钢结构装配式住宅绿色建筑技术的应用与突破——健康、低碳、智慧住宅新策略

吕怡哲 丁杰

1 中国建筑设计研究院有限公司

2 中国建筑标准设计研究院有限公司

1 研发背景

绿色建筑是在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用、高效的使用空间和与自然和谐共生的建筑。从2008年至今，我国绿色建筑已由最开始的示范阶段进入到目前的快速发展阶段。绿色建筑已然推动着建筑业，甚至是智慧城市的发展。中国房地产业在经历市场的磨练和原始财富的积累后，也在寻找下一波高速发展的突破口，而绿色建筑正是当前中国房地产开发的主流之一。为此，房地产企业必须通过不断调整和完善，培育和提升自己的竞争力，在认清我国当前房地产业发展趋势的前提下，选择适当的目标和消费群体，从以下三方面推出绿色建筑新产品，提升企业竞争力。

1.1 树立绿色品牌，创造市场竞争优势

房地产企业产品要真正成为商品，最重要的或是唯一的途径就是被消费者认可并购买和使用，以实现其产品的使用价值。绿色建筑是国家政策的需要，是房地产企业的发展趋势，因此房地产企业应针对特定的目标消费群体，尽早涉及绿色建筑这一领域，在产品竞争中赢得先机。

1.2 创新绿色技术，保证技术竞争优势

创新始终是房地产企业发展的主题。在住宅的户型设计、功能设置、区域划分等方面充分体现“以人为本”，在规划、设计、施工和运营过程中高度重视节能、环保、健康、安全、和谐以及个人生活私密性，提高建筑的经济性、适用性和舒适性等，通过掌握绿色建筑技术，为企业提供强大的竞争力。

1.3 提高建筑质量，创建品质竞争优势

绿色建筑很大程度上促进了建筑质量的提升，虽然增加了一些开发成本，但较小的投入提高了建筑的性价比，显著提升了房屋在销售阶段的竞争优势，还可能带来溢价效应。同时，对于住宅这样的持久性消费品，绿色建筑采用高科技、亲自然、就地取材的手段，可以大大降低消费者在使用中的成本。与普通建筑相比，绿色建筑每年节约的居住成本相当可观。

2 研究对象与目标

本文的研究内容是基于《鲁帆建设绿色建筑技术与产品的选择和应用——健康低碳智慧住宅新策略》，研究项目位于山东省邹平市，功能为居住建筑，总建筑面积3 000m2，地上6层，一层为车库，二至六层为住宅，户型为150、120、90m2三种，建筑结构形式为钢结构，能源系统为市政供暖。该项目的研究目标将以中国三星级绿色建筑标识和美国绿色建筑能源与环境设计先锋（LEED）铂金级为参考依据（包含但不限于这两本标准所涵盖的范围）。

3 设计理念

1 鲁帆绿色建筑设计理念

2 自然采光模拟

3 日照模拟

目前，我国建筑能耗约占全社会总能耗的1/3以上，并且随着人们对建筑舒适度要求的提高，建筑能耗的比率将进一步攀升。同时，在我国华北地区，长期的过度工业污染、尾气排放等问题已造成环境短期内不可逆转的恶化，国内大部分地区出现严重雾霾天气，部分城市PM2.5值甚至发生爆表现象。

针对以上问题，结合本项目的实际情况，“健康居”和“低碳屋”理念应运而生。“健康居”重在为本项目提供以人为本、舒适健康的室内空气品质和良好的水质条件等。“低碳屋”则注重建筑的被动式设计、主动式节能，在不影响建筑本身功能使用的情况下降低建筑的能耗、水耗和碳排放等。

发改委和工信部等部门联合发布了《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》，明确了智慧城市2.0时代的顶层设计方案，提出到2020年中国将建成一批特色鲜明的智慧城市。家庭作为城市中的最小单元，既是构成城市的最小细胞，又是智慧城市的最小节点。“智慧家”的理念由此产生，该理念注重智能家居、智能监控的使用以及IT技术与物联网技术的融合，以期为建筑使用者提供便利、快捷、时尚的使用体验。

3.1 健康居

健康居的核心是人、环境和建筑。人居环境的健康性主要指室内外影响健康、安全和舒适的因素，如空气、空调末端（热回收）新风系统、水与健康、中水/雨水回用、直饮/软化水、垃圾处理。健康居需要在满足住宅基本卫生要求的基础上，进一步提高卫生质量，消除不良因素，增加健康要素，使居住环境更加卫生、安全、舒适、方便，使居住者处于更健康的环境之中，更有利于居住者心情舒畅，也更促进其健康水平的提高。

3.2 低碳屋

为了维护人类共同的家园，低碳生活已成为一种世界范围内人们义不容辞的责任，而人类居住的房屋作为低碳生活的一个分支，也在向低碳屋的方向发展。低碳屋需要在建筑全生命周期范围内，减少化石能源的使用，提高建筑的能源效率，最终达到降低CO2排放的目的，其主要内容涵盖以下几个部分：高性能围护结构、遮阳设计、自然通风/机械通风、日照充分、自然采光、可再生能源的利用、太阳能热水；太阳能光电、地源/水源/空气源热泵、高效节能照明、高效节水器具。由于低碳屋从设计到施工再到运营的全过程中都融入了被动式设计理念，因而可以在保证建筑舒适性的前提下，将建筑的能耗与CO2的排放量降至最低。

3.3 智慧家

现代家庭多以家庭智能化和安全、舒适、便利的生活环境为理想目标。具体来说就是将家中各种与信息相关的通讯设备、家用电器和家庭保安装置，通过家庭总线技术（HBS）连接到家庭智能系统进行集中或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调，涉及智能监控平台、智能家居、智慧控制、IT/物联网技术整合等方面。可以说，家庭智能化是一个由智能化系统构成的安全、舒适和便利的信息化居住空间，可以适应人们在信息社会中的快节奏，是一种与外部世界保持开放的生活状态。

4 解决方案

在上述设计理念的基础上，结合项目的实际情况，提出如下三个层级的解决方案。第一级为基础绿色建筑解决方案，实现度高，成本增量低（甚至可基本忽略），可大规模推广；第二级为目前中国市场上较为成熟且性价比较高的技术手段，比第一级的成本有所增加，可做一定范围的推广；第三级为对技术要求较高的解决方案，伴随相对较高的成本增量，大部分技术手段的使用效果良好，但个别技术手段仅可作小规模示范使用。

4.1 健康居

健康居的核心是室内环境的健康舒适，如空气质量是否良好、水资源供应是否健康、室内声环境是否舒适以及垃圾处理方面的相关内容。

4.1.1 健康居第一级解决方案

（1）用户可根据自身的要求灵活调节室内温湿度。室温调节器采用液晶显示屏，通过温控器内部温度传感器检测室内温度，并与用户所设定的温度进行实时比较，以达到维持室内温度恒定的目的。

（2）利用光环境模拟技术设计楼座最佳朝向、开窗位置、空间布局以及户型组合等，可以让居住者享受健康、自然的阳光，提高居住者的居住体验。因此，在设计过程中建议采用光环境模拟技术，以提供必要技术支撑。

（3）房间日照充足，主要功能房间视野良好。主要功能房间拥有充足的日照时长以及良好的视野环境，可以为居住者的身心健康带来积极、正面的影响。

（4）采用消音管材，降低排水噪声，打造室内静谧环境。由于较强的噪声会对人的生理和心理产生不良影响，根据我国环境噪声基本标准，本项目的环境噪声容许范围为白天（6:00～22:00）≤40dB，夜间（22:00～次日6:00）≤30dB。

（5）选用环保内装材料，如板材、复合木材、油漆与涂料、粘结剂和密封剂。室内空气中的VOCs（挥发性有机物）浓度过高往往会引起以下三种病症：病态建筑综合症（SBS）、与建筑有关的疾病（BRI）以及多种化学污染物过敏症（MCS）。选用环保的内装材料，能够在根源上杜绝室内空气中VOCs等有害物质的产生。

4.1.2 健康居第二级解决方案

（1）设计机械通风/负压通风，利用主动式的手段进行排风，保证室内空气品质。通过在室内一面墙壁上安装负压风机，将室内空气部分抽出，使室内空气压力瞬时小于大气压或常态压力，当空间的另一面（往往是安装负压风机的对面）开有进风口时，外界空气将在大气压的作用下自动进入空间，从而在空间内形成定向、稳定的气流带。这种通风方式被称为负压通风，特点是气流定向、稳定，与外界贯通，并非是空间内的内循环。

（2）采用地板辐射采暖，室内温度均衡，可自动调节温度，实现舒适与节能的双重效果。地板辐射采暖是以温度≤60℃的热水在埋置于地板下的盘管系统内循环流动，加热整个地板，通过地面均匀向室内辐射散热的一种供暖方式。

（3）选用感应式/触碰式节水龙头、节水坐便器等节水器具，用水既便捷又节约。节水器具是指满足相同的饮用、厨用、洁厕、洗浴、洗衣等用水功能，较同类常规产品能减少用水量的器件或用具，包括节水型喷嘴、节水型便器及冲洗设备、节水型淋浴器等。节水器具包括两层含义：在较长时间内免除维修，不发生跑、冒、滴、漏等无用耗水现象，是节水的；设计先进合理、制作精良、使用方便，较传统用水器具设备能明显减少用水量。感应式/触碰式节水龙头、节水坐便器就属于后者，节水器具节水指标详见表1。

（4）采用隔声楼板、围护结构、分户墙、外窗、户门，有效隔声降噪。通过隔声的内外围护结构进一步降低室内噪声等级，同时也有助于增强室内空间的私密性，给住户更好的使用体验。

4.1.3 健康居第三级解决方案

（1）采用置换式全新风系统将室内空气完全置换到室外，空气品质高。置换式全新风系统是指进入室内的新风是全新风，它的排风口与新风口有一定距离。例如新风口安装在天花板左上角，排风口布置在地板右下方，实现新风与原室内空气的不交叉与完全置换。好处是空气洁净度高，但是耗能较多。

（2）设计户式中央空调系统，并进行室内机隐藏设计，使室温恒定，湿度适宜，噪声减少。

（3）净水/软水系统可以有效去除自来水中的有害物质，改善水质，为居住者提供健康的饮用水。

（4）雨水/中水利用（如回水宝），回收利用优质杂排水，提升节水水平。

（5）采用同层排水系统，便于维修，降低排水噪声，打造室内静谧环境。相对于传统的隔层排水处理方式，同层排水方案最根本的理念是通过本层内的管道合理布局，彻底摆脱相邻楼层间的束缚，避免由于排水横管侵占下层空间而造成的麻烦和隐患，包括产权不明晰、噪音干扰、渗漏隐患、空间局限等，同时采用壁挂式卫生器具，地面不留卫生死角，方便清洁打扫。同层排水技术的运用将给住户带来更加舒适、便捷的居住体验。

（6）设计厨余垃圾处理器（Food Waste Disposers），从源头减少垃圾，减少蚊虫、细菌的滋生，保持清洁的室内环境。厨余垃圾处理器安装于家庭厨房洗菜盆的排水口处，可方便地将菜头菜尾、剩菜剩饭等食物性厨余垃圾粉碎后排入下水道，能够处理绝大多数食物垃圾。为了给住户营造一个健康卫生的厨房空间与居家环境，同时减轻市政部门的垃圾处理负担，建议为每个家庭的厨房设计增设此设备。

4.2 低碳屋

低碳屋的核心是关注建筑被动式设计，利用可再生能源替代传统不可再生能源，灯具采用高效节能灯，卫生器具采用节水器具等。

4.2.1 低碳屋第一级解决方案

（1）利用风环境模拟技术合理确定户型布局，使厅房通透，尽享春秋自然风。风环境模拟技术对室内户型的格局布置有着巨大的参考价值，合理的自然通风将在夏季提供必要的对流自然风，降低住户在夏季患“空调病”的风险，同时也可大大降低能耗，一举两得。

（2）充分利用自然采光。日光是建筑绝佳的塑造者，也是建筑师可以利用的动态自然要素。通过自然采光动态模拟，建筑师可通过侧窗/天窗位置的设置和透明/磨砂玻璃等的灵活运用，在白天不同时段根据室内使用空间的需求为居住者提供全光谱的自然采光。

表1 节水器具节水指标

（3）选用节能灯具（如T5型荧光灯），节约照明能耗。在本项目的电气照明设计中，要求在保证照度及照明质量的条件下，提倡照明节能；在保证不降低工作场所视觉要求的前提下，力求减少照明系统中的能量损失，从而有效利用电能。为达到现行国家标准《建筑照明设计标准》（GB 50034—2013）中规定的照明功率密度现行值，可通过大面积采用T5型荧光灯，并配以高效电器配件（如节能的电感镇流器）实现。

4.2.2 低碳屋第二级解决方案

（1）围护结构采用高性能无机保温材料（如发泡陶瓷），节能效果可达到绿色建筑三星级要求。

（2）采用三层节能窗户，配以Low-E玻璃、隔热断桥铝或木质型材。门窗节能是建筑节能的关键，门窗既是能源得失的敏感部位，又关系到采光、通风、隔声以及立面造型。为了增大采光通风面积和表现现代建筑的性格特征，门窗的热损失占建筑总热损失的40%以上，因此有必要推广节能门窗。

（3）设置固定外遮阳，降低夏季太阳辐射得热，在一定程度上避免眩光的产生。外遮阳的作用主要体现在隔热及避免眩光等。在外围护结构的保温隔热性能中，遮阳系数是一个重要参数。一方面，采用外遮阳系统有利于降低建筑得热量，节约夏天的空调能耗。另一方面，外遮阳的采用在防止眩光的同时可以最大程度地利用自然光，使室内照度分布较为均匀，有助于室内人员的正常工作。

（4）采用太阳能光热技术作为热源，集中集热，分散辅助加热。太阳能光热是指太阳辐射的热能，太阳能热水系统是利用太阳能集热器收集太阳辐射能把水加热的一种装置，是目前太阳热能应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已商业化的一项应用产品。项目采用太阳能光热技术与其设计理念一致，而且从长远来看，经济效益显著，建议可大规模推广。

（5）选用节能灯具（如LED灯），在一级解决方案的基础上进一步节约照明能耗。

4.2.3 低碳屋第三级解决方案

（1）进行建筑全年能耗模拟，核算最佳经济效果，有的放矢地增强围护结构性能。

（2）采用相变保温材料，利用潜热节能，绿色环保。

（3）设置可调（手动、电动）外遮阳，可与帆布产品结合设计。

（4）设计太阳能光电系统，由于成本较高，可做小规模尝试。

4.3 智慧家

智慧家的核心是关注建筑内的智能化设计，如监控平台、感应装置、智能家居以及物联网技术的相关技术及运用。

4.3.1 智慧家第一级解决方案

（1）公共场所设置自然采光区域，同时配合合理的照明感应（如红外、声控、光控、定时）装置。常见的照明感应装置包括红外感应灯具、声光控感应灯、声控开关、光控开关、照明装置定时器等，其最大的用途在于节省建筑总能耗。建议在项目中的公共区域合理地选择并应用照明感应装置。

（2）设计多级安防、户内呼梯1、实时对讲系统，保障家居安全。随着社会的不断发展和人们收入的不断增加，人们开始越来越关注生活条件的安全性和生活质量的可靠性，个人用户对家庭安全需求的增长越来越快。与此同时，传统的机械式或单纯依靠人为控制和操作的安防系统在实际使用中暴露出了许多隐患和不足，远远达不到人们对智能生活的要求，由此多级安防、户内呼梯、实时对讲系统以其可靠性、智能性和安全性日益得到人们的认可。

4.3.2 智慧家第二级解决方案

（1）设计监控平台、各区域能量表、电表的网络计费监控，实时监测室内用电、用水情况，及时发现问题并给予警示。

（2）采用入户感应灯，实现多场景室内灯光环境智能照明。

（3）设计燃气泄漏报警、安全隐患提示系统。燃气报警系统2能够检测环境中的可燃性气体浓度，并具有报警功能。

4.3.3 智慧家第三级解决方案

（1）运用物联网技术，根据不同情景模式的设定，实现家居设备远程控制，可查询、提醒、分析、改善、分享等。

（2）依照人体工程学和餐厨动线设计集成智慧厨房，实现冰箱/烤箱智能操控。

（3）使用户内空气监测装置（如智能空气管家）时刻监测家中空气温度、湿度、PM2.5、VOCs情况，主动提醒并自动开启空调、净化器、加湿器等优化空气设施，在呼吸之间还清新空气。

5 结论

本文阐述了目前中国绿色建筑的社会背景，概括了项目的基本信息及基础设施条件，探讨了绿色住宅建筑的需求与必要性。通过提炼课题的研发目标，为后续解决方案的提出与产品技术体系的形成奠定了基础。因地制宜是绿色建筑实施的根本原则之一，由于每个地区在气候、环境、资源等方面有所不同，因而在建筑设计过程中必须紧密结合这些因素，制定合理的方案及措施。

结合鲁帆建设——住宅产业化A30实践项目的实际情况，我们提出了切合实际的、行之有效的设计理念。“健康居”应对我国华北地区日益严重的空气质量及其他室内环境问题；“低碳屋”针对当前建筑能耗居高不下、能源浪费严重、建筑碳排放量超标的现实；“智慧家”响应国家提出的智慧城市建设部署，着力打造便利、快捷、时尚的居家环境。在上述理念的基础上，有针对性地提出三级技术路线，包括各个技术或产品的描述、优缺点以及项目的适用性。根据对应的解决方案，协助甲方寻求经济、可靠的绿色建筑应用技术基础，同时对鲁帆集团绿色建筑技术体系提出相应的建议。

注释

1 户内呼梯功能包括呼梯功能（呼叫电梯至业主所在楼层）和授权功能（接听访客通话后，授权电梯接访客至业主所在楼层）。

2 燃气报警系统是借由气体传感器探测周围环境中的低浓度可燃气体，通过采样电路将探测信号用模拟量或数字量的方式传递给控制器或控制电路，当气体浓度超过控制器或控制电路的设定值时，控制器通过执行器或执行电路发出报警信号或执行关闭燃气阀门等动作。