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净零能耗校园能够改善儿童教育?
我们能否负担得起对孩子的教育?在美国,通常来讲,我们都认识到儿童教育问题很重要。但共识也就仅此而已。美国教育系统是否存在问题,如果是,如何将其修复,这是一个越来越引人关注的政治化辩论。目前,美国对于如何改善教育问题的讨论主要集中于招募更优秀的教师、提供更先进的科技以及注入更多的资金(还涉及到资金的来源问题)上。但我们发现:全美K-12年级学校每年在能源上的支出超过了80亿美元,这甚至超过了他们在计算机和课本上的花费总和。这是一个十分容易忽视的问题:通过提高学生、教师及其他员工每天工作学习需要使用的建筑能效,能够以较少成本有效地改善学校质量并提高学生学习水平。
事实上,美国大部分校园设施连使用者最基本需求都无法满足,更不用说满足在21世纪经济条件下不断提高的教育需求。落基山研究所(Rocky Mountain Institute, RMI)和新建筑研究所(NBI)相信,无论新建建筑还是对已建建筑深度节能改造,学校都是净零能耗设计和运营的主要目标市场。早期的范例和分析数据表明,净零能耗校园能够为区域、使用者和环境带来更多益处。即使缺乏债券基金的金融支持,当今仍然有很多融资方式能够帮助实现净零能耗的目标,如合同能源管理、购电协议、其它公共机构能效筹资机制等。
为什么要投资净零学校?以下这些优势意义已经远远超过能源成本节约本身。
有益于健康
改善室内空气质量有助于提高学生、教师及其他员工的健康,减少缺勤情况发生。美国疾病控制与防治中心数据表明,因哮喘或其它与室内空气质量相关的呼吸系统问题,美国学生每年请病假天数总计1400万天。对于小学年龄儿童而言,仅仅是改善室内空气质量就能够避免65%以上哮喘发病率。自然通风、改进隔热性和气密性等被动式设计策略,以及引入生物元素,如采用能够吸收挥发性有机物和其它空气污染物的室内植物等方法,就可以改善室内空气质量,减少对昂贵且耗能的暖通空调设备需求。
提高效率
许多对于实现净零能耗至关重要的设计方案都能够提高学习效率。日光不但能够减少对耗能光照需求,还有助于改善学生情绪并提高其反应能力,为学生提供与大自然在视觉上直接接触。通过运用创新和一体化设计方式提供热舒适(如落基山研究所的创新中心),在不同气候条件下,学校能够在大大降低能耗的同时改善建筑使用者个体舒适感。美国绿色建筑委员会绿色校园中心曾出版过内容丰富的研究报告,论述了学校建筑与学生健康及学习之间的联系。
创新教育机会
净零建筑是未来发展趋势。它们具有更高级的设计方式、科技应用、计量与监控方法等普通建筑无法比拟的优势。教师能够利用这些工具来进行实践性教育,让学生学习被动式设计、现场能源制造与存储、尖端科技、社区整合以及自然环境等知识。它们提供的学习实验室比任何书本式教育都更加高效。
节约成本
运营成本占学校预算很大一部分,每名学生每年能源成本平均约为300美元。对于资金紧张的地区而言,改善能效性能是节约运营和维护成本最好方法,节省出来的资金能够用于教师、课本以及能够使学生受益等其它方面。根据新建筑研究所的研究,学校建筑的使用和运营时间较长,这使得净零能耗成本能够通过较低的年均能源支出得到补偿。此外,大多数学校建筑均楼层较低,并拥有大面积无遮挡屋顶和停车区域,这些都是安装太阳能光伏板有利条件。学校能够充分利用创新的太阳能融资手段,根据当地电力公司提供的补助机制,通过向电网销售清洁电力创收。
成功案例
从西部加利福尼亚到东部弗吉尼亚,美国各地的顶尖校区纷纷开始通过积极改善能效表现和吸纳可再生能源的方式打造21世纪新型校园。
科罗拉多州博尔德山谷校区(BVSD)开展了一项颇具雄心的计划,他们试图在区域内拥有超过50幢净零能耗的校园建筑,并在2050年将温室气体排放降低80%。在博尔德山谷校区480万平方英尺的建筑中,超过70%的建筑历史超过30年,因此该计划在新建建筑的同时也包括了对已建建筑的深度改造与重新调试。项目的初步模型展示了在三幢建筑中,设计团队能够实现平均节能67%并将能耗强度(EUI)控制在30以下,每年为校区节约资金5.8万美元。
位于肯塔基州埃奇伍德的肯顿县校区,从2007年开始,能源管理计划已经节约资金超过了200万美元,在此基础上,该校区希望再接再厉,继续寻求新的能效提高机会并在Turkey Foot中学等新建项目中追求净零能耗目标。密闭的建筑外墙、充足的日光照明、高性能暖通空调系统、以及两套太阳能光伏发电系统(385 kW屋顶太阳能和58 kW太阳能光伏棚)将建筑的净能耗强度控制在了11 kBtu/平方英尺/年,并将建筑能耗成本降低了59.4%。
位于德克萨斯州欧文市的博德约翰逊女士中学建筑面积为15.2万平方英尺。当这所学校于2011年开始运营时,它被认为是美国最大超净零能耗学校。在德克萨斯州炎热气候条件下,该学校建筑通过独特的方式为使用者提供舒适与日光照明,并将生活实验室这个概念上升到了新高度。该学校通过重点展示可再生能源和节水技术的四部交互式数字展示装置提供以项目为基础的能源及水系统教学活动。
放大效应
随着越来越多的学校开始追求净零能耗发展策略,在此过程中积累的经验将推动整个产业继续进步。许多学校都运用了容易复制的类似简单设计,这些设计能够促进能效技术获得更广泛应用。
新建筑研究所的Stacey Hobart表示:“校园市场非常集中,一批设计团队相对稳定地完成了大部分改造项目。各个校区之间积极的进行信息互通,而投资方案的形式和融资策略也得到了良好的规范。”
全美国有超过10万所公立学校,其中K-12学校作为极具代表性模范,能够协助将创新技术推广到邻近城市与县区。更重要的是,美国全国每天有1/6的人口会接触校园,其中大部分是儿童。净零校园在为纳税人节约成本的同时,教育、激励着数百万计的学生,告诉他们:环境是最值得我们投资的对象。