全新节能健康集成化住宅的特点与分析

由 尧

(淮北职业技术学院 建筑工程系,安徽 淮北 235000)

1 集成化住宅的概念与特点

新型集成房屋是通过在工厂预制墙体、楼板和屋面等,按照设计要求加工成轻钢结构为主体的承重结构,并能够迅速组装形成一套完整建筑的建筑模式[1]。目前,国内集成化住宅的主体结构以镀锌板加工成的轻钢龙骨结构为主[2]。其特点是专业化设计,标准化、模块化、通用化生产,易于拆迁、仓储,可作为临时或者永久性质的建筑[3]。

与目前中国建筑的主流形式——钢筋混凝土结构相比,集成化住宅虽然起步较晚,但是具有节能环保、抗震性能优良、施工周期短和使用成本低等优点。随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,钢结构建筑形式正在逐渐被大家接受,市场占有率也呈现逐年上升趋势[4]。钢结构产品在大跨度空间结构、轻钢门式结构、多层及小高层住宅领域的使用日益增多,应用领域不断扩大。目前,轻钢结构住宅在我国建筑中不足1%,但是随着国务院《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量若干意见》的出台,预计到十三五末期,轻钢结构住宅将占全国房屋建筑总量的15%～20%[5]。

2 集成化住宅的发展现状

图1 发达国家集成住宅所占比重Fig.1 Proportion of integrated housing in developed countries

国外典型的轻钢住宅占有率曲线如图1所示,分别列出了美国、澳大利亚和日本在1965～2010年期间的轻钢结构住宅的占有率情况。对比分析可见,三个发达国家在近半个世纪里的轻钢结构住宅占有率呈现稳步增加的趋势,其中美国轻钢结构住宅占有率一直较高,其次为日本。到2010年,三个国家的轻钢结构住宅占有率都超过了60%,体现出了较高的轻钢结构发展水平,同时也可见我国的轻钢结构住宅占有率偏低,仍然有较大的发展空间[6]。

相较于国外发达国家,我国的集成化住宅起步较晚,且发展速度较慢,这主要与国内经济发展状况以及建筑水平有关,但是经过近些年的引进与再吸收,国内科研院所和企业不断技术创新和追赶,已经形成了一条具有中国特色的集成化住宅发展道路。目前国内的北新建材等单位在集成化住宅设计和推广工作中走在了全国前列[7]。国内集成化住宅推广较快的区域包括山东威海、海南海口、河北秦皇岛等地,且部分集成化住宅项目已经推广至东南亚市场,这都归因于集成化住宅的独特优势。

3 集成化房屋的优势

传统建筑与集成化结构房屋的各项参数的对比如表1所示,列出了传统砖混结构、钢筋混凝土结构房屋和集成化房屋在建筑使用面积、热传导系数、回收利用率、抗震级别等九个方面的数据[8]。通过表1可以看出,轻钢结构房屋在建筑面积使用率方面较砖混和钢筋混凝土房屋分别上升了26%和18%;在热传导系数上,轻钢结构房屋仅为0.04,具有较好的保温效果。此外,还具有可100%回收利用,抗震级别从7级提升至9级,自重成倍减轻等优点。在施工方面,由于轻钢结构房屋在用钢量与用水量上都可成倍的减少,且施工时间仅为其它2项的一半,平均造价也较低。因此,轻钢结构房屋相对砖混结构、钢筋混凝土结构房屋具有较大的优势。

表1 传统建筑与集成化房屋的参数对比Table 1 Parameter comparison between traditional building and integrated building

综合来讲,集成化房屋的优势主要体现在如下6个方面[9,10]:

1)抗风抗震。可抗9 级地震和12级台风。

2)结构耐久。使用寿命可以超过70 a。

3)安装便捷。干作业,不受季节影响。集成化住宅的不同部件都可以预先在工厂进行制作,然后根据不同需求陆续达到指定区域并快速完成主体结构安装,施工周期较短。

4)节能环保。100%可回收利用,对土地破坏小。集成化住宅与钢混结构相比,可以节省用钢量50%以上,减少了自然资源的开采,节约了土地,减轻了对不可再生资源的破坏。表2列出了轻钢结构住宅相对钢混结构飞节能指标一览表,以建造150万m2的房屋来算,可以有效减少碳排放15万t,还可以减少3亿块用砖、2.25万t用钢、节煤6万t。

5)造价低廉。接近砖混结构。

6)舒适美观。保温隔热、透气防潮。

表2 集成化住宅的节能指标一览表Table 2 List of energy saving indexes of integrated housing

4 智能化系统

轻钢结构住宅除了在诸多方面比现有其它建筑更有优势外,还具有其它建筑所无法比拟的“节能环保”“智能化”特点[11]。图2所示为轻钢结构住宅在光电转化系统、雨水利用系统等方面的应用示意图。

图2 集成化住宅的智能化示意图Fig.2 Intelligent schematic diagram of integrated residence

4.1 光电转化系统

光电转换系统又称光电接收器系统,包括光电转换器和电源等有关部分,它是通过光伏效应把太阳辐射能直接转换成电能的过程。在资源不断匮乏和节能环保意识逐渐提高的当今社会环境下,具有光电转化系统的建筑设施正在逐步被大家认可和喜爱。而新型的轻钢结构这种独特的建筑模式,可以有效地利用先进的太阳能系统,实现住宅零能源供给,在中国未来的建筑市场上将具有越来越大的优势。

4.2 雨水收集系统

全新节能健康集成化住宅可以实现雨水收集,并且对收集的雨水进行净化、除杂等处理,达到不同的等级供人们家居使用。整个雨水收集系统包括前期对雨水收集、中期对雨水处理以及后期对雨水使用等几个步骤,整个过程中无需人工参与,可自动实现并随时受到监控。采用精致的天沟封盖对住宅雨水收集系统进行制作,不仅可以实现节能、美观,还可以起到防火等作用。此外,雨水收集系统除可以对外界雨水进行收集和处理外,家庭生活废水也同样可以循环再利用,以实现降低生活成本的目的。

4.3 中央除尘系统

中央除尘系统作为健康集成化住宅的重要特色之一,具有任何人都可以进行局部或全部区域清洁,操作简单、方便,避免了灰尘带来的二次污染及噪音的污染,确保了最清洁的室内环境。国内外很多办公场所和住宅都大量引入中央吸尘系统,尤其是在日本、德国、法国和英国等发达国家,无论是在别墅还是在普通公寓,中央除尘系统都成为了必备附件,实际效果也得到了大家的广泛认可。

4.4 红外线防盗系统

随着国民经济的发展和安全保障的需要,红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分,由于红外线是不可见光,因此用它进行红外探测监控,具有良好的隐蔽性,白天和黑夜均能使用,而且其抗干扰能力强。在全新节能健康集成化住宅中安装红外线防盗系统,可以对突发应急事件作出快速响应,从而避免由于盗窃而产生不必要的人生和财产安全问题。

5 集成化住宅方案实例

表3列出了三种不同类型的集成化住宅的造价表,分别为新农村建设用住宅、经济型住宅和高端精装型住宅,依次从住宅的各个结构部件方面对比了住宅的总体造价[12]。计算整栋建筑的经济性能,从而对集成住宅体系的单位面积造价进行分析,用于与其它产品进行对比,并指导整套建筑体系的进一步优化。造价的计算并不是严格意义上的预算,只是对整栋建筑在建造过程中发生的主要费用的一个计算,并且不包括吊顶等业主进一步装修的费用[13]。

表3 三种不同类型的集成化住宅的造价表Table 3 Cost table of three different types of integrated housing

系统单位造价只是结构部分造价和简单装修的造价,如果考虑水暖电的单位面积造价,可以得到简单装修完整的新农村用轻钢结构住宅的单位造价为900～1 200元/m2;对于经济型用房,得考虑征地费1 000元/m2计算,单位面积造价为1 889元/m2,如果考虑水暖电的单位面积造价300～800元/m2,可以得到简单装修完整的经济型轻钢结构住宅的单位造价为2 200～2 700元/m2;对于精装型结构住宅,如果考虑水暖电的单位面积造价400～1 200元/m2,可以得到简单装修完整的高端精装型集成化住宅的单位造价为3 500～4 300元/m2。由于轻钢结构住宅在我国的应用并不多,还存在观念上的误区,认为钢结构住宅的造价高。以上列出的三种类型的结构住宅,可以很好地作为人们自由选择的一种参考,如果只考虑结构造价,可能较传统结构建筑高,但是考虑到长远的结构体系的优势[14],例如工程造价只占工程投资的50%,结构造价只占工程造价的30%,钢结构只是工程的上部结构,在工程总投资中仅占有7%左右等,这些优势明显地表明,集成化住宅相对传统住宅大有资金周转快、使用率高的优势。

6 总结

2018年中国国内生产总值已达900 309亿元,总人口已达13.95亿,作为GDP全球第二、总人口占全世界人口约22%的超级大国,在国民经济高速发展和人民生活水平不断提高的进程中,住宅的建筑形式和风格在不断演变。虽然钢筋混凝土结构已经成为目前主流建筑形式,但是钢结构住宅的开发和应用也从上世纪90年代开始取得了较大发展,尤其是随着近年来人们对绿色、环保、可循环和可持续发展要求的提高,具有抗震设防、节能环保、智能化等特性的全新节能健康集成化住宅在近些年来也受到了普遍关注,全国范围内的年建设量也保持在1%以上。尤其是抗震设防要求较高的地区(如汶川、玉树和雅安等),对我国房屋建筑体系和结构安全性能提出了更为苛刻的要求,而集成化住宅良好的抗震性能以及诸多的节能环保、智能化等特性,从而更应该在政府、企业和研究院所之间大力开展和加快产业化应用。