作品名称： 绿建焕能——基于多能协调的教学建筑低碳重塑
参赛院校：湖南工程学院 建筑工程学院
指导老师：苏欢 李文菁 曹伟平
参赛学员：罗泳秋 王恺宇 王磊 陈婧怡 杨闵岚
工程概况：本作品为湘潭市高校教学楼建筑的绿色低碳更新改造项目。建筑总面积为13524平方米，基地面积为2954.44平方米，建筑高度为22.4米，建筑层数为6层。高校教学楼总平面图如图所示，高校教学楼前侧为入口广场和停车场，西侧有河水经过，东北侧有湖泊，北侧有道路连接公路。其主要功能共同推动湘潭市的文化建设和发展，全年对外开放，目前处于正常运营阶段。
本项目聚焦校园建筑低碳改造与能源系统优化，核心目标为优化教学建筑能耗，提升可再生能源利用率；核心思路围绕“湖水冷却+光伏储能+结构优化+智能管理”四大维度展开，依托校园现有湖水、建筑空间等资源，打造低碳、高效、智能的校园能源体系。因地制宜利用清洁能源的原则，分别从以下十个方面进行改造，即：（1）景观与环境整合；（2）建筑围护结构优化；（3）空调系统改造；（4）热水供应系统改造；（5）清洁能源利用；（6）储能配置优化；（7）建筑智能化监测管理系统；（8）绿色材料与装修；（9）建筑声环境优化。光伏组件总装机系统效率为88.7%，首年发电量为87.2 MWh。运营期内预计总发电量2006.2 MWh，运营期内预计减排二氧化碳约1085.4 吨。该项目具有良好的经济效益和环境效益。优化后建筑运行阶段全生命周期碳排放为17979.019t，累计减碳5090,918t。减碳率达35.57%，成功推动校园建筑从“高能耗”到“低碳化”的转型突破。建筑面积全年用能降低了27,93(kWh/m2)，能耗下降比例达46.89%。
1.设计团队参考《建筑设计能源性能模拟指南》等指导书籍，从建筑外部风环境、内部声环境热环境等方面进行改善。包括增加绿色植被覆盖，利用湖水作冷源、降低建筑冷热负荷、改善局部微气候。
2.合理利用可再生能源，在教学楼屋顶布置了一系列的光伏板，充分利用屋顶面积。太阳能光伏发电系统中，通过安装太阳能光伏板，将太阳能转化为电能，用于照明、办公等用电设备，减少对电力的需求。光伏铺设覆盖建筑屋顶，打造光伏矩阵，预计年发电量满足建筑30%以上用电需求。
3.创新性的使用了毛细嵌管式活动遮阳板，围护结构传热系数相较改造前有了显著的提升。毛细管嵌在遮阳板，深度模仿人体毛细血管布局，以水为媒介进行冷热交换。通过使用毛细嵌管，利用湖水可以在冬夏自适应的吸收太阳辐射或释放热量，从而实现室内温度的自动调节，有助于减少窗户的夏季辐射得热，降低室内温度；提高冬季室内得热量，提高了建筑的节能效果。一体化遮阳冷却构件：向阳面外遮阳百叶集成毛细管水路，可调节角度适配日照变化，同时表面加装光伏组件，通过滑轨+柔性水管实现伸缩密封，同时结合湖水、遮阳百叶、空调外机完成散热协同，形成“遮阳-发电-冷却”三位一体功能，同时尝试安装智能百叶和电致变色玻璃来控制室内光线强度。兼顾被动式节能与主动式发电，提升空间利用效率。
4.空调冷热源系统改为水源热泵空调系统。湖水冷源利用：采用分散式小型水机组，在一楼台阶区域设置板式换热器，直接取用校园湖水作为冷却水源，相比传统空调系统节能40%以上。
5.换热流程优化：明确“湖水→板式换热器→遮阳毛细管→空调外机”的梯级换热顺序，最大化提升换热效率，降低系统运行能耗。
6.储能配置：由于高校建筑每年有100-120天的寒暑假，假期中光伏发电需要配置大容量的存能设备，本项目采用跨季节蓄冷热系统，冬季蓄冷，夏季蓄热，匹配可再生能源间歇性与不稳定性，将富裕能量跨季储存再利用，大幅提升可再生能源消纳率，降低化石能源消耗；相对于采用蓄电设备（如磷酸铁锂电池、铅酸电池等）跨季节蓄冷热环保无污染，无额外环境负担且具备良好的经济效应。
7.供配电优化：探索“光储直柔”技术路径，构建直流配电+柔性控制系统，提升能源利用效率与供电稳定性 。
8.最后项目采用了建筑智能化监测管理综合性系统，旨在通过现代信息技术打造智慧运维平台，高效融合多元数据，提升高校教学楼的运维管理效率，加快管理人员的响应时间和缩短处理时间，从而减少管理成本，提高服务质量，同时增强该项目建筑内部的能源再调控，减少建筑的碳排放。该智慧运维平台有近10个独立系统构成:智能大数据管理系统、智能空调系统、智能百叶窗自适应系统等，集成能耗监测、负荷预测、设备运维、漏损监控等功能，实现用能实时调控与优化决策。
本项目从建造、运维到拆除整个全生命周期出发，提出了绿色优化方案。通过整合湖水冷源、光伏储能、深井蓄能与智能管理等核心技术，实现了校园建筑从“高能耗”到“低碳化”的转型突破，既解决了传统校园用能痛点，又构建了技术创新、经济可行、安全可靠的绿色改造模式。项目建成后，不仅能显著提升校园能源利用效率与环境品质，更能为同类公共建筑绿色转型提供可复制的技术方案与实践经验，助力绿色建筑产业发展与“双碳”目标落地。