论文部分内容阅读
【摘要】随着社会经济的不断发展，人们开始关注生态节能建筑，但在如何结合建筑抗震设防要求，找到适合国情的可行的、适合的，内部有机相连的生态节能住宅体系，需要充分发挥“整合设计”(IPD)理念在住宅设计模式中的运用和推广。
【关键词】生态；住宅设计；节能模式
生态节能建筑是指在尽可能利用当地的环境和自然条件，不破坏当地的环境，确保生态体系健全运行的同时，考虑节能设计标准要求，着重满足建筑物能耗指标的建筑。生态节能建筑不仅要达到节能生态的效果，而且要增加房屋的舒适度。改善提高住宅室内环境的舒适度，这就要求在当前住宅项目设计模式中从热功环境、空气质量、声环境、光环境等方面通盘考虑，综合考虑规划、建筑、结构、能源系统、暖通等各方面因素，提出初步的生态节能方案。现有的探索主要集中反映在：节约土地资源、节约能源、节约水资源的研究；改进建筑材料性能，促进建筑材料地方化、绿色化的研究；提高建筑室内空气质量，改善建筑舒适度的研究；对旧建筑的改造和再利用的研究等方面。
同时，我国地处世界上两个最活跃的地震带，是一个多地震国家。这样就带来新的问题，即如何结合建筑抗震设防要求，通过选用相应的结构形式、建筑材料和抗震设计，适应并结合生态节能建筑的特点，形成一套可行的、适合的，内部有机相连的生态节能体系。这一体系对我们的建筑，尤其是住宅建筑的设计模式带来了新的挑战。
节能抗震住宅是各项成熟技术的一个综合体。以新型抗震节能系列建筑结构体系、高效地源热泵技术(采暖、制冷、供生活热水)、太阳能利用系统等若干种行业领先、可靠、成熟的技术为支撑，并通过精心设计及自控系统协调整合，在不增加建造成本的前提下，建造抗8级及以上地震、冬天不用燃煤供暖、夏天不用空调的节能、抗震、环保住宅。
1. 新型抗震节能建筑结构体系的特点及优势
1.1 复合墙结构体系：适用范围：集承重和保温与一体，用于8层以下建筑，设防烈度为7、8、9度地区，代替砖混结构。
（1）结构自重比砖混结构减轻50%、受力合理。
（2）抗震性能优异(大震不倒、中震可修、小震不裂)，可抵御10度地震烈度。
（3）保温节能、隔音效果明显，达到国家65%的节能标准，免去外保温工序，保温措施与建筑同寿命。
（4）节省大量耕地：按1万m2建筑省1亩地计算，每年城市新增7亿m2建筑，若30%采用该体系，则每年省2.1亿亩土地。
（5）墙体薄，增大使用面积5～10%，安全适用、美观(不露梁、柱、角)。
（6）施工方便快捷，可实现建筑工业化等。
1.2 壁式框架空心剪力墙结构体系和约束混凝土结构体系：适用范围：用于设防烈度为7、8、9度以下所有地区的小高层、高层居住建筑和公共建筑。
（1）结构自重轻；提高抗震性能；可工业化生产，缩短工期和确保工程质量。
（2）技术先进、工艺简化、与传统结构体系进行比较，可以节省大量钢材和水泥：(钢材约50%、水泥约10%)、既降低了建筑造价，又间接节能减排，比其它常规结构降低工程造价约5～10%。
（3）经科技部、建设部权威专家鉴定：“综合技术达到国际先进水平”。
2. “一机三供”高效地源热泵系统的特点及优势
2.1 概述：地源热泵技术成熟，欧美用了几十年，我国推广了十年，主机已发展到第四代，关键技术压缩机全部进口。但是配套技术、室外地下换热技术、室内末端设施以及三者的技术集成水平却各有千秋，节能效果和寿命大有差距。该系技术利用浅层地能资源进行供热、供冷、供生活热水，不仅高效节能，节约大量的常规能源，缓解我国的能源紧张形势，而且在北方没有集中供热，没有燃气的地方和小城镇及广大农村地区需求量很大，具有良好的经济效益和环境效益。
2.2 特点及优势：
（1）原理：浅层地能是地球浅层土壤层或水中的温度常年保持13～18℃的温度能。“地源热泵”是以地下土壤或水为热源，水为载体，在封闭系统中循环，通过少量电力(9W/m2左右)让压缩机作功，通过热交换将浅层地能提升到所需的温度，以地板辐射等方式为冷热末端系统输送到室内进行采暖、制冷的系统。
（2）特点：期初投资低、最低运行费、最低污染、最长寿命、恒温、静音。
（3）经济效益：实现“小功率供冷暖”(8～12W/m2)，只是分体空调装机功率的1/5，用电负荷节省4/5，输出的能量中80%为免费地能，20%为电能。比传统供冷暖方式低1/2以上，比常规地源热泵低1/3左右。
（4）社会效益：省煤、省电、省地、省水、低费用、零污染、可持续。
（5）适用范围：该系统是集成创新专有技术，可取代传统冷暖空调系统，针对不同建筑、不同地下岩土结构进行整体策划后做出最佳设计和最佳设备配置。可用于住宅、公建、工厂、医院、学校等从几百平方米的别墅到百万平方米的小区。
3. “整合设计”(IPD)理念在住宅设计模式中的应用
国内住宅建筑行业与国外相比，在设计模式方面仍有相当大的差距，且产品模型单一、片面，不能更好的、全方位的满足安全、舒适、美观的需要。要改变这些不利现状，唯一可行的就是在进行住宅设计时，建立新的设计模式，考虑一定的抗震条件，并结合生态节能的建筑设计概念，从而在保证抗震降低能耗的基础上提高住宅舒适度。通过“整合设计”(IPD)理念，在设计的最初方案阶段就有生态节能和结构抗震的专业人员介入，向客户灌输生态节能意识，并通过对项目的分析提出初步的生态节能和抗震方案，并在后续的设计中综合建筑、规划、景观、结构、暖通空调、给排水，建筑电气与楼宇控制，室内设计等各各个专业，通过各专业有机的整和，密切的协作，对建筑自身特点及区域自然资源、环境的深入分析，以及对当前成熟的高新技术及产品的应用，才能形成一整套可行的、适合的、内部有机相连的住宅模式。 要在住宅建筑设计中综合抗震、生态节能等相关因素，笔者考虑运用层次分析原理，综合运用建筑材料、建筑设计、建筑结构、建筑抗震设计技术、环境工程等多学科知识，将住宅设计模式形式的总目标分解成抗震、生态、节能等若干分目标，再分析达成这些目标的因素，找出各因素的控制指标及它们之间的相互关系和逻辑顺序，用实验的手段逐步选择材料和结构形式，从而达到对现有的住宅设计模式进行修正和调整的目的。该模式的基本步骤为：研究目标→目标分解→确定关键因子和权重→建立控制系统模型→选取结构形式→选取合理材料→修正系统模型→建立住宅设计模式。
3.1 总目标的分解。将总目标——住宅设计模式分解成：
（1）抗震目标(m1)：在满足当地的抗震设防条件下，更新抗震设防观念和思路。
（2）生态目标(m2)：提高住宅居住舒适度。
（3）节能目标(m3)：削减能耗的1/4～1/31。
3.2 控制因素。
3.2.1 抗震目标(m1)：
（1）合理结构体系选择。
（2）对抗设计和免震设计。
3.2.2 生态目标(m2)：
（1）提高室内内空气品质技术。
（2）健康住宅技术。
（3）环境技术。
3.2.3 节能目标(m3)：
（1）一次侧(输送)、两次侧(末端)设备节能技术。
（2）能源系统集成化技术。
（3）能源消费评价管理控制技术。
3.3 确定相应结构和材料的选择(关键点)。用实验手段按这些指标逐步选择材料和结构形式。考虑选择轻质骨架结构形式和材料，通过以柔克刚的节点设计，结合建筑材料、建筑设计、建筑结构、建筑抗震、生态节能建筑相关学科要求，通过整合设计，调整住宅设计思路。
3.4 提高住宅舒适度。人们对室内环境舒适度的要求和标准是基本一致的，即对热湿环境、空气质量与声光环境的要求。因此，提高住宅的室内环境舒适度应从以下4个方面入手。
（1）首先是室内热湿环境的改善，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。这不仅需要采用现代构造技术与材料，精心推敲细部构造设计，达到高标准的住宅外围护结构保温隔热性能，消除冷桥，同时还需采用高性能门窗，特别是高性能玻璃产品以构成高效采暖制冷系统。
（2）充足的新鲜空气原本是住宅最基本的要求，并不是什么高舒度指标，但由于城市环境与人们生活方式的变化，住宅通风也成为居住生活舒适度的标准之一。如何满足健康的新风换气量、过滤风沙尘埃并减少风感，是住宅通风设计要解决的问题。
（3）控制噪音污染既要控制室外噪音对室内的影响，又要防止建筑物内部的噪音污染。对于噪声的隔绝，需要针对不同噪声特点，采用多种技术构造来创造舒适的声环境。如采用高质量融声墙体系统，提高门窗的玻璃隔声性能和气密性，或通过设置绝缘层的方法解决噪音问题等。
（4）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、艺术品位及安全、节能等要求也日益突出。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、色温以及眩光等。因此提高住宅光环境的舒适性，需要制定住宅光环境评价标准。
我国作为发展中国家，经济实力和技术条件与西方发达国家相比仍有较大的差距。如何结合国情，创造出适合我国的生态建筑发展道路是迫切需要解决的问题。采用新的住宅设计模式从新的视角来探讨住宅设计模式的创新，能拓宽现代住宅设计的理论研究空间。通过对抗震、生态、节能等相关因素的结合考虑，在已有满足抗震要求新的结构形式条件下，提供了一整套生态节能的建筑材料和构造做法，从而为今后住宅设计找到满足抗震、生态和节能的新型建筑设计模式。
【关键词】生态；住宅设计；节能模式
生态节能建筑是指在尽可能利用当地的环境和自然条件，不破坏当地的环境，确保生态体系健全运行的同时，考虑节能设计标准要求，着重满足建筑物能耗指标的建筑。生态节能建筑不仅要达到节能生态的效果，而且要增加房屋的舒适度。改善提高住宅室内环境的舒适度，这就要求在当前住宅项目设计模式中从热功环境、空气质量、声环境、光环境等方面通盘考虑，综合考虑规划、建筑、结构、能源系统、暖通等各方面因素，提出初步的生态节能方案。现有的探索主要集中反映在：节约土地资源、节约能源、节约水资源的研究；改进建筑材料性能，促进建筑材料地方化、绿色化的研究；提高建筑室内空气质量，改善建筑舒适度的研究；对旧建筑的改造和再利用的研究等方面。
同时，我国地处世界上两个最活跃的地震带，是一个多地震国家。这样就带来新的问题，即如何结合建筑抗震设防要求，通过选用相应的结构形式、建筑材料和抗震设计，适应并结合生态节能建筑的特点，形成一套可行的、适合的，内部有机相连的生态节能体系。这一体系对我们的建筑，尤其是住宅建筑的设计模式带来了新的挑战。
节能抗震住宅是各项成熟技术的一个综合体。以新型抗震节能系列建筑结构体系、高效地源热泵技术(采暖、制冷、供生活热水)、太阳能利用系统等若干种行业领先、可靠、成熟的技术为支撑，并通过精心设计及自控系统协调整合，在不增加建造成本的前提下，建造抗8级及以上地震、冬天不用燃煤供暖、夏天不用空调的节能、抗震、环保住宅。
1. 新型抗震节能建筑结构体系的特点及优势
1.1 复合墙结构体系：适用范围：集承重和保温与一体，用于8层以下建筑，设防烈度为7、8、9度地区，代替砖混结构。
（1）结构自重比砖混结构减轻50%、受力合理。
（2）抗震性能优异(大震不倒、中震可修、小震不裂)，可抵御10度地震烈度。
（3）保温节能、隔音效果明显，达到国家65%的节能标准，免去外保温工序，保温措施与建筑同寿命。
（4）节省大量耕地：按1万m2建筑省1亩地计算，每年城市新增7亿m2建筑，若30%采用该体系，则每年省2.1亿亩土地。
（5）墙体薄，增大使用面积5～10%，安全适用、美观(不露梁、柱、角)。
（6）施工方便快捷，可实现建筑工业化等。
1.2 壁式框架空心剪力墙结构体系和约束混凝土结构体系：适用范围：用于设防烈度为7、8、9度以下所有地区的小高层、高层居住建筑和公共建筑。
（1）结构自重轻；提高抗震性能；可工业化生产，缩短工期和确保工程质量。
（2）技术先进、工艺简化、与传统结构体系进行比较，可以节省大量钢材和水泥：(钢材约50%、水泥约10%)、既降低了建筑造价，又间接节能减排，比其它常规结构降低工程造价约5～10%。
（3）经科技部、建设部权威专家鉴定：“综合技术达到国际先进水平”。
2. “一机三供”高效地源热泵系统的特点及优势
2.1 概述：地源热泵技术成熟，欧美用了几十年，我国推广了十年，主机已发展到第四代，关键技术压缩机全部进口。但是配套技术、室外地下换热技术、室内末端设施以及三者的技术集成水平却各有千秋，节能效果和寿命大有差距。该系技术利用浅层地能资源进行供热、供冷、供生活热水，不仅高效节能，节约大量的常规能源，缓解我国的能源紧张形势，而且在北方没有集中供热，没有燃气的地方和小城镇及广大农村地区需求量很大，具有良好的经济效益和环境效益。
2.2 特点及优势：
（1）原理：浅层地能是地球浅层土壤层或水中的温度常年保持13～18℃的温度能。“地源热泵”是以地下土壤或水为热源，水为载体，在封闭系统中循环，通过少量电力(9W/m2左右)让压缩机作功，通过热交换将浅层地能提升到所需的温度，以地板辐射等方式为冷热末端系统输送到室内进行采暖、制冷的系统。
（2）特点：期初投资低、最低运行费、最低污染、最长寿命、恒温、静音。
（3）经济效益：实现“小功率供冷暖”(8～12W/m2)，只是分体空调装机功率的1/5，用电负荷节省4/5，输出的能量中80%为免费地能，20%为电能。比传统供冷暖方式低1/2以上，比常规地源热泵低1/3左右。
（4）社会效益：省煤、省电、省地、省水、低费用、零污染、可持续。
（5）适用范围：该系统是集成创新专有技术，可取代传统冷暖空调系统，针对不同建筑、不同地下岩土结构进行整体策划后做出最佳设计和最佳设备配置。可用于住宅、公建、工厂、医院、学校等从几百平方米的别墅到百万平方米的小区。
3. “整合设计”(IPD)理念在住宅设计模式中的应用
国内住宅建筑行业与国外相比，在设计模式方面仍有相当大的差距，且产品模型单一、片面，不能更好的、全方位的满足安全、舒适、美观的需要。要改变这些不利现状，唯一可行的就是在进行住宅设计时，建立新的设计模式，考虑一定的抗震条件，并结合生态节能的建筑设计概念，从而在保证抗震降低能耗的基础上提高住宅舒适度。通过“整合设计”(IPD)理念，在设计的最初方案阶段就有生态节能和结构抗震的专业人员介入，向客户灌输生态节能意识，并通过对项目的分析提出初步的生态节能和抗震方案，并在后续的设计中综合建筑、规划、景观、结构、暖通空调、给排水，建筑电气与楼宇控制，室内设计等各各个专业，通过各专业有机的整和，密切的协作，对建筑自身特点及区域自然资源、环境的深入分析，以及对当前成熟的高新技术及产品的应用，才能形成一整套可行的、适合的、内部有机相连的住宅模式。 要在住宅建筑设计中综合抗震、生态节能等相关因素，笔者考虑运用层次分析原理，综合运用建筑材料、建筑设计、建筑结构、建筑抗震设计技术、环境工程等多学科知识，将住宅设计模式形式的总目标分解成抗震、生态、节能等若干分目标，再分析达成这些目标的因素，找出各因素的控制指标及它们之间的相互关系和逻辑顺序，用实验的手段逐步选择材料和结构形式，从而达到对现有的住宅设计模式进行修正和调整的目的。该模式的基本步骤为：研究目标→目标分解→确定关键因子和权重→建立控制系统模型→选取结构形式→选取合理材料→修正系统模型→建立住宅设计模式。
3.1 总目标的分解。将总目标——住宅设计模式分解成：
（1）抗震目标(m1)：在满足当地的抗震设防条件下，更新抗震设防观念和思路。
（2）生态目标(m2)：提高住宅居住舒适度。
（3）节能目标(m3)：削减能耗的1/4～1/31。
3.2 控制因素。
3.2.1 抗震目标(m1)：
（1）合理结构体系选择。
（2）对抗设计和免震设计。
3.2.2 生态目标(m2)：
（1）提高室内内空气品质技术。
（2）健康住宅技术。
（3）环境技术。
3.2.3 节能目标(m3)：
（1）一次侧(输送)、两次侧(末端)设备节能技术。
（2）能源系统集成化技术。
（3）能源消费评价管理控制技术。
3.3 确定相应结构和材料的选择(关键点)。用实验手段按这些指标逐步选择材料和结构形式。考虑选择轻质骨架结构形式和材料，通过以柔克刚的节点设计，结合建筑材料、建筑设计、建筑结构、建筑抗震、生态节能建筑相关学科要求，通过整合设计，调整住宅设计思路。
3.4 提高住宅舒适度。人们对室内环境舒适度的要求和标准是基本一致的，即对热湿环境、空气质量与声光环境的要求。因此，提高住宅的室内环境舒适度应从以下4个方面入手。
（1）首先是室内热湿环境的改善，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。这不仅需要采用现代构造技术与材料，精心推敲细部构造设计，达到高标准的住宅外围护结构保温隔热性能，消除冷桥，同时还需采用高性能门窗，特别是高性能玻璃产品以构成高效采暖制冷系统。
（2）充足的新鲜空气原本是住宅最基本的要求，并不是什么高舒度指标，但由于城市环境与人们生活方式的变化，住宅通风也成为居住生活舒适度的标准之一。如何满足健康的新风换气量、过滤风沙尘埃并减少风感，是住宅通风设计要解决的问题。
（3）控制噪音污染既要控制室外噪音对室内的影响，又要防止建筑物内部的噪音污染。对于噪声的隔绝，需要针对不同噪声特点，采用多种技术构造来创造舒适的声环境。如采用高质量融声墙体系统，提高门窗的玻璃隔声性能和气密性，或通过设置绝缘层的方法解决噪音问题等。
（4）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、艺术品位及安全、节能等要求也日益突出。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、色温以及眩光等。因此提高住宅光环境的舒适性，需要制定住宅光环境评价标准。
我国作为发展中国家，经济实力和技术条件与西方发达国家相比仍有较大的差距。如何结合国情，创造出适合我国的生态建筑发展道路是迫切需要解决的问题。采用新的住宅设计模式从新的视角来探讨住宅设计模式的创新，能拓宽现代住宅设计的理论研究空间。通过对抗震、生态、节能等相关因素的结合考虑，在已有满足抗震要求新的结构形式条件下，提供了一整套生态节能的建筑材料和构造做法，从而为今后住宅设计找到满足抗震、生态和节能的新型建筑设计模式。