性。经计算,屋面需加设30mm厚 XPS板材。由于原有屋面SBS防水卷材老化、开裂,导致最外层水泥砂浆收光层破坏严重,因此需要将原有水泥砂浆层和SBS防水层刮掉,将屋面清洗处理干净,风干后,再施工防水层、保温材料,并粉刷隔热保温涂料。2.1.3外窗改造外窗是围护结构保温的薄弱环节。墙体采用保温材料热阻增大后,窗的热损失占建筑总能耗的比例更大,是影响建筑热环境和造成能耗过高的主要原因之一。改造前的教学楼、实验楼及教师宿舍楼均采用上世纪八十
9、年代大量使用的钢框架窗。玻璃均为3mm厚单层普通玻璃,整窗传热系数达6.4 W/(m2K)。部分外窗玻璃破损严重。塑钢窗具有隔声性能好、价格便宜的优势,将所有外窗统一更换为塑钢中空玻璃窗(5+9A+5型),框传热系数为2.7W/(m2K),整窗传热系数为3.0W/(m2K),遮阳系数为0.85。三栋改造主体南向均采用外走廊形式,西向无外窗,不再加装外遮阳装置。2.2 绿色照明改造照明质量的高低直接影响学生的视力和学习效率。莼湖初中教学楼、实验楼、教师宿舍楼改造前采用的灯具分为3种:教室、实验室和宿舍内均设置光效低、寿命短的40W普通T12日光灯;走廊设置40W吸顶灯;楼梯间设置15W白炽灯泡。
10、不满足建筑照明设计标准(GB 50034-2004)中对教室照明节能功率密度的目标值要求。此外,灯具使用时间较长,照度明显降低,对学生视力产生不利影响。根据老教学楼教室目前灯具种类及布置情况对教室的照度情况进行分析,结果表明教室照明主要存在以下问题:教室照度不足,如图1所示,模拟结果为150Lx以下,远低于GB 300Lx的要求;黑板照度更低,远低于GB 500Lx的要求。使用电感镇流器和卤粉灯管,电感镇流器能耗高达8w;光源效率低,仅为 59 lm/w。灯具老化较为严重,反射效率低。根据上述结论,制定如下改造方案。(a)改造前 (b)改造后图1 莼湖初中改造前后教室照度模拟结果(1)将日光灯
11、、吸顶灯全部更换为光效高、寿命长和显色性好的双管学校专用格栅灯和黑板专用灯具,灯具光通量为104lm/w,改造前后教室内的照度模拟结果如图1所示。(2)为了防止眩光,使学生能够清晰地阅读黑板,同时应该让老师能够看清学生的面部表情,24遮光角是理想的角度,如图2所示。 (a)灯具断面图 (b)灯具侧面图图2 防眩光灯具遮光角设计(3)由于黑板是垂直的,若单靠顶棚照明,黑板面的垂直照度是不够的,因此必须设置专用灯具。教室黑板上的垂直照度不低于水平照度的1.5倍,此外对黑板照明的要求有:学生不应受到黑板的反射眩光,并能很容易地看清黑板上的字迹;教师讲课及在黑板上书写时不感到眩光;黑板上的垂直照度要上
12、下左右均匀布置。在黑板面的照度越均匀越能够看清。照亮最容易变暗的黑板最下端是使照度尽可能均匀(改善均匀度)的一个方法。经计算,55的下射角是均匀度最好的角度。遮光角在45以上,确保学生直接看不到光源。(4)教学楼、实验楼及教师宿舍走廊部位白炽灯泡更换为LED照明灯,并配合使用时间控制器。2.3 太阳能热水系统宁波地处东南沿海和亚热带,太阳能资源处于丰富区到贫乏区的过渡带,可利用太阳能资源丰富。气象资料显示,宁波近十年年均日照时数约1900小时,年均太阳辐射约为4585MJ/m2。为有效利用太阳能资源,在教师公寓楼安装太阳能热水系统,以改善教师生活水平,建成低能耗、低运行成本的节能公寓楼。基于全
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