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    【行業資訊】被動式+主動式+鋼結構集成的未來屋

    發布時間:2017-11-28



    項目簡介


    “夢想居”未來屋示範項目( 以下簡稱“夢想居”,圖1) 位於常州市武進區江蘇省綠色建築博覽園內,是由東南大學建築學院采用協同設計模式,在前三代輕型鋼結構房屋係統產品的基礎上,聯合相關團隊,設計研發的新一代被動、主動式技術相結合的可移動輕型鋼結構房屋係統。


    項目總建築麵積420m²,由12個3m×6m×3m 的標準空間模塊和**連廊組合成四合院。南麵是4個模塊的老年居住單元,東西兩側為2個模塊的青年居住單元,北麵是4個模塊的公共活動單元。“夢想居”具有健康、產能、低碳、多用途、有文化特色等8大特點。設計研發目標為:從材料構件加工、構件組裝到現場組裝空間模塊,全麵實現工廠化製造、機械化裝配的工業化建造方式。預製構件和空間模塊在位於南京的工廠生產組裝完成,在施工現場進行空間模塊間拚裝,過程簡易快捷。


    ▲ 圖1 “夢想居”未來屋示範項目




    被動式直接節能技術應用



     1 圍護體綠色節能技術


    為保證建築保溫隔熱性能,本項目標準空間模塊和屋頂都采用內外兩層複合圍護體(圖2),分別安裝在 60mm方鋼管結構構件兩側,內、**護體間形成封閉空氣腔。內、**護體均采用外側覆有鋁箔的聚氨酯保溫板作為內芯,可防輻射熱,加強複合圍護體保溫隔熱性能。點擊免費下載海量工程資料



    ▲ 圖2 圍護體保溫結構詳圖


    木飾麵作為圍護體內麵層,將性能與室內裝修相結合。**護體用豎向三角形空腔輕鋼專用龍骨,將相鄰**護體鋁板的邊緣用線型卡扣構造,卡固在一起,連接在方管結構體上。這不僅使安裝過程簡捷,且能有效保證**護體的防水性和空氣密閉性。


    屋頂麵板同樣采用內填保溫材料加鋁箔的鋁複合板,這不僅減少房屋係統構件類型,且減輕了屋頂重量。每塊屋麵鋁板相互卡扣咬合,屋麵板脊間嵌有密封膠條,並通過對穿螺絲夾緊,有效地防止雨雪滲入。之前的輕型結構房屋係統-“夢想居”未來屋示範項目經江蘇省建築工程質量檢測中心有限公司2016年12月檢測結果(圖3),房屋在冬季室內環境舒適,性能優越。


    ▲ 圖3 輕型結構房屋會議室東北側外牆檢測數據


     2 陽光廊道熱緩衝區設計


    “夢想居”項目在設計建造中遵循“多適應性”原則,采用被動式節能技術。四合院中連接各單元的3m 寬玻璃回廊在提供全天候活動場地同時,還起到了熱緩衝區作用。冬季,在開啟回廊頂部和四麵的遮陽卷簾後,內部空氣經太陽加熱後迅速升溫,形成蓄熱陽光房;夏季,關閉全部遮陽簾,並開啟回廊四周窗戶,形成自然通風,控製廊內環境溫濕度,以此達到建築主要使用空間與室外空間熱緩衝的目的,減小室內熱環境的波動性。同時,遮陽簾的開啟與關閉亦可形成錯落有致的光影效果。


     3“家具牆”和過渡空間節能


    為豐富“夢想居”功能和用途,其組合式“家具牆”采用模塊化設計,用有限標準構件拚裝出靈活多變家具使用形式。東西兩邊青年居住單元,組合式“家具牆”將櫥櫃和桌椅等家具整合其中。“家具牆”分為4個相對**模塊,與桌椅等家具采用了統一的模數。組合式“家具牆”增強了**護結構的保溫性能。北邊的公共活動單元東西兩端,通過過渡節能空間和“家具牆“的設置,也增強了東、西**護結構的保溫性能。南邊老年居住單元的設計,將無障礙整體式廚房和衛浴設置在西端,形成了節能過渡空間。




    被動式間接節能技術應用



     1 結構體綠色節能技術


    主結構體和坡屋頂結構體分別由60mm×60mm 的方鋼管與**節點,用螺栓連接成空間立體框架,縱向牆框架和坡屋頂框架上裝有十字交叉斜拉索鋼構件,具有很強的結構穩定性,抗結構變形,從而滿足運輸、裝配、使用過程中多種工況受力需要。


    各標準空間模塊間螺栓連接固定後,還能獲得更大的結構整體強度。為實現快速拆裝、環境友好的目標,基礎構件組的設計非常重要。本項目研發生產了可調節高度的**度**基座基礎構件組,通過抗拔構件,將基礎牢牢固定在地麵上,以抵抗風等水平荷載。由於輕型房屋係統自重較輕 (200~250kg/m²),所以對建造場地隻需做基本的處理即可安放基座基礎構件組,**限度降低了對環境的不利影響,是一種環境友好型的結構體綠色建築技術。


     2 可重複拆卸循環使用技術


    本項目構件間、空間模塊間均采用螺栓連接,便於拆卸重建,所以能夠減少對環境不利影響。經實驗統計,輕型房屋係統可重複周轉使用30次以上(圖4),能滿足短時間內大量性臨時房屋空間使用需求(如救災用房、臨時居住區、臨時候車廳)。本項目在構件和空間模塊層麵重複使用,改變構件材料的回收重複加工模式,提高節能減排效率。點擊免費下載海量工程資料


    ▲ 圖4 建設行為可逆

    (1)與傳統施工方式對比節能降耗測算



    ①電節約:(工地節約用電量-工廠消耗電量)/建築總麵積=(1710+138-940)/320=2.83kwh/m²;


    ②水節約:(工地節約用水量-工廠消耗水量)/建築總麵積=(390-310)/320=0.25t/m²;


    ③ 廢棄物節約: 廢棄物節約量/ 建築總麵積=3m3/320=0.0093m3/m²。


    (2)長壽命碳排放分析


    100年評價周期內碳排放總量對**別統計本項目壽命為30、50、100年的碳排放量,在100年評價期內,其碳排放量呈拋物線下降的趨勢。原因分析:100年內,壽命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,其中設備體更換1次;100年的住宅完成1次全生命周期,其中設備體更換3次,而圍護體與結構體同壽命。由此證明,長壽命建築具有低碳性,當然這是建立在工業化建築裝配體係的基礎之上,其結構體、圍護體、設備體的功能相互**,為長壽命設計提供了技術支持。


     3 協同建造技術


    本項目的建造過程從一開始就是一種分類、選擇與合作的過程,即將各種建築構件、設備廠家聯係協同在一起,進行設計研發和建造。由於本項目是東南大學的**輕型房屋係統產品,已建立起係統的構件庫,隻需針對項目特點從構件庫中選擇合適的構件進行組合。


    構件產品選定後,由廠家研發團隊根據要求對產品做進一步優化。所有合作企業將各自的構件和設備產品按照構件明細表,在規定時間內將構件送到裝配工廠,進行空間模塊的組裝。通過協同建造模式,在建造設計過程中減少不必要的資源浪費和重複工作量,從房屋建造的源頭設計階段便達到低碳節能。


     4 小型生物膜汙水處理係統


    輕型房屋係統還采用了東南大學能源與環境學院團隊研發的小型分散式生物生態汙水處理係統,以實現節能的汙水處理、**和穩定的出水水質。通過灰水、黑水相分離,生物、生態處理工藝相結合,設計“**折板厭氧反應器—缺氧調節池—水車跌水充氧接觸氧化—景觀型人工濕地”的生物生態組合式汙水處理工藝,達到去除生活汙水中的氮磷營養鹽等物質。


    房屋內汙水處理後的水質達到《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(GB18918-2002)的一級A標準,可回用於廁所便器衝洗和綠色灌溉。汙水重複利用達到節約水資源的目的,從環境上降低能耗、降低碳排放。


     5 智能化家居綠色節能技術


    本項目室內采用空氣淨化係統和直飲水係統,並實時監控室內 PM2.5 的數值,智能啟動室內空氣淨化係統,為居住者提供舒適健康的生活環境。室內管線、設備及燈具露明布置,以方便維護維修和快速拆裝。長短坡屋頂模塊形成的高側窗,配合電動窗簾,控製北側自然光線進入,獲得充足穩定的采光來減少室內電燈照明時間。


    另外,本項目還采用了智能控製係統,通過智能終端與 APP 應用的結合,控製遮陽、燈光、門禁、監控和空調使用, 實現節能減排,為用戶提供“互聯網+”模式下的未來之家。




    主動式節能技術應用



     建築產能技術


    在“夢想居”項目中有一部分被動式節能技術需要電力驅動,因此在本項目中配套了太陽能光電光熱係統實現能量平衡,以達到自供給的目的。該係統采用了兩種太陽能板安裝使用方式:屋頂一體式和**太陽能架式。屋頂一體式太陽能係統將支撐太陽能板的龍骨直接安裝在坡屋頂外表麵上;**太陽能架作為完整的構件組,可以根據項目的需要增減其數量,靈活性大。


    “夢想居”光電係統采用並網發電係統,實現分布式產能供電。在此項目中,安裝了170 塊光伏發電板,每年發電3.1 萬kW/h,除滿足建築自身用電,還每年為電網係統提供1.7 萬kW/h 的電力,是一棟產能的房屋。此外,3m 寬的回廊裏還設置有多部自發電健身器材,能將居住者健身運動時產生的動能轉換為電能,實現全方位的能量回收。




    結語



    “夢想居”作為一次先進建造技術實踐的同時,也是一次對建築設計和房屋係統建造模式的探索和嚐試。東南大學建築學院正工作室團隊通過與多家研發單位、設計單位以及生產製造企業建立的長時間合作,達成全方位的協同模式。


    通過這一模式發展出成熟的構件庫,並以其為核心形成一條可被市場快速接受的輕型可移動房屋係統設計生產建造產業鏈。在這套協同模式下,建築的研發、設計、建造、維護,都將得到係統化、信息化的管理。這為研發階段的新技術提供了可靠的市場需求,也大大提高了新技術的整合和運用所需要的效率。


    “夢想居”正是基於這樣一套新型設計建造模式下的產物,體現了各相關企業間**的兼容性和協同性。使“夢想居”未來屋輕型可移動房屋係統標準空間模塊化生產、超高速組裝的建造方式和可拆卸可重複周轉使用與高度集成的性能係統這樣的優勢展現出來,為被動式與主動式節能技術的組合式綜合應用探索出新的路徑,廣泛適用於居住、辦公、**、展覽、商業、景觀、遺產保護等不同類型建築和環境。



    來源:原文刊登於《建設科技》**,版權歸期刊編輯部及作者所有,如有侵權請聯係刪除。


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