生态节能高科技在低密度住宅中的应用

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作者：卢 求　　德中建筑协会副主席、德国注册建筑师、德国建筑师协会会员、五合国际副总经理

一、生态节能高科技在低密度住宅产品中的应用将有大幅增长

　　低密度住宅是西方国家住宅建设的主体，在中国尚属于住宅市场上的高端产品。然而就整体而言，国内住宅产品开发仍处于粗放型阶段，大多数住宅存在工业化水平低、成套技术集成度低、综合质量低，以及舒适度差、能耗高、污染高等问题。作为低密度住宅产品，其整体开发水平也与发达国家有着较大差距。
: g2 c6 |- r; b4 t8 F　　随着市场机制的完善和消费者的不断成熟，作为住宅产品中的高端产品，通过提高技术投入、应用生态节能及其他建筑高科技来提升产品质量，从而提升产品的生命力和核心竞争力，是中国住宅产品发展的必然趋势。另一方面随着全球经济一体化的发展，国际先进的建筑科技产品进入中国的脚步不断加快。其大规模现代技术的运用、高度产业化和对市场需求的前瞻性，决定了其产品在竞争中的优势和在市场上快速扩展的趋势。
2 H; [. }0 c/ C　　从国外的发展经验来看，许多高新技术及其产品在获得用户认可、得到广泛使用之后，其成本将会大幅度降低，最终使消费者获益。这些高新技术的应用不仅带来了舒适健康的居住环境，同时大大降低住宅的日常维护开支，延长了住宅使用寿命，从而增强了住宅在同类产品市场上的竞争力。从宏观意义上，提高住宅产品科技含量对于保护和改善城市环境，促进可持续发展战略的实施也有着积极的推动。

: l% A4 F5 \, h' _二、降低建筑能耗是低密度住宅建设的首要目标之一

) s7 ^& q" q+ h  P+ p　　从宏观层面看，中国住宅建设仍处于高能耗、高污染阶段。与发达国家相比，中国虽然地大物博，但人口众多，属于资源极其贫乏的国家：人均耕地不及世界平均水平的47%，水资源仅为世界人均占有量的25%，人均能源储备占有量不及世界平均水平的一半。2003年中国煤炭消耗已占世界总量的40%，中国的建筑能耗也占到了总能耗的30%左右。中国建筑物运行能耗浪费严重，大约为欧洲先进国家的3倍。可以说，节约能源是当前中国建筑业发展刻不容缓的重要任务。借鉴发达国家先进的生态节能技术与理念，也就对我国低密度住宅开发有着重要的指导意义。
$ ?! f* J6 x4 w6 h2 s　　以欧洲发达国家如德国为例。德国具有非常高的环保意识，其住宅节能技术的研究与应用，不仅仅出于经济利益方面的考虑，以节约能耗费用；更重要的是为了从根本上减少能耗，从而达到减少CO2、SO2等有害气体排放量，减少全球范围内的温室效应，保护人类生存环境的目的。并且，德国政府还将节约能源、保护环境作为一项基本国策，宣布逐年减少CO2排放量，计划到2005年将CO2排放量相对于1990年平均减少25%。在这方面，住宅节能工作将起到很大作用。
　　例如德国从2002年2月1日开始实行新的建筑节能规范。这一节能规范不仅体现了德国最新建筑节能技术研究成果，同时有着很强的实际操作性。
这项最新的建筑保温节能技术规范的核心思想，是从控制单项建筑维护结构（如外墙、外窗、屋顶）的最低保温隔热指标，转化为对建筑物真正的能量消耗量的控制，从而达到严格有效的能耗控制。
. w6 t1 ^$ x0 ]4 O0 N　　实际工程中的操作与执行管理
9 J3 ]3 X: t: X/ D* ]* R实际工程中新建住宅必须出具采暖能量需要量和住宅能耗核心值，根据住宅所处地理位置、气候条件和建筑外围结构、导热系数、采暖制冷设备效率值、传输损失管道，以及考虑对太阳能、地热、风能等洁净能源的利用产生的正面影响，计算出建筑每年所需的能量，并分项列出所需电能、燃油、燃气、燃煤数量，制成建筑能耗计算表。
　　这些建筑能耗计算表必须提供给相关主管部门，必要时作为售房、出租等过程中的必要文件。如果能耗指标达不到规定标准将不得兴建。
: x: E6 u  O9 l3 P, t" `设计师主要在建筑设计和实施过程中，从建筑物能耗各个环节严格控制、有效节能，如：
——规定住宅建筑最低标准的综合导热系数。
/ [: b3 t/ X1 E1 N——节约夏季制冷能耗，控制建筑外墙的能量穿透系数值，要求计算证明建筑物的制冷负荷不超过标准。
1 A! u7 `( D8 D——控制建筑的气密性和通风换气量。同时规定住宅要有满足卫生、健康要求的最低通风换气量。
) m' K$ w5 s! v- B0 c——规定住宅建筑中尽可能避免冷桥构造。
7 i: T7 ]$ M8 }6 f6 |9 U- P——规定必须采用节能环保的采暖设备和热水系统。
) g* O1 ~$ k- G4 _——所有采暖管线（包括在屋顶阁楼和墙内）必须外包保温材料，如采用热传导系数为0.035w/mk的保温材料，外包厚度约为管线内径；或者22mm内径管外包20mm，100mm内径外包100mm等。
9 J2 d+ f: k3 Z——供暖制冷分区控制系统的设置。
该系统规定中央供暖系统安装超过25kw的循环水泵，必须装有至少三级自动调节装置，以便根据供暖需要提供相应的热水量；安装中央供暖系统的居住区必须安装相应的中央自动控制系统，根据外界温度和时间等因素的影响，自动调节供暖量以及自动开启和关闭等；同时室内必须安装温度自动控制装置，以根据温度和时间变化自动调节供暖量。
通过采用上述措施，配合有效的节能技术研究开发与推广应用机制，德国住宅生态节能工作走在了世界前列。同时带动产生了一系列先进的生态节能技术体系，以及产品的开发研制和投入市场。

三、采用高新建筑技术，提高住宅舒适度并降低能耗
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　　无论住在什么样的房子内，人们对室内环境舒适度的要求和标准是基本一致的。改善并提高住宅的室内环境舒适性要从热环境、声环境、光环境和空气质量四个方面入手。

1． 室内热环境
　　室内热环境是住宅建筑设计要解决的首要问题。热功舒适性主要通过控制空气温度、室内物体表面温度、相对湿度以及空气流动速度来实现。图即显示了空气温度和物体表面温度所确定的室内舒适温度区域范围。
要达到住宅的热功高舒适度，同时实现低能耗，要从以下三个方面着手：
●   首先需要采用现代构造技术与材料，达到高标准的住宅外围护结构保温隔热性能，消除冷桥。
　　这是由于国内住宅建筑与国外的差距集中表现在建筑细部的构造设计精细程度不够。国内大部分建筑设计标准图集中，窗户位置与外墙保温层不交圈，构造上显然是错误的；并且国内许多项目采用的建筑内保温的做法是一种廉价的、违背建筑构造基本原则的做法。其两大致命缺点无法克服：一是无法避免冷桥，如板楼与外墙交接处，同时损失室内建筑面积。二是室内热惰性差，舒适程度降低，同时墙体作为建筑构件处于室外气候和温度环境下易于损坏并缩短寿命。
　　因此提高住宅舒适性、降低能耗，必须采用建筑外保温技术，并精心推敲细部构造设计。目前国内阳台楼板的通用做法是一大冷桥，热损失严重。消除阳台楼板冷桥构造，德国已有非常成熟的产品：“钢筋/绝缘保温材埋件”。这种产品构造并不复杂，施工简单，值得我们学习借鉴。

●   第二方面是采用高性能门窗，其中玻璃的性能至关重要。高性能玻璃产品比普通中室玻璃的保温隔热性能高一倍到几倍。
　　即单面镀膜Low-e中空玻璃，其导热系数为1.6w/m2k，保温隔热性能比普通中空玻璃提高一倍。欧洲绝大部分新建住宅采用的玻璃性能都满足或优于该指标。图6为德国新型双腔三层玻璃。其导热系数U=0.5w/m2k，比普通双层中空单面镀膜Low-e玻璃保温性能又提高一倍多。国内有些低密度住宅照搬国外大面积玻璃外墙设计，而没有采用相应的高性能玻璃产品，导致能耗大幅度上升，舒适度降低，极端情况下甚至导致住宅难以使用。
　　高性能门窗需强调窗框的保温性和密闭性。密闭性较为重要，保证了门窗的气密性，同时能够有效节约能耗并提高舒适度。相反，推拉窗造价便宜，但密闭性和使用舒适性太差，并不适宜应用于低密度住宅产品中。
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●    第三个方面是使用高效的采暖、制冷设备，并提高输送管线的保温隔热性能，以及安装分区按需自动控制系统。
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       处理好以上三个方面，建筑舒适度不仅能够提高，能耗也可大幅度地降低。

9 B7 D! O0 \1 \+ O! B2． 建筑声环境
通常而言，住宅噪音主要有三种来源：透过墙、窗户传入室内的噪音，楼上活动透过楼板传到楼下的噪声，以及下水管道内流水撞击管壁产生的噪音。其中第一种是空气传声，第二、三种是固体传声，针对其特点可采用不同的构造技术解决。第一种主要通过增加墙体质量、提高门窗和玻璃的隔声性能以及门窗的气密性来解决，第二、三种主要通过建筑构造上设置绝缘层的方法解决。
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$ g# m' [- S7 `8 E: v9 ?- s+ F●    楼板撞击传声
　　为解决楼板撞击传声，德国住宅产品的地面普遍采用“浮筑楼板”技术（Schwimmende Estrich）。即在结构楼板上铺设一层绝缘隔声材料，上面浇筑6-8cm的混凝土沙浆层，这层楼板好像浮在绝缘层上，与楼板及四周墙体分离，达到极好的隔音效果。在此之上可以铺设木地板、石材等各种面材，这种构造的优势即楼板隔音效果特别理想。
6 {: V8 Z! _* v* J6 L" F, L另外一种简易做法是用一种废弃 橡胶轮胎为原料制成的隔声减振材料铺设在楼板与面层之间，也能达到较好的隔声效果。
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7 I0 W* d0 ]4 }+ N3 T9 _$ M3 ^●   卫生间管道噪音
　　减少卫生间管道噪音，提高住宅的卫生间舒适性首先应采取后排水系统。这种构造避免了通常下排水构造在卫生间地面打洞，下水管挂在楼下房间天花上的作法，从根本上消除了产生噪音、交叉感染、冷凝水等问题。
上下水管道的隔声，国内标准要求低，需要设计师及开发商提高对这一问题重要性的认识，通过优良的构造处理和高质量的绝缘产品可达到很好的效果。

+ i4 Y6 S& q: t3． 住宅的光环境舒适性
. P) ?& L! H+ W/ j& j, P　　随着居住水平的提高，人们对人工照明光环境的舒适性、个性化、艺术品味以及节能、安全等方面要求日益突出。影响光环境的因素不仅是照明强度，还包括日光比例、采光方向、光源显色性、色温以及避免眩光等。
( T% O% Q5 P( K; Y: N提高住宅光环境的舒适性，需要对住宅光环境质量进行准确的定量评价，利用计算机辅助设计，建立住宅光环境评价方法。图9即国外室内光环境设计计算机软件分析。
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4． 住宅的空气质量
% S& e  @8 h1 U. X3 Y' D1 J　　提高住宅空气质量并保证居住的舒适性，一方面要提高国内现有新风量标准，满足健康新风换气量；另一方面要结合建筑的整体能源系统设计，利用空气压差拔风效应，综合组织建筑通风系统。
& y# x9 N  Q$ y; U随着高气密性、高性能门窗的采用，房屋需要采用有控制的通风换气装置，以保证不需要开窗就使室内能有充足的新风补充。同时能够节约能源、过滤风沙尘埃、减少风感并提高居住舒适度，这一类产品在中国北方地区会有较好的市场。

四、生态节能系统与设计理念在规划建设中的综合应用
3 M2 j) m4 d, \1 n　　在低密度住宅的规划建设中可根据具体条件选用下列生态节能环保技术和设计理念，重要的是各种技术体系相互之间的有效配合，以达到最优效果，而不是盲目追求先进技术。
+ j; `( t% p  w　　建筑群体规划考虑顺应自然主导风向和日照影响；
, V/ {- E% u- Y　　太阳能取暖、太阳能热水泵及太阳能光伏发电技术的应用；
* J7 q8 q; I/ d9 F& h# i; N, S- X　　水源、地源热泵技术，利用地表下的土壤浅层地下水、河湖水与地表的温度差，辅助配合建筑物的采暖和空调系统；
　　采用高效保温材料和严谨的构造设计，提高建筑围护结构的保温隔热性能；
" R- V* p) `+ x7 A, ?8 q8 r　　减少冷桥构造；
4 p* u. a/ }8 G8 m% i　　对在设计中由建筑体形系数与开窗面积比例所带来的能耗影响，以及必须采取的补救措施有敏感意识；
. K. ]& c# R3 \& d+ y5 x　　综合平衡夏季隔热与冬季太阳能采暖两种不同的效益，选择适当的Low-e节能玻璃以达到最优的节能效果；
　　正确采用活动遮阳百叶装置可有效降低夏日空调负荷；
, R: \* W' ]: I) I. X　　利用空气热压原理有效组织建筑物的内部自然通风系统；
8 D( T# w  |3 B, Z" X# Y　　分散式通风换气装置与新风过滤系统；
　　全热交换器的使用，回收利用排出室外空气中的热量和冷量；
: f% a' l9 `( y, H2 G$ }4 a　　采暖制冷柔和、没有风感的楼板低温辐射采暖制冷系统；
　　选择适宜的、能量转换效率（ECC）较高的冷热源形式、系统和设备；
' v+ M( _# D& e. a, a. r　　注意能源输配系统的高效低耗、自动控制、维修简便。
5 [5 y' E0 F; C! N$ V/ V- o1 w　　两水资源的收集和生态水循环及再生利用技术。
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五、国外生态节能高科技住宅实例分析
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　　位于德国斯图加特城郊的一栋高科技节能独立住宅，设计师兼业主是德国享有盛誉的建筑结构工程师索贝克先生，也是五合国际长期的合作伙伴。该建筑是现代生态节能高科技住宅的典范，获得了欧洲多种奖项——虽然是全玻璃钢结构，但基于其完善的能量平衡系统，以相应的建筑材料和科技体系为支撑，出色地达到了高舒适度和节能要求，其一次性能源消耗为零。
; b; S+ `2 y6 y8 N" X( p- E2 Z　　对于其应用的先进技术，笔者从八个方面进行了归纳总结，即钢结构全装配式结构，没有任何污染；建筑没有抹灰、刷浆，全部构件为可回收材料；高效保温、防晒、节能的双腔三层构造PET-Low-E玻璃外墙；自然通风系统及效率达70%以上的热交换系统；高效水源热泵与低温天花制冷/供暖系统；太阳能光伏发电设施，无损耗并网；能源自给自足，零能耗、零排放以及智能化自动感应控制体系等。
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3 P  t/ X* ]8 \9 Q9 A5 Y& I　　目前看来，这栋建筑中采用的一些先进技术构造尚不适合中国国情，但它无疑向人们展示了通过优秀设计和高科技产品所能创造的优美精致、舒适健康，且节能环保的新型住宅发展前景。
　　而从根本上，采用高科技、节能环保技术是中国住宅建设的发展方向。尽管在这一过程中，设计师和建设单位需付出更多艰辛和努力，并将承担一定的风险。但新技术的采用和系统化的配合与互动不仅能够促进产品更新换代，创造产品差异化，满足不同层次的社会需求，同时也将为建筑师提供更加广阔的创作空间，对建筑师的培养和职业素质提出更高的要求。