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被动式+主动式+钢结构集成屋,这样的房子不是梦!
作者:   发布日期:2017-12-08

 

 

 


项目简介

 

 

“梦想居”未来屋示范项目( 以下简称“梦想居”,图1) 位于常州市武进区江苏省绿色建筑博览园内,是由东南大学建筑学院采用协同设计模式,在前三代轻型钢结构房屋系统产品的基础上,联合相关团队,设计研发的新一代被动、主动式技术相结合的可移动轻型钢结构房屋系统。

 

项目总建筑面积420m²,由12个3m×6m×3m 的标准空间模块和独立连廊组合成四合院。南面是4个模块的老年居住单元,东西两侧为2个模块的青年居住单元,北面是4个模块的公共活动单元。“梦想居”具有健康、产能、低碳、多用途、有文化特色等8大特点。设计研发目标为:从材料构件加工、构件组装到现场组装空间模块,全面实现工厂化制造、机械化装配的工业化建造方式。预制构件和空间模块在位于南京的工厂生产组装完成,在施工现场进行空间模块间拼装,过程简易快捷。

 

▲ 图1 “梦想居”未来屋示范项目

 

 

 

 


被动式直接节能技术应用

 

 

 


 1 围护体绿色节能技术

 

为保证建筑保温隔热性能,本项目标准空间模块和屋顶都采用内外两层复合围护体(图2),分别安装在 60mm方钢管结构构件两侧,内、外围护体间形成封闭空气腔。内、外围护体均采用外侧覆有铝箔的聚氨酯保温板作为内芯,可防辐射热,加强复合围护体保温隔热性能。

 

▲ 图2 围护体保温结构详图

 

木饰面作为围护体内面层,将性能与室内装修相结合。外围护体用竖向三角形空腔轻钢专用龙骨,将相邻外围护体铝板的边缘用线型卡扣构造,卡固在一起,连接在方管结构体上。这不仅使安装过程简捷,且能有效保证外围护体的防水性和空气密闭性。

 

屋顶面板同样采用内填保温材料加铝箔的铝复合板,这不仅减少房屋系统构件类型,且减轻了屋顶重量。每块屋面铝板相互卡扣咬合,屋面板脊间嵌有密封胶条,并通过对穿螺丝夹紧,有效地防止雨雪渗入。之前的轻型结构房屋系统-“梦想居”未来屋示范项目经江苏省建筑工程质量检测中心有限公司2016年12月检测结果(图3),房屋在冬季室内环境舒适,性能优越。

 

▲ 图3 轻型结构房屋会议室东北侧外墙检测数据

 

 2 阳光廊道热缓冲区设计

 

“梦想居”项目在设计建造中遵循“多适应性”原则,采用被动式节能技术。四合院中连接各单元的3m 宽玻璃回廊在提供全天候活动场地同时,还起到了热缓冲区作用。冬季,在开启回廊顶部和四面的遮阳卷帘后,内部空气经太阳加热后迅速升温,形成蓄热阳光房;夏季,关闭全部遮阳帘,并开启回廊四周窗户,形成自然通风,控制廊内环境温湿度,以此达到建筑主要使用空间与室外空间热缓冲的目的,减小室内热环境的波动性。同时,遮阳帘的开启与关闭亦可形成错落有致的光影效果。

 

 3“家具墙”和过渡空间节能

 

为丰富“梦想居”功能和用途,其组合式“家具墙”采用模块化设计,用有限标准构件拼装出灵活多变家具使用形式。东西两边青年居住单元,组合式“家具墙”将橱柜和桌椅等家具整合其中。“家具墙”分为4个相对独立模块,与桌椅等家具采用了统一的模数。组合式“家具墙”增强了外围护结构的保温性能。北边的公共活动单元东西两端,通过过渡节能空间和“家具墙“的设置,也增强了东、西外围护结构的保温性能。南边老年居住单元的设计,将无障碍整体式厨房和卫浴设置在西端,形成了节能过渡空间。

 

 

 

 


被动式间接节能技术应用

 

 

 

 1 结构体绿色节能技术

 

主结构体和坡屋顶结构体分别由60mm×60mm 的方钢管与独立节点,用螺栓连接成空间立体框架,纵向墙框架和坡屋顶框架上装有十字交叉斜拉索钢构件,具有很强的结构稳定性,抗结构变形,从而满足运输、装配、使用过程中多种工况受力需要。

 

各标准空间模块间螺栓连接固定后,还能获得更大的结构整体强度。为实现快速拆装、环境友好的目标,基础构件组的设计非常重要。本项目研发生产了可调节高度的高强度独立基座基础构件组,通过抗拔构件,将基础牢牢固定在地面上,以抵抗风等水平荷载。由于轻型房屋系统自重较轻 (200~250kg/m²),所以对建造场地只需做基本的处理即可安放基座基础构件组,最大限度降低了对环境的不利影响,是一种环境友好型的结构体绿色建筑技术。

 

 2 可重复拆卸循环使用技术

 

本项目构件间、空间模块间均采用螺栓连接,便于拆卸重建,所以能够减少对环境不利影响。经实验统计,轻型房屋系统可重复周转使用30次以上(图4),能满足短时间内大量性临时房屋空间使用需求(如救灾用房、临时居住区、临时候车厅)。本项目在构件和空间模块层面重复使用,改变构件材料的回收重复加工模式,提高节能减排效率。

 

▲ 图4 建设行为可逆

 

(1)与传统施工方式对比节能降耗测算

 

 

①电节约:(工地节约用电量-工厂消耗电量)/建筑总面积=(1710+138-940)/320=2.83kwh/m²;

②水节约:(工地节约用水量-工厂消耗水量)/建筑总面积=(390-310)/320=0.25t/m²;

③ 废弃物节约: 废弃物节约量/ 建筑总面积=3m3/320=0.0093m3/m²。

 

(2)长寿命碳排放分析

 

100年评价周期内碳排放总量对比分别统计本项目寿命为30、50、100年的碳排放量,在100年评价期内,其碳排放量呈抛物线下降的趋势。原因分析:100年内,寿命30年的住宅共完成3次全生命周期,50年的住宅完成2次全生命周期,其中设备体更换1次;100年的住宅完成1次全生命周期,其中设备体更换3次,而围护体与结构体同寿命。由此证明,长寿命建筑具有低碳性,当然这是建立在工业化建筑装配体系的基础之上,其结构体、围护体、设备体的功能相互独立,为长寿命设计提供了技术支持。

 

 3 协同建造技术

 

本项目的建造过程从一开始就是一种分类、选择与合作的过程,即将各种建筑构件、设备厂家联系协同在一起,进行设计研发和建造。由于本项目是东南大学的第四代轻型房屋系统产品,已建立起系统的构件库,只需针对项目特点从构件库中选择合适的构件进行组合。

 

构件产品选定后,由厂家研发团队根据要求对产品做进一步优化。所有合作企业将各自的构件和设备产品按照构件明细表,在规定时间内将构件送到装配工厂,进行空间模块的组装。通过协同建造模式,在建造设计过程中减少不必要的资源浪费和重复工作量,从房屋建造的源头设计阶段便达到低碳节能。

 

 4 小型生物膜污水处理系统

 

轻型房屋系统还采用了东南大学能源与环境学院团队研发的小型分散式生物生态污水处理系统,以实现节能的污水处理、高效和稳定的出水水质。通过灰水、黑水相分离,生物、生态处理工艺相结合,设计“高效折板厌氧反应器—缺氧调节池—水车跌水充氧接触氧化—景观型人工湿地”的生物生态组合式污水处理工艺,达到去除生活污水中的氮磷营养盐等物质。

 

房屋内污水处理后的水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准,可回用于厕所便器冲洗和绿色灌溉。污水重复利用达到节约水资源的目的,从环境上降低能耗、降低碳排放。

 

 5 智能化家居绿色节能技术

 

本项目室内采用空气净化系统和直饮水系统,并实时监控室内 PM2.5 的数值,智能启动室内空气净化系统,为居住者提供舒适健康的生活环境。室内管线、设备及灯具露明布置,以方便维护维修和快速拆装。长短坡屋顶模块形成的高侧窗,配合电动窗帘,控制北侧自然光线进入,获得充足稳定的采光来减少室内电灯照明时间。

 

另外,本项目还采用了智能控制系统,通过智能终端与 APP 应用的结合,控制遮阳、灯光、门禁、监控和空调使用, 实现节能减排,为用户提供“互联网+”模式下的未来之家。

 

 

 

 


主动式节能技术应用

 

 

 

 建筑产能技术

 

在“梦想居”项目中有一部分被动式节能技术需要电力驱动,因此在本项目中配套了太阳能光电光热系统实现能量平衡,以达到自供给的目的。该系统采用了两种太阳能板安装使用方式:屋顶一体式和独立太阳能架式。屋顶一体式太阳能系统将支撑太阳能板的龙骨直接安装在坡屋顶外表面上;独立太阳能架作为完整的构件组,可以根据项目的需要增减其数量,灵活性大。

 

“梦想居”光电系统采用并网发电系统,实现分布式产能供电。在此项目中,安装了170 块光伏发电板,每年发电3.1 万kW/h,除满足建筑自身用电,还每年为电网系统提供1.7 万kW/h 的电力,是一栋产能的房屋。此外,3m 宽的回廊里还设置有多部自发电健身器材,能将居住者健身运动时产生的动能转换为电能,实现全方位的能量回收。

 

 

 

 


结语

 

 

 

“梦想居”作为一次先进建造技术实践的同时,也是一次对建筑设计和房屋系统建造模式的探索和尝试。东南大学建筑学院正工作室团队通过与多家研发单位、设计单位以及生产制造企业建立的长时间合作,达成全方位的协同模式。

 

通过这一模式发展出成熟的构件库,并以其为核心形成一条可被市场快速接受的轻型可移动房屋系统设计生产建造产业链。在这套协同模式下,建筑的研发、设计、建造、维护,都将得到系统化、信息化的管理。这为研发阶段的新技术提供了可靠的市场需求,也大大提高了新技术的整合和运用所需要的效率。

 

“梦想居”正是基于这样一套新型设计建造模式下的产物,体现了各相关企业间高效的兼容性和协同性。使“梦想居”未来屋轻型可移动房屋系统标准空间模块化生产、超高速组装的建造方式和可拆卸可重复周转使用与高度集成的性能系统这样的优势展现出来,为被动式与主动式节能技术的组合式综合应用探索出新的路径,广泛适用于居住、办公、军用、展览、商业、景观、遗产保护等不同类型建筑和环境。

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