房屋作为真正的商品
几百年来,一直将住宅视为象征个人和家庭社会地位的场所,但是从20世纪前半叶起,随着建设过程中引入工业化材料、技术和系统与城市规划中分区原则的确认,这种住宅观念便逐渐发生转变。
由于二次大战期间“现代运动”的兴起和战后人员流动爆炸式增长的推动,对于批量建造具有尽可能多功能、可重复使用的标准化住房模型的探索,为根据地段、面积及装饰和配置水准并从可量度的价值将住房作为真正的市场商品来考虑,提供了理论基础和现实可能。
三十多年以来,为最大限度地降低能耗推出了不少理论分析、实际方案和标准规范,同时可再生能源的推广也获得了引人注目的进展。然而,建筑行业只是近来才开始理解能源环境课题是如何构成涌现一个新颖住房范例的虽非最核心但却不可或缺的前提条件的。
民用能源
现在,具有节能效应的建筑(包括被动型和主动型)不单在于其可持续性,而且还要求降低其运行成本。实际上,降低能耗是自主生产日常生活所需能源的前提,即独立于传统电网,并有可能腾出重要的经济资源。
譬如,利用主动式房屋生产的多余电力给电动汽车充电,从而能够使房屋业主摆脱个人和家庭用车依赖石油制品的局面。所有这一切都可以采用市场上的已有技术,而成本将越来越明显下降。
迄今所提出的问题“我如何才能减少消耗以?;せ肪衬亍辈⒉淮泶蠹叶贾涝趺醋?。相反,应当想到怎样回答,日后将要提出的问题:“我怎样才能产出多余我需要的能源而我应该怎样使用这些能源呢?”
因此,被动式/主动式房屋所提出的挑战不是在于技术层面,而是在于能向其用户提供独立的能源供应的能力。
?ZEB 就像一件纪念珍品
Multicomfort House 项目的诞生是与“零排放建筑”理念推广的商业可能性有关的思考。这个术语实际上是挪威建筑业业主对缩写语 ZEB 所作的诠释,而在这个术语解释上还有明显的混乱。这个团体中包含了:
-建材和设备装置的经销商(分别为 Optimera 和 Br?drene Dahl,这两家公司都属于 Saint Gobain 集团);
-专业研究中心(ZEB 中心,Sintef);
-设计师(Sn?hetta 公司)。
显然,该项目不属于按照欧盟指令规定准则而建成的第一幢示范样板房。尽管如此,在以下几个方面仍可以发现其重要价值:
-促进按照面向质量和性能的多品牌思路,采用可持续的材料和技术;
-按照整合方式为销售提供补充服务(从设计、预制、物流,一直到供应家电和家具,等等);
-因此,就一个动态的柔性模型来讲,Multicomfort House 能适应各种实际建筑布局,目前主要用于展示宣传和教育培训。
同样值得注意的是,这是一个完全在挪威诞生并发展的创意,该国的人类发展指数全球最高,人均 GDP 全球第二,而且是全球第三大的石油出口国,天然气储量极其丰富,全国遍布水电站和风电场。于是,人们不禁要问:出于什么原因,挪威人会选择住在一幢 ZEB 房屋中呢?
答案就在众多发起人的见解之中。就强调下述比较重要的方面来讲,零碳排放(环境可持续性)是个前提条件:
– 舒适的条件,包括由户外游泳池免费供暖;
– 因采用天然建材而有益于健康;
– 采用最先进的民用技术;
– 生产的能源多于本身需要。
因此,答案就一清二楚,这是一幢具有可持续性的主动式住房,令人快乐、健康、自由还能挣钱。而“先供方案,后卖产品?!闭庋男畔⒉唤鑫饲痹谟没У难矍颍业玫搅苏龉┯α吹那囗ㄉ?、房地产开发商、工厂企业、专业人士)。
房子是怎样建造的
Multicomfort House 于2014年9月落成,坐落于奥斯陆西南约80公里、拉尔维克港口附近的 Ringdal 森林的边缘。 这个地区(纬度大约59° N)的特点是气候温和,降雨量适中,平均气温在16.5 °C(7月)~1.8°C (2月)之间变动,没有明显的尖峰。
房屋(有效占地面积约200m2)占据着一块矩形地块,主轴面向西北/东南并倾斜大约45°,楼体造型极其简洁,特点是唯一的屋顶坡面倾斜19°。外部入口朝向东北,进门便是一个双层高的空间,已确定作为多用途内大厅,厅内分布着全部房间:
-多用途房间(客房、书房、休闲室);
-起居室,位于整个房屋朝南最高处;
-可住人的大厨房,带隔墙、中央料理台和就餐区;
-卫生间,兼洗衣间;
-食品柜,放置于壁柜前。
所采用的结构系统主要基于预制木结构,唯一的例外是采用笼框填满石头后砌成实心墙,藉此将地块与街道及内部庭院分隔开。在现场可以应用再生材料,譬如,室外铺设地板和游泳池所用的板材就是采用回收的集装箱。
建筑设计时被告知应按被动式房屋所用的标准进行,将面积–体积比减小到最小程度,同时最大限度地提高:
-房屋外壳的隔热隔音性能(不透光的U形墙面:0.08~0.1;U形窗户:0,72 W/m2K);
-由透明立面和自然照明免费提供的太阳能贡献率;
-所用建材的热容量。
装修方式的选择结合了对外部美观和功能特点的考虑,以求获得高等级的室内空气质量。采用最新一代的家用设备(譬如 LED 灯具),并预设金具,以备以后安装高科技设备。
就水资源的管理来说,将屋顶收集的雨水贮藏在一个可以应对一年需要的小水池中,然后送至一个水箱(净化),最终泵入一个6,000L的蓄水池,用作非饮用水(供卫生间水箱冲水和绿化灌溉)。
温室气体排放与能源
对 Multicomfort House 确定的可持续性等级定为 ZEB-OM,所对应的建筑可以抵偿与其整个使用期间和所用建材,包括与房屋拆除相关的碳排放。此等级刚刚低于 ZEB-COM,后者甚至还能抵偿建造过程中的碳排放。
计算建材碳排放是设计管理团队负责的多学科工作的主题。以年度为基准算得的总量为:
-建材:1,257kgCO2;
-房屋使用:911kgCO2;
可抵偿:
-2,534kgCO2, 由可再生能源(太阳光伏能和太阳热能)承担,正差异为366kgCO2。
基于统一的基准,温室气体排放总量估计为6.24kgCO2/m2a。
之所以选择在屋顶安装光伏设备(150 m2;年发电量估计为19,200kWh),主要是因为该项技术的应用日渐普遍,成本适中而且总体说来无需维护。光伏阵列配有一个蓄电池(48V;600Ah),既可覆盖夜间用电需求,又能在白天用电高峰接受电网供电。
借助以下设备,满足供暖(鉴于气候条件,不考虑制冷系统)和生产卫浴热水的需求:
-一台地热泵(3kW;COP>5),按照交替使用地热井和地热探头的考虑布局,并为控制机械通风配置集成系统,从而覆盖了约80%的供热需求;
–? 一个配备了平板集热器的太阳热能收集?。?6m2),设置在屋顶中央带上。
产出的热水贮藏在一个400 l的水箱里,送向敷设在整个底层辐射地板下面的回路和二楼的浴室,以及位于底层空间和二楼的中央位置的两个大暖气片。
蓄热水箱与来自卫生设施(盥洗盆、淋浴器)和家用电器的中水余热回收装置相连接,藉此对卫浴热水预热。家用电器还向洗碗机和洗衣机供给热水:这种选择的确增加了卫浴热水的消费,但是也减少了家电的电力消耗。
如果太阳热能设备的贡献率不足(阴天天数过多)或正在夏天(地热泵关停),若需要补充热能,可利用装入换热器(效率85%)下游的VMC(机械通风)装置排出管道内的一台小功率水 – 空气热泵解决。
VMC 装置还配备了一个蓄热装置,直接连接地热回路,其作用有两个:冬天防止换热器过度冷却,夏天能够冷却进风。必须指出,热能消费也包括了对游泳池水的加热(40 m2面积)。
关于设备管理系统,采用 KNX 标准,适用于远程可控的基于网络的系统(web-based system),也可使用便携式终端设备。表1所列为按年计算的能源生产和消费数据。
表1 –每年能源生产和消耗
预算 | 所需功率(kWh) | 能源生产(kWh) |
冬季取暖 | 3.870 | – |
机械通气(加热) | 366 | – |
热水 | 6.445 | – |
家电+照明+更多 | 5.581 | – |
电动车(12,000公里/年) | 2.040 | – |
排放量(建材)* | 6.165 | – |
排放量(PV ??椋? | 3.363 | – |
电力(光伏组件) | – | 19.200 |
热能(可再生能源) | – | 6.140 |
从回水热回收 | – | 3.222 |
总数 | 27.830 | 28.562 |
差异 | 732 |
*转换系数:0.132kgCO2/千瓦时。
根据披露的数据,供暖和机械通风的年能耗等于卫浴热水所需量的65.7%,而中水余热回收装置却能承担相应热负荷的一半左右。
在住宅中利用家电配合卫浴热水管网供给的场合,这种系统可能极其高效,即使在纬度较高的地方,尤其是组合了第二台热泵,在夏季回收 VMC 装置的热量。
居住和社交
该项目楼群位于以建筑布局密集且存在基本公共设施(医院、营房、公共停车?。┪卣鞯拿桌嘉鞅鼻?,附近还有一块预定作为城市菜园的绿地。
四幢建筑均位于狭长的地区内,两两相对,朝向西南-东北轴线,支承楼群的地下层用作车库、设备中心和公共设施间,建筑结构为钢筋混凝土结构。所有建筑采用交错层压木板构架系统构筑(交错层压木板预制构件),构成如下:
–? 分布型长廊式混合用途的水平向楼体(地上两层);
–?? 一幢住宅用高层楼体(地上9层)。
使建筑布局形成了带有中心花园的长条形庭院,成为了具有社区特征的场所,围绕庭院四周为一个牛奶?。ǘ源舜υて诎才乓幌罨指垂こ蹋米餍∏纳缁嵛幕疃〉兀┖鸵桓龈接行⌒吞逵〉墓?。
整个楼群遵照国际竞赛招标,由 Tekne 工程技术公司和 Rossi Prodi Associati 建筑事务所共同负责。
结构与结合
结构系统为交错层压木预制的木板承重构件构成,这种方案将生态环境要求与建造多层楼宇所需的技术潜力紧密结合,实现了高性能的结构安全性和居住舒适性。
简洁(楼梯井位于中央,连续而不间断;承重墙连续而不间断;阳台为建筑结构附加伸出部分)、规则(在平面图和立面图上布置对称一致,7个垂直和水平隔间连续不断,箱式结构)是项目结构的三大关键要求。
所采用的结构系统为三维型,其构成如下:
– 楼板(厚度:20cm,跨距5.8m以下;跨距6.7m以下)和二维墙板(第1层20mm;第2层 ~第4层18cm;第7层和第8层14cm;第9层12cm);
–? 结合部或一维结构线不可理解为简单的接触点,而是各构件之间真正的缀合加固件。
四层以下的结构线是利用金属销钉和夹头实现的,而对于四层以上,则按照精确的安装图用螺丝杆(长30cm),将金属异形板和角铁插入木结构楼体。后一种方法还用于保持楼板的连续性,使其内部空间分配高度灵活,实现家庭环境的个性化。
整个楼体为箱形结构,周围连接有中央楼梯-电梯井,而因立面上存在着一系列窗洞,安装作业按照垂直承重带的截面积逐渐减小的趋向沿楼房外壳向上展开。在静态分析、动态分析和参量分析时,模拟软件都证明该建筑具有高抗震性,具有抵抗局部意外事故的能力而无坍塌风险。
能源和环境情况
预制系统只涉及结构件,而各层内外墙的构筑和设备管道的敷设均在工地上完成。因建筑物外壳的保温性能优异,整个楼群被认证为 A 级(平均24kWh/m2a)。
外墙总传热系数为0.155W/m2K。其典型墙体截面中含间隙不透风的石膏纤维板和玻璃纤维板(45mm)和嵌在交错层压木板中的双层石膏纸板,墙体表面罩添加了石墨(120mm)和树脂涂层与含 EPS 助剂的耐热覆面板。窗户配有低辐射单层中空玻璃(18mm,充氩气90%)和内部遮光窗帘,平均传热系数为1.35W/m2K。
屋顶(总传热系数0.127W/m2K)为内嵌石膏板和填充岩棉(40mm)的屋面板制作,外层?;び伤嗷医?、防潮铝箔、双层聚异氰脲酸酯板(总厚度120mm)和 PVC 防渗漏膜构成。
高层结构全为干式安装,因而将施工期间的化石燃料和水等资源消费降低到了最低程度。建筑结构所用木材的可持续性保证了注册供应链所供应的6,100m3木材的寿命。
考虑到比重为700kg/m3、平均热值约19.2MJ/kg(冷杉含水量15%),所用木材蓄积的能量约为82,000MJ。是每年约600公顷的森林用材可产生的能量值,如果与意大利全国森林总面积相比,则相当于不到一个小时的木质生物质产量。
对于环境可持续性问题,则通过收集部分雨水,经由地下灌溉管网解决庭院灌溉用水的需求。利用卫生设施的双重回路,将为供暖用汲取的部分地下水重新用作住宅内的冲洗用水。
地下水的热量
建筑外壳的分层设计保证了热波的相位差。由于减少了为满足整个楼群必须的能源需求,因此只将地下水用作可再生能源。由两口井专门汲取地下水供给全部热力设备所需能源,其余的井用于回灌。
唯一的设备中心位于地下室,从内部庭院可以进入:室内安装了2台热泵、一次回路换热器、热水和冷却水水箱、卫浴热水快速换热器及循环泵(每个回路都配备)。热泵规格达到总供热供冷负荷的60%。地下水全年平均供给温度为14.5°C,冬天9.5°C,夏天17.5°C。
在用户侧,传热流体介质的温度如下:冬天入口37°C,出口42°C;夏天入口19~20°C,出口17~15°C。所产出的卫浴热水固定为55°C,回水50°C;卫浴热水分配温度45°C。
所有设备全年能以以下任何一种模式运行:单循环运行(空调、供暖、卫浴热水)或复合循环运行(卫浴热水供给加空调或供暖)。所有模式都能由控制器或??仄魃瓒?。一台带 DDC 程序的数字控制器能够通过循环泵的启用,控制设备运行。采用 LON-bus 协议的远程监控接口,用于链接命令、控制器和运行参数阅读。
鉴于循环泵和热泵的运行循环的可变性,为避免连续出现关闭后重启,这些泵都采用变量型并配蓄水箱。通过对可供能源分区和备份保证了设备运行的可靠性,因此可以连续运行。
减少热力设备能耗主要涉及如下几点:
–? 采用高效设备(COP6.48;EER4.5),利用可再生热源;
–? 夏天,借助消除制冷循环过热来生产卫浴热水,优化能源循环;
– 利用室外平顶上的空气处理机组所产生的一次风,使辐射板在夏天和冬天工作,从而使得夏天较高的气温和冬天较低的气温维持在舒适温度水平;
– 由空气处理机组回收运行余热。
空气不循环也限制了病原体的扩散和增值。由于空气处理机组寂静运行而且又不采用局部通风机,因此,居住环境噪声轻,保证了运行噪声水平低于声功率级25dB(A)。总体说来,用流体机械设备取代了优质标准设备,从而取得方便操作、降低维护成本的效果。
设备终端
所有住宅单元都在地板下安装了辐射板,用于供暖供冷。蛇形管采用过氧化交联高密度聚乙烯管(pe-xa)制成,插入嵌入双密度发泡聚苯乙烯的预成型蓄热保温板中(最小厚度3cm)。卫生间配置带电阻丝的干手器。
所有楼宇都设置了商住两用的双流量集中控制通风系统,可恒流量连续运行。每个空气处理机组配有:
–? 采用地下水的室外新风预热预冷单元;
–? 空气-空气热泵、变频压缩机和2台换热器;
–? 冷凝余热回收用热空气后加热单元;
–? 流量可控的插接式送回风风机,以保证一次风的最小流量;
–? 预过滤器G4和过滤器F7。
夏天,排气换热器起冷凝器的作用,而在冬天该循环颠倒过来,于是排气换热器便起蒸发器的作用。在春秋两季,空气处理机组自由冷却运行。
空气处理机组通过竖井内的分配风道,经分支风道和设在分隔口的预校准挡板,联通所有住宅单元。装在机组带微处理器的调整器上,保证了按预定值调整送风状态。分配风道为硬质发泡聚苯乙烯板预制的保温管,外包铝箔,B级接头(漏损小于0.8 l/sm2/1000Pa)。
鉴于送风的温湿度条件(夏季24°C、RH50%;冬季20°C),即便在夏季供冷阶段,整个系统对环境的贡献也很显著。另外,借助于专用管道将厨房排出的烟气排向室外。
给水和消防系统
给水中心是设备中心的组成部分:有一组截止阀、砂滤器和过压系统,用于供给饮用水(预处理蒸压器和蒸压器)和空气处理机组和卫生间用的地下水。
主供水回路采用普通碳钢管道,外套密封微孔泡沫塑料保温套,而住宅单元内部的附属二次分配采用多层管。
卫浴热水生产系统由板式换热器、蓄热水箱(避免热泵连续开停操作)及各末端间的循环泵构成。其规模大小须满足整个楼群内部30%的淋浴室同时使用的需要。利用基于稳定态二氧化氯的化学药品作抗军团杆菌处理。
消防系统与水池(供水时长超过30min)和泵站相连接,该泵站由电动泵、机动泵和先导泵构成,排量为46m3/h,扬程60m,可供应整个楼群和地下车库的消防用水。
在地下车库里装有消火栓 UNI 45(每个120 l/min,最低剩余压力2bar),而住宅楼的消防?;しü婀娑扛乐┧氡V?60 l/min, 两根消防柱同时供水 ,每根都配有连接机动泵的接口。
消防系统的分隔工程包括了一次风风道的隔火挡板(设在地下室竖井出口附近和防火墙相应交叉点)和消防用出水卡套(每个楼层横道附近、防火墙和地下层楼板的相应交叉点)。
调整与计费
为监管设置的设备调整系统极简约地由几个调整器构成,能够通过一个标准总线系统进行通信(在 LON 总线上采用 LonMark 技术)。调整器无需借助于其它装置,便可以同与其物理连接的任何设备分享信号。
配电所主要服务于设备中心。模块型控制器还监控着空气处理机组,并配备了图形操作终端,以控制和调整运行状态。流体供给调整系统为前置式控制系统,用于对2~4个用户实施热能计费、分配和调整。每个调整计费站由以下装置构成:
– 卫浴热水和饮用冷水的用量计费;
– 根据设备运行季节变换的供热供冷量计费;
– 借助二通阀的调整装置。
计费站和独立控制器根据室内定时温控器和湿度调整仪的用户设定值控制着二通阀,而湿度调整仪仅用于控制结露。该站通过总线与集线器连接,后者又与社会管理员办公室内的电脑连接。
利用设在竖井内的手动选择开关实施季节转换,藉此关闭卫生间内的干手器和辐射板。另外,为向卫生间供给地下水设立一个单独的计费系统,由一个计费量表和一个计费站构成(每三个用户配一个计费站),与总计费系统连接。
仪表读数由社会管理员办公室实时集中读出。该系统设计得能够基于远程读数结构输出和操作数据,从而将逐渐汇总发起人实施的社会福利住房的推出效应。
建筑系统的统一要素由建筑技术和屋顶设计构成,也正是这些要素将体现出在第二实施阶段预计建造的建筑物的特点。
在第一种场合,建筑物立面包覆石头,依靠层压木外部结构?;?,从而构成一系列敞廊并形成一种第二层建筑外皮,而按采用绿色织物的自动卷帘遮阳防眩光装置设计。就节能来讲,倾向于关注单幢建筑的水平,采用 Casaclima B 证书,热经济性指标为30,68kWh/m2a(办公楼)和44,22kWh/m2a(住宅)。
这些屋顶呈现出不同的高度、斜度和方位,明晰参照了围绕河谷的山峰的自然形态。共有4,192块光伏??椋ㄗ芄β饰?12kWp)安装在屋顶坡面和某些立面上,借助于特殊框架贴敷在支撑面上。
电力、热能和冷能的生产与分配按照规模经济、资源优化和降低管理成本的原则处理。以各种高效率的技术方案为特征,基于唯一的冷热电三联供中心,分配各种用能高峰,服务于整个小区。
三联供中心
冷热电三联供中心建在该地内部(约7,000m2),位于阿迪杰河的右岸,匹对主要用户现场和环城高速公路,其特点是采用模块化设计解决日益增加的能源生产需求。
受狭长地块、机器的外形尺寸和搬运空间的限制,该中心不得不采用直线式布局。整座厂房有七根层压木横梁和若干立柱支撑,沿河岸伸展约100m:东侧分段立面的设计依靠结构、钢筋混凝土幕墙和镀锌钢板屋顶的表面涂层与周围景观保持协调, 并与木头和土壤的颜色一致。沿北端和南端最短的边缘补充种植了一些中等高度的乔木、灌木和攀缘植物。
地下层安装了立式地板安装型换气暖风机构成的机械通风系统(3vol/h,室内温度15°C,室外温度-12°C)。在地面层的冷冻机房和联产发电机房中,配置了带水平导流板的卧式喷射空气加热器,全循环运行,由环境温控器启动,用于抗冻加热(室内温度5°C,室外温度-20°C)。
在地面层,三联供中心的范围包括控制室、办公室、更衣室、仓库和维修工场。在冬季,有人房间借助于挂壁式双管暖风机维持20°C温度。在夏季,利用分隔墙壁维持室内温度26°C(仅办公室);按照0.5vol/h,通过更衣室和洗手间强制换气。
三联供中心造价为1,500万欧元,由 Atzwanger、 INCO 和 OCEA 这几家公司组成的合资公司以交钥匙方式,为 Dolomiti Energia 公司建造;可行性研究和最终设计由 Manens-Tifs 公司担纲,计划编制由 Paolo Comandini 工程事务所承担。
技术装备
三联供中心于2012年11月落成,其规模是按照利用远程供暖供冷双重管网为城市西区的不同用户服务而确定的。在第一种阶段,中心将向总面积约172,600m2的办公楼供暖,其中包括在第一阶段向前米其林区供暖的97,300m2待项目竣工时,远程供暖总面积为101,600m2。另外,潜在的用户包括了省政府规划的新的中小学、大学和附近的 Piedicastello 小区的住宅。供冷管网将覆盖约142,600m2,不包括约30,000m2的大学。
三联供中心基于只使用天然气为燃料建造的??梢跃サ雷呓叵率?,也可乘搬运机器的升降机进入,按照满负荷在室内安装了:
在地面层安装有:
工作编程
每台机器的开停都由装在通向用户的联箱上的温度探头控制。送向用户设施的热水和冷冻水的循环为变量型,通过改变发动机转速和泵的工作数目, 顺序作动变频器上压力探头而实现。
联产发电机组的运行(优先级别高于锅炉)依赖热负荷的设定:发动机的风门自动调节,防止冷冻水温超过75°C,若要求风门调节低于50%,则发动机停止。将烟气换热器后出水温度保持在95°C,同时将排量改变到最?。ㄔ级疃ㄖ档?0%);如果风门调整到50%,则温度会一直下降至89°C。
为了优化联产发电机组的效率,一方面从储水罐下部抽取传输回收热量的热水,另一方面引入来自远程供暖管网的回流水。于是,装在用户供给管网上的温度探头顺序作动位于联产发电机组出水口处的三通阀,将这些热水送向储水系统。必要时,探头会要求顺序操作锅炉,调节锅炉进水口的阀门。
当供给管网的温度即使不利用锅炉也能满足需求时,则联产发电机组会全部或部分供给吸收单元(优先送向冷冻机组),并通过作动三通阀调整可供热水流量,维持产出冷冻水的温度设定点。
利用压差开关使每个冷冻机组的运行受制于相关换热器中是否形成水循环。利用顺序调整风机转速(双速)和总体运行停止的探头,控制公共联箱温度,使冷却塔并行运行。
该中心的管网规模为最大压降220Pa/m,无论任何工况,最高流速保持2.5m/s。
三联产系统的高能效使得燃料消耗比分开发电和生产传热介质低约30%,一次能源每年节约大约575Tep。
管网、供冷/热站和建筑物
中心的满负荷运行能提供供暖功率12,741kW和供冷8,039kW,其中11,231kW用于空调供暖,1,510kW用于生产卫浴热水。
管道从地下层起向外引出,通过新建的层压木过桥跨越阿迪杰河,然后走地下分成几个分支,到达小区内13个供冷/热站,站内设有传输换热器和计费系统。
远程供暖供冷管网采用预制保温管地下敷设,并安装了检漏仪,可按用户需求调节管内流量。在第一阶段,供给温度为90°C,优化了联产机组的热量回收,避免利用过热水,可以满足对既有楼宇的热水供应。远程供暖管网的回水温度为57°C,而远程供冷管网的温度分别为6°C 和11°C。
一般楼宇内的供冷/热站和空气处理机组都安装在地下层?;蝗绕魑迨酵富蝗绕鳎ㄔ冻坦┡┖桶迨矫芊饣蝗绕鳎ㄔ冻坦├洌?。这些换热器分别在温度为45~50°C和12~7°C二次回路上运行;对于卫浴水来说,温度为50~72°C。
除了带换热器的供冷/热站以外,用户的供冷/热站还将冷热液体供给空气处理机组和供冷供热终端。建筑物内的设备类型是与应用类型有关联的:诱导式冷梁、暖风机、用于地板和/或顶板的辐射板、全空气空调系统,等等。
虽然从功能和设备观点来看各有不同的特点,但是 Le Albere 小区的所有建筑都在考虑了以下因素后设计的:
管道和风道走地下敷设,直至院子竖井内,接着沿着竖井从地面层引向第四层,然后沿顶板分布。供给空气处理机组、暖风机和后加热机组的传热液体在冬季为50~45°C,夏季为7~12°C;供给诱导式冷梁的传热液体在冬季也为50~45°C,夏季为15~18°C。
在大多数空气处理机组中,增湿器是绝热型的,带洗涤器,配乙二醇溶液型或交叉流型双组合系统,用于回收排气余热。
中心的楼梯利用安装在卸货楼梯顶板上的暖风器实施空气调节。设置在地下层的过滤器具有增压装置。在非住宅用房间的卫生设施内,采用快烧电气锅炉就地生产卫浴热水。
建筑物管理系统基于以太网通信网络和基于 TCP/IP 协议的 BACnet(楼宇自动化与控制网络)
设备
Le Albere 小区的 B 楼包括:
办公室内,依靠一次空气系统实现通风、湿度控制和激活诱导式冷梁,而对于诱导式冷梁,只是依靠温度控制(全年送风温度17°C)。在冬季时分,若需供冷,在运行供冷/除湿机组之前,假定户外空气的焓值低于循环空气的焓值,就利用自由冷却。
办公室里,利用设置在室内的温度探头,通过调节器顺次作动阀门,调节热水或冷冻水的流入量,从而调节诱导式冷梁的送风温度,然而在服务间内,则是借助于设置在室内的温度探头,通过调节器作动后加热机组实现温度调控。
对每个办公室模块实现单独调节;若多个模块合并,则提供统一的调节。在每个房间内,配置一块配有室内探头、电位计或控制器的控制板,用于校准设定点。
Le Albere 小区内的 C 楼、D 楼、F 楼和 G 楼是供商务活动、第三产业和住宅居住用的,因而包括了:
商务区配有一个一次空气系统(仅用于通风),线性风口装在顶板上,布置的最多的是四管制暖风机,设置在顶板上。在办公室房间顶板上,安装在利用多台四管暖风器构成的悬挂装置处理一次空气的系统。在这两种场合,借助于室内的回风隔栅及辅助间和服务间的顶板排气扇排气。
在住宅中,提供了一个借助室内温度探头的双重调整系统,有可能实现局部校准,具体如下:
在 Le Albere 小区的 E 楼中,设备项目类似于 B 楼,但是功能划分比较复杂,实际如下:
健身房和酒吧式餐厅各具一套全空气空调系统及排气风扇与更衣室和洗手间用的水暖设施,系统能够实现局部循环,排量恒定,全年可以自由冷却系统激活,可回收热量。每个空气处理机组根据用户的特殊需求而各具特点。
在其它房间内配备了以下类型的设备:
1.海林太阳能集热板面积的计算
项目需求采用平板式太阳能提供所需热水,基础参数如下:
1) 建设地点:北京 海淀区
2) 供水温度:50℃
3) 冷水温度:15℃
4) 太阳能辐射强度:17 MJ/m2.d
5) 每户每日热水需求:80L
集热器集热效率为运行平均集热效率,其与瞬时集热效率有如下关系:
——集热器平均集热效率,无量纲;
——集热器瞬时集热效率,无量纲;根据国家太阳能热水器质量监督检验中心(北京)出具的检测报告,海林平板太阳能集热器瞬时效率选取0.75;
——集热器方阵进水口温度,℃;;
——系统冷水温度,15℃;
——系统热水温度,取50℃。
——环境气温,;本处按照全年平均气温11.9℃选取;
——日照强度,;;
——日均日照时数,本处按照全年平均 7.15小时选?。?br />
计算??? =52.1%
2.集热系统设计计算
每户的集热器面积可以按照下面公式进行计算:
— 间接系统系数 ,一般取1.05
— 直接系统集热器采光面积,m2;
M — 日均用水量,每户按80L计算;
— 水的定压比热容,kJ/(kg·℃),一般选用4.187kJ/(kg·℃);
— 储水箱内水的设计温度,50℃;
— 水的初始温度,按照当地平均水温选取,15℃;
— 太阳能保证率,%,根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素综合考虑后确定,取65%;
— 当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量,取当地春夏季日辐照量17MJ/m2;
— 系统的年平均集热效率,无量纲,0.52;
— 储水箱和管道的热损失率,根据经验取值为20%;
— 垂直角度太阳能面积补偿,0.7。
计算得:
Ac=1.62㎡
采用海林平板集热器1块。每块集热器尺寸为770mm(高)×2500mm(宽),有效集热面积为1.925。
三.系统原理
海林太阳能集热板为强制循环间接系统;生活热水箱为承压直接系统。集热板的选择性涂层将吸收太阳能辐射转化的热能传递给工作介质(防冻液),依靠水泵使介质在系统中循环,通过热交换将水箱内的水加热。当打开出口热水阀门时,自来水便会靠自身压力将热水顶出热水阀门。
Box1:
项目设计说明
1.系统配置
平板太阳能集热器、80L盘管承压水箱、控制器、辅助热源采用自动切换电动三通阀与燃气壁挂炉相结合。
1)设计先进、可靠
l????? 合理的结构设计:采用一体化设计,有助于集热器及时排出由于内部冷凝引起的潮气;
l????? 便捷的安装接口:集热器板芯流道和接口特别设计。采用外丝铜接口,具有通用性;
l????? 夹套换热搪瓷水箱,换热面积大,介质流动阻力小,利于实现自然循环;
l????? 海林专业的控制系统,人性化的控制逻辑,确保全天候用水需求;
2)系统安全、适用
l????? 集热器表面盖板采用低铁布纹钢化玻璃材料,具有较强抗冲击力,
l????? 其静态表面承压可达1吨,经冰雹抗性试验,可抗1050克钢球从1100mm高落下的冲击;免除发射和光污染顾虑采用特殊涂层处理的超白玻璃,不会因日光照射引起光污染;
l????? 盘管式水箱,确保水质清洁卫生,换热介质为食品级介质,避免内部结垢,保证水质;
l????? 系统承压运行,出水带压,洗浴舒适。
3)美观、与建筑结合完美结合
l????? 板式结构,辅材使用较少;
l????? 整板激光焊接技术,外观更为整洁;
l????? 独特边框设计、无铆钉结构结合;
l????? 更易与建筑完美结合,实现建筑一体化。
4)集热器和水箱安装节点安全可靠
集热器安装在阳光充足的外墙面上,在阳台的钢筋混凝土构造板上安置螺栓,专用铝合金型材卡具。集热器由铝合金型材卡具固定,绝对防止高空坠落。水箱安装于阳台内承重墙上。
5)采用吸热效率较高的海林平板太阳能集热器,抗冲击、安全性和稳定性高;
6)太阳能各系统部件精良选材,均有产品检验合格证,保证100%合格。
7)太阳能热水系统实现安全、可靠、高效的全自动无人值守运行。
8)集热循环管路内充食品级防冻液,保证全年运行,满足用水安全性。
9)集热器承压能力1.4Mpa,水箱承压0.75MPa。
2.产品技术参数
四.海林太阳能阳台热水系统设计合理性:
1)合理的结构设计:采用一体化设计,有助于集热器及时排出由于内部冷凝引起的潮气。
2)便捷的安装接口:集热器板芯流道和接口特别设计。采用外丝铜接口,具有通用性。
3)免除发射和光污染顾虑:采用特殊涂层处理的超白玻璃,不会因日光照射引起光污染。
4)盘管式水箱,确保水质清洁卫生:盘管式水箱,换热为食品级介质,避免内部结垢,保证水质。
5)海林专业的控制系统,水箱太阳能热水和锅炉热水双重能源补充,人性化的控制逻辑,确保全天候用水需求。
6)安全系统: 水箱高温、低温报警显示和蜂鸣器报警。水箱高温停止水泵循环。
五.经济效益分析
太阳能阳台热水系统与其他能源的比较:
按照2.5*0.77的阳台板集热器计算集热面积为1.925㎡。
按m2集热器计,海林太阳能集热器每年可为该项目提供的能量为:??? 式中:1——获取的热量,MJ
太阳能每年提供热量为17×1.925×0.52×365=6.21×103MJ
本项目应用海林太阳能热水系统,实现太阳能与建筑的完美融合,并大面积安装应用,解决了城市建筑大量供应热水的问题,降低热水能耗,大大降低投资成本。
]]>图1:昂德西尔屋是英国一栋使用被动能的建筑,新建的部分建立在原有的旧址之上
最初设计被动房的想法简单基本:任何一间房子都可以独立地从建筑的功能结构里获得能量。对于房子而言,所谓的被动是通过再加热或再制冷对交换过空气进行处理,从而获得舒适的温度(依据标准:EN ISO 7730),此外还可以获得较高质量的室内空气。
实际上,被动房的运行只需要很少的、由建筑物里面安装的优质高效的设备提供的能量。从第一次获得关于被动房的经验到今天,这种低能耗建筑技术一直遵循着严格的方法向前发展。在这个进程中,更注重的是发展技术和对能耗的控制。与越来越普及的可再生能源相比,这一技术走的是一条独立发展之路。在未来的十年内,该技术将通过它的“零能耗”建筑为节能事业作出贡献。
图2:丹麦建筑师 Eth-Maa 奥拉弗·朗杰凯普的家,这也是丹麦第一个获得认证的被动房?
从理论到规范?
1988年瑞典隆德大学的波·阿达姆森教授(Bo Adamson)和德国达姆斯塔特房屋与环境研究所的沃尔夫冈·费斯特(Wolfgang Feist)提出了“被动房”的概念。此后,在德国阿西亚地区的资助下,又经过一系列的研究和设计,进一步发展了这一概念。1991年在德国达姆施塔特(Darmstadt-Kranichstein)建成了世界上第一个被动房:这座三层高的建筑共分四个单元,整个房子的平均能耗,如果以20年计算,每年可以不间断地生产出10kWh/m2的能量。这种建筑被称为“经济型被动房”,因为它对能量的需求很少,这种有限的需求使房屋的最低能耗要比采取进一步的节能措施的还省钱。
1996年 W.费斯特(W. Feist)建立了被动房研究所,时任所长。被动房研究所是一家独立的私立研究机构,该机构设在达姆斯塔特。他们主要在能源效率、向大气中的减排污染物和在房屋中使用新型能源等方面进行推广和提供指导。研究所的工作范围很广:从技术推广和组织培训方面的活动到为设计师提供咨询,从与建材和设备厂商的合作到工具和软件方面的开发,从对个性化设计的探讨到发放认证书,甚至还包括依据能源状况,在基础和应用等方面进行研究等。
图3:“能量块”大楼是2002年在德国 UIM 建成的一座办公楼,目前它是世界最大的被动建筑?
90年代末,在实施“兆卡计划”的大背景下,被动房研究所参与到欧盟的 Cepheus 项目(欧标经济型被动房计划)中来,他们在五个国家(奥地利、法国、德国、瑞士和瑞典)建造了220个被动房。执行这个项目的目的是想对不同环境下被动房的参数进行评估,因为这些房子采用了不同的设计和建造技术,但都是想通过节约能源消耗,使超高费用的造价得以获得补偿。
2000年汉诺威的国际展反映出人们对被动房的兴趣在不断增长,展会还展示了 Cepheus 项目获得的成就。这些对于立法机构、地方还有国家各个机构的发展都产生了深远的影响。在支持可持续性发展的房屋建造领域做出最快反应是奥地利的福拉尔贝格州,自2007年起,当地政府强制要求一切在建房屋都必须是被动房。到2015年,这项要求将扩大到整个奥地利。在瑞士,按非强制性节能标准建造房屋的开发商和个人一直以来都得到了政府、法律、信贷以及经济政策等部门的大力支持。在意大利,自2002年起博尔扎诺(Bolzano)自治省开始执行“空调房/冷暖房”标准,这个标准由当地研究所制定。2006又成立了空调房公司,现在这家公司的公共财政收入业绩非常突出。
图4:位于科尼茨(Gebartstrasse)的一栋住宅,Canton Bernardo(Halle 58设计)从西南方向看去,楼房墙面全部透明。该建筑获得了低能耗 P-Eco 认证
被动房:要求与特点
被动房对性能的基本要求是能长时间地保持室内较高的舒适度(Ashrae 协会,美国采暖、制冷与空调工程师协会的 A 级标准,就是说不合要求的部分不得超过6%),并且前提是不使用冷热交换设备。关于其它方面的更高的标准,首先要考虑满足以下要求:
如果说经济上达标的话(或者说,被动房能省钱的话),以三十年计,包括一些可能会发生浮动的费用在内(方案设计、工程建造、设备的购置和安装,以及对全部建造过程的管理等等),是指这些费用不会超过那些不具备被动特性的,但基本情况类似的新建筑。
为了能达到上述要求,被动房在建筑技术方面应符合一些要求。在难以实现某些特性的情况下,允许使用那些以再生能源为动力的系统。通常,为了最大限度地获得被动的太阳能,建筑物的正面应该选择朝南,同时要注意周围的物体是否会产生遮挡建筑物的阴影(山、附近的建筑和树等等)。紧凑的结构有利于减少建筑物朝外铺张开来的暴露的部分。除了屋顶形状以外,表面积/体积的比例关系是一个单独的问题。一般而言,二者的比例应保持在0.33之内。
整个不透明外墙材料的平均U值不能超过0.15 W/m2°K,这个数值可能会随具体位置不同有所区别,大概情况是:0.13 W/m2°K(屋顶);0.15 W/m2°K(墙壁、顶棚内侧和不取暖的夹层);0.17 W/m2°K(阴面的水泥板);0.20 W/m2°K(接触地面的材料层);透明材料的热效率不应超过0.80 W/m2°K(是不透明材料和双层玻璃的组合体),同时吸热系数还要保持在50%左右。
此外,还直接对使用水的系统设备进行设计和处理:
可能还需要强调一下,上述这些特性,主要适用于在欧洲范围内建造的被动房,而且主要是那些集中在温暖湿润,夏季比较温和的地方。包括阿尔卑斯山山脉前方区域和亚平宁山脉的中部与东部地区。因此,在其它地方建造被动房时,应当避免盲目地追求一致,首先需要考虑当地的气候条件。比如,结构紧凑这个特点,它只适用于那些夏季炎热的地区,例如意大利波河平原和亚得里亚海西海岸的大部分地区?;褂?,在典型的地中海区域(如意大利第勒尼安海、南部和西西里岛等地区),一定要灵活掌握,比如:那里的房屋朝向不必向南,建筑物外层遮光的部分,面积要更大,还有的地方,室内应需要更保温。
图5:这座被动建筑(设计者 Karawitz 建筑设计室)在 Bessancourt,紧挨巴黎,其特点是使用木制的遮光屏?;げAР牧系耐馇?/em>
一般而言,有一点是可以肯定的,建造被动房需要因地制宜。为了通过这些技术使设备的能耗趋近于零,需要满足以下条件:
例如,使用特殊的密封气体并非是一个长期有效的方案。因为所利用的双层玻璃并不是一个可靠的选择。
从私人建筑到公共项目
首批被动房出现在二十世纪末和2000年初,出资人全部都是私人客户。建造地点集中在德国的新弗里堡、威斯巴登、汉诺威、克隆斯堡和斯图加特等地。在同一时期的2002年,德国境外贝加莫的奇纽罗岛建造了四栋被动房。整个建筑由布兰多里尼-瓦达梅里建筑师联合工作室设计,项目的客户方是瓦诺奇尼房屋开发公司:该建筑为钢结构,地下部分为钢筋混凝土材料,多层材料填充的墙体由干式建筑法打造,因此每部分墙各不相同,还可以分别添加绝热外层(15 kWh/m2a)。建筑所用的空调(设计者为工程师:M.西维外斯特)包括两台气-水式热泵(吸热能力可达9,000 kWh/a),由太阳能设备和电网供电,同时还可以利用回收热量的风扇通风和给水加热。
从这十年的经验来看,大部分获益的都是私人房屋,当然也包括一些公共建筑。比如最近刚刚在奥地利因斯布鲁克建成的居民楼,三座建筑中的两个属于 Lodenareal 项目(由“Din A4”和“K2”建筑设计团队共同负责设计),并且该楼是真正意义上的多层被动式建筑(15 kWh/m2a),大楼被绿色植物环绕,里面共有350个单元,表面积达35,000m2。唯一的空调系统由1,024m2的太阳能电池板构成的电力设备供电,系统还包括一个功率可达300kW 的使用粒料材料的锅炉和一台功率为326kW 的以天然气为燃料的冷凝式热水器。
但让被动房开始流行的真正转折点是2002年在德国 UIM 建成并投入使用的“能量块(Energon)”大楼,它是世界上第一座被动大楼。这个有趣的呈三角形的建筑可供420人在内办公,楼内还带一个宽敞的中央内院,整个院子被透明材料的顶棚所覆盖。大楼的钢筋水泥结构外覆木材预制板,预制板上再覆盖绝热层和金属材料。楼内的空调系统包括44个和热泵相连的地热探头,设备所需的电力由安装在楼顶上的太阳能电池板提供,然后由低温辐射的暖源向室内供热。冬季所需的热能,有一部分是从中央空调制冷机组和厨房回收来的余热,还有一部分则来自远程供暖管网;夏季时,由于楼体正面的外墙系统经过了遮光处理,所以不会产生过热现象。
图6:通过对马里亚诺·科门斯的被动房进行物理方面研究后,人们得出结论是有必要使室内避免直接吸收过多的热量
“能量块”大楼展示的是一个具体的实例,由此可以看出,被动房的建筑原理可以和很复杂的技术相结合,可以在城建的重点项目中得到应用。到目前为止,被动房在工业发达国家很流行,并且继续呈增长趋势发展。据2010年3月的官方数字统计,目前已建的被动房项目有22,500个。
小环境气候效应
意大利南蒂罗尔(South Tyrol)地区对被动房表现出来的兴趣最大,这与他们对室内气候标准比较敏感有关。其中最高标准(室内气候金标准)要求能耗不得超过10kWh/m2a。采用这种标准,是为了达到有益健康和经济省钱的需求。这是一种主动达到官方标准的做法,而当地房产市场也有能力接受这种价格,所以从公共管理的角度来看,优势更强。
还需要强调一点,这种房屋在室内人员增加时,空调可以自动提升系统功能。这一性能是由阿尔托·阿迪杰民用建筑研究所开发的。自2003年以来,他们在所有翻修和新建的房屋上都采用了“小环境气候”技术。最近十年内建成的数目众多的被动房主要是居民住房,也包括一些工厂建筑,特别是那种供集体使用的建筑物,也包括阿尔托·阿迪杰地区很多的重要项目在内。
例如, TV 建筑师工作室设计的来农-叶德小学(能耗标准9 kWh/m2a),该项目于2006年建成,由于建造时参考的是生态建筑参数,所以外墙材料具有极好的密闭性(鼓风门测定:n50=0.49vol/h)。楼内的空调系统(系统设计:p.i. W. Malleier;物理技术:G.Gantioler 博士,M. Legierska)包括一个1.83kW 带3个50长探头的地热泵,三组带热量回收装置的换气设备,一个18m2的太阳能热水器以及一个发电能力达14.40kW 的足以满足实际需要的太阳能电场。
第一座被动式办公大楼建成也是在2006年,该楼由米歇尔·特里布斯建筑设计室设计,他们曾获得支持可持续性发展型建筑的“奥德尔佐之城”大奖。
被称为“博尔扎诺 Ex-Post”的大楼其能耗标准是7kW/m2a,它由一座70年代的厂房经过精心翻修改建而成。大楼办公室唯一一套空调设备(设计:p.i.D.巴里斯)是一套可以对外界空气进行100%处理的通风设备,这套设备同时还配有一套再生-循环式的热量回收装置,空调的动力来自安装在屋顶上的太阳能场(26.73kWp)提供。
赛巴多圣·洛伦佐市政府厅大楼是 EM2和 Pedevilla Architekten 两个设计工作室合作的成果。该项目在2007年建成,多功能的大楼包括一个图书馆和一个用于展览的空间:楼内安装空调的部分按照需要和空调类别(设计:p.i.D.巴里斯)加以分区,设备的能耗标准保持在5.5kWh/m2a。
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图7:科戈莱托的这所房子是按照被动房标准建造的传统的意大利式建筑
两个最新的例子
现在让我们来详细介绍两个刚刚建成的被动房:一个是位于意大利马里亚诺·科门斯(Mariano Comense)的“斯特利亚多家”;另一个是位于科戈莱托(Cogoleto)的“迪奥尼斯家”。
斯特利亚多家 Casa Striatto
这是座独门独户的住宅(能耗标准10kWh/m2a),共三层,总面积130m2,包括:车库、机房和杂物间(地下一层);厨房、客厅、两个卫生间和一个卧室(一层);两个配有卫生设施的卧室(阁楼层)。这个紧凑的立方体结构地下部分是钢筋混凝土材料的地基,地基外面覆有一层25cm 厚的挤压成型的聚乙烯材料,周边的地基上则上覆有5cm 厚的隔离玻璃。其它部分则由多层钢筋混凝土梁柱和钢筋水泥板构成。墙体材料是30cm 厚的空心砖,砖与砖之间用胶粘合,目的是为了防止灰浆连接处出现热桥效应。朝北和一部分朝东、朝西的墙面采用了30cm 厚的挤压成型聚乙烯材料进行绝热处理。其它朝南、朝东和朝西的墙面则铺设了25cm 厚的绝热层,同时这些墙面还具有通风功能,可以减弱因太阳照射升温的效果。楼内窗户为双层玻璃,窗框为铝合金和木质材料制成,后者的表面传热系数在0.1W/m2°K 和0.15W/m2°K 之间。
确定房子位置时,主要考虑怎样能最佳地利用自然光。由于平坦的屋顶向外突出,并且阁楼外面有松木的廊柱,也因为窗户上有可以活动的遮光布,所以房子在夏季可以尽可能多地获得阴凉。在平坦的楼顶安装有100m2的由薄膜型太阳能电池构成的太阳能场,这个装置为一个取暖和给水加热用的6kW 的水-气式热泵供电,还有一个约10m2的太阳能热水器为游泳池和生活用热水提供服务?;低ǚ缟璞甘敌兴髟俗⒋腥攘炕厥兆爸茫嚎山路缢椭量吞臀允遥欧绯槠δ茉蛟诔亢臀郎涫褂?。这个通风系统还与一个使用海水的地热交换器相连,可以对除湿作用的空气进行预加热或预制冷处理。
建筑设计:????????????? 勘测工程师?? Emanuele Fumagalli
设备设计:????????????? 工程师? Enrico Benfatto
顾问:???????????????????????建筑发展集团,米兰多种技术研究部,Zentrum 被动房公司
热泵:?????????????????????? Elco
通风设备:????????????? Pluggit
迪奥尼斯家 Casa Dionisi
迪奥尼斯家的这栋独户公寓用于冬季取暖和夏季制冷的年支出只有65欧元(能耗标准为8.8kWh/m2a),房子所需的能量可以全部由安装在地上的太阳能电?。?4m2)提供。房子分两层:半地下室的位置上有一个车库和机房;一楼很典型,包括客厅、厨房和两个卧室,以及两个卫生间和两个储物间,这些结构称水平方向分布(净面积可达108m2)。正对地下室的位置上,墙体支撑结构和钢筋混凝土材料的柱子配合钢骨水泥板(U = 0.43 W/m2°C),钢筋混凝土材料的旁侧还要加上石板(6cm)和挨着顶棚的方向上,还加了一个独立支撑的带聚乙烯?;げ愕模?0cm)钢骨水泥板(U = 0.11 W/m2°C)。在宽敞倾斜的顶棚下是突出的屋檐,这种设计可以使房顶在冬季获得尽可能多的热量,同时还围绕四周砌了边墙(U = 0.12 W/m2°C),墙内使用的是空心砖(30cm),还安装了带羊毛隔热层的玻璃(26cm),然后进行简单的抹灰处理,房子配四层玻璃的窗户,窗框为木质材料配铝合金,并选择颜色超浅的低导热型玻璃(Uw= U = 0.63 W/m2°C),同时还配有遮光幕帘。墙体的这种整体设计可以使定期导热能力达0.0096 W/m2°C,并且可以向后推迟16到17个小时影响温度剧烈变化的因素(热峰值状态下的失衡)。
做出上述这些精细的考虑,目的是为了避免建筑物在夏季过热。这种处理办法常?;崾雇馇奖还鹊馗衾?,但同时也获得了极佳的隔音效果,兼顾考虑这个房子就建在高速公路旁边的话,这还真是一个非常基本和重要的处理方法。
在能源方面这个建筑完全实现了自给自足。唯一用于通风的设备是位于半地下室的热交换器,这个热交换器和地热系统相连,这里所采用的系统是普罗斯旺地区的新型热泵。系统通过管网还可以向室内输送新鲜空气。这个地热井还配有3根储存氡气的软管(长15m,直径75÷90mm),软管被埋设在1.7m 深的地下沙床内,各管之间相距1.2m,并且通过连接头和露出地面1m 的不锈钢管相连。
这套系统还有两个回收雨水的大桶,总容积为10,000升(占需求总量的60%),以一个带三块太阳能电池板(表面积4.2m2)的热水器。
设计:??????????????????????????????????????? 工程师? Alessandro Leardi
房屋系统的物理技术:?????????Rodolfo Solaroli(Zentrum 被动房)
通风系统:?????????????????????????????? Zehnder Technosystem
图1:树叶房由罗巧尼集团建造,是碳中性房屋的样例,内有6套实际住人的房间,采用永久监控的可持续性技术。
生命、能源、未来
树叶房是树叶社区的居住类建筑的原型,在这里,人们使用生态可兼容的交通工具,小孩上太阳能学校,人们在由可再生能源供给的生态可兼容的楼房里工作。
树叶房坐落于安科纳省中部罗索拉市的安洁丽镇,在连接杰西市和发布利亚诺市的一条道路旁。这座楼位于一个丘陵的一侧,像其它居民楼一样有好几层,里面有6套房及其相关设施(洗衣房、箱子等等)总共可居住面积约480m2。这是一个真实住人的“碳中性”建筑,其整个运作所需要的能源完全由可再生资源产生,不向大气排放二氧化碳。除了普通功能外,还设立有一个建筑、能源、管路设备和家用技术应用监控实验室,它符合可持续性标准。
这个模式是受树叶房设计概念的启发,采用马尔凯区传统分益佃农式的房子,在这个自给自足的小天地中,资源量少,需要谨慎使用,力求预防用竭,同时,达到最大效率的利用,基本没有浪费。在菲德里克·布台拉教授的科学管理下,在该项建筑设计之前,根据“最干净的能源是节省下来的能源”的理念,在物理方面和能量方面对将要进行的建造工程进行了细心周密的研究??沙中ㄖ芯渴遥╨o studio Architetture Sostenibili)的专家对影响能源和环境性能的主要因素(朝向、外表面的暴露情况、内部外部的分布、建筑材料和管道系统的选择等等)进行了模拟,以确定最有效的解决方案并指导后面的进一步深入研究。建筑师帕奇菲克·拉玛左第和工程师路易基·特里里尼,分别进行了建筑设计和管路设计,罗巧尼集团的内部技术人员团队合作作业。该集团是最早从事于以下领域的企业之一:从建筑到热力,从电气到装饰。
这种进行设计方法倾向于指定所安装的每件产品,它可能是由树叶房贡献给同时代的专业领域最有价值的方法。所采用的解决方案和技术(包括最先进、质量最好的那些)市场上都有,价格不高,谁都买得起。他们共同完成了一个连贯完整的施工,管理中心和所有得到的结果使得罗巧尼集团的事业及其树叶房得到真正增值,带来了对可持续建筑的讨论。
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图2:采用市场上的常规产品,为居民提供具有最大的舒适度、最好的健康条件和人体工学设计的居住空间。
可利用的资源
制作树叶房所采用的策略是基于对周围环境特点的适应,以及必要的时候集成生产能量和资源,同时又不排放污染物。建筑体南面向阳,有利于最佳地利用太阳能:
楼下面的地层是另一种能源:一个连接到地层导管的热泵供内部房间的空调使用。大楼的一部分靠在丘陵的山坡上:没有直接面对自然光的房间通过太阳能管解决其照明问题,太阳管横在楼顶的玻璃天窗上,把白天的光线带给下面的楼层?;低ǚ缢捎玫耐獠靠掌诘酱锎淼ピ巴ü桓龀ぴ?0米的地下线路进行了自然预调控。通过使用各种可用水源,水回收系统解决了总消耗的一半以上。雨水被收集到两个储存水箱里,每个11000L,两个水箱设置在花园下面,用来供给:
还有第三个水箱,3000L,通过在建造工作过程中露出来的一个水道给厕所水箱供水;如果太满了,多余的水被注入其它水池中。
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图3:技术中心还包括(从左到右):用于加热和提供卫生热水的锅炉、水循环系统、控制中心和空气处理单元。
图4:由处理单元采用了一个热函回收器,将热泵产生的流体送到通风设备以及空气质量设备。
最小化地降低消耗
所采用的材料是同时代居住型楼房的典型材料:钢筋混凝土支撑结构、木质地板和瓷砖地板、粉刷墙体、低矮的石膏板天花板。大楼外墙设计采用了高绝缘性能的建筑材料,因此热力需求减少到最低。从低到高,接触地层的水平部分,按距离隔开布置有带有通风空隙(19cm)的卵石防潮空隙地板层(厚度11.5cm)、钢筋水泥板(20cm)、沥青层、置于两个薄混凝土层(5cm)之间的聚氨酯绝缘层(4cm)和瓷砖地板(Uc=0.41)。
外面墙壁(30cm)用一层18cm 的聚苯乙烯(λ = 0.036)填塞砖瓦制成,其结果相当于传统的1.5m 厚的墙。特别注意于消除在水平和竖直结构中的热桥效应:比如,阳台与钢筋水泥板的连接采用带热绝缘件的精确金属连接件,放在支撑太阳能集热设备的外部柱子上。
和被动式房屋类似,对开口进行限制:门窗预先安装制作好的各种形状的块,带绝缘层的侧扶壁、副框架、带开关的隔热百叶窗匣;外部门窗里面是木质三层薄板,中间是热泡沫,外面是铝制外表面,安装单片氩气中空玻璃(6 + 14 + 4 mm;Ug = 1.1 W/m2K)。得到的传热系数在Uw = 1.3 W/m2K 和 Uw = 1.49 W/m2K之间。
楼顶从内到外有:三层石膏板、防潮层、木质纤维板(10cm)、石棉(10cm)、瓦下透气鞘、透气间隙(4cm)、衫木板条层(2cm)和铜制覆盖层。外壳绝热性能好,还有明显的降噪效果,噪声在43dB(A)以下。
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图5:由光伏场生产的多余电能用来分解水分子,产生氢,储存起来,可以被利用再来生产电能。
能量:生产和存储
通过楼顶上约150m2的光伏设备,年产电约25000kWh,足够满足包括空调设备在内的大楼内部全部电力需求。该设备完美地安装在朝南的斜面上(倾斜20°),有最高的能量鼓励税率。在光伏板工作的顶峰阶段,生产出来的超出需求的过多电能供应到一个 Enel 的电解池里,分离水分子,得到氢,然后储存到一个系统中,这个系统以燃料电池的形式使用金属氢化物,在产电不足的时候重新供应电。目前正在评测其它电能存储系统。
树叶房还从阳光中得到必要的热能,以代替或者协同热泵一起来进行卫生热水的生产以及在冬季加热流体。板型太阳能集热器(总面积19m2)相对于第三层的窗户凸出来,在夏天可以遮挡阳光。有两个水箱:一个1000L,用以加热,另一个300L,在第一个的下游,用以加热卫生热水。为了随时都有热水可用,还要避免浪费,这套设备采用了一个循环系统,它每5分钟运行一次,每次运行30秒:水温永远都是保持在理想水温左右,沿管道的热量散失被降低到了最小。
在每套房里面都有许多传感器,测量温度、湿度等等:测量二氧化碳的传感器开动人工通风设备,以得到人体舒适和环境卫生所需要的空气流通(最低0.5体积/小时)。当窗户打开时,建筑管理系统切断空气供应,以避免能源的浪费。通过空气处理单元(排量1500m3/h)中的一个热函回收器,从排出的空气中回收大量的热量,转化到引入的空气中。在空气排出管中,还有一个防耗散层,用以冷却要被注入到地热管中的流体。自然光通过太阳能管被送到在一层楼和二层楼上的无窗卫生间,其组成部分有:带光学内反射折射装置的收集器(吸收和反射低于照进自然光的8%);内反射表面管,它可以长距离铺设,并且可以弯曲(光线每次接触反射壁损失0.5%的光照强度);室内散光器(吸收和散失最多达到20%)。
图6:节省能源的方案有利于大楼里的所有设备和现有应用,包括人工照明设备。
舒适在线
由一个地热泵给各房间供热、供冷(有效加热功率16.6kW;制冷功率13kW;吸收电力功率3.6kW),这个地热泵通过三条约100米深的地热管道和地层(15℃)产生热交换。热泵的高效率来自两个因素:地层富含水的特点有利于热交换;采用一个制冷制热混合系统,这个系统采用辐射地板,冬季温度低(低于40℃),夏季温度高(超过17℃)。
在冬天,太阳能板能免费地贡献热水,夏季的大部分时间里,地板通过免费取冷进行降温,因此,不需要热泵的热力参与,在蛇形管和地热管之间直接热交换就可以了。在夏天,和空气处理单元一起设置有一些干燥器,它们可以消除地板上的水汽凝结,同时有利于皮肤的自然呼吸,在潮湿的天气中减少闷热感。除了减少消耗外,这个系统还有一系列的好处:由大面积的温度接近于气温所带来的广泛的舒适感;没有散热器的妨碍,空间更加宽敞,可以更自由地安排房间陈设;减少灰尘传播,减少结构的潮湿。在第二层的住房和丘陵之间的一个房间里设置技术中心,其中有所有的能源生产及管理系统,还有最先进的家庭自动化系统、控制系统、测量系统和自动化系统,这些都由罗巧尼集团研制生产。由树叶房得到的数据由 IEA(国际能源机构)进行研究,从而在国际的层面上确定碳中性建筑的参数,以及制造新仪器(任务40-子任务 A 和 B)。
在树叶房中共有1000多个传感器和控制器,分布于各个系统,包括警报系统、防暴系统和远程住宅系统。该大楼通讯连接树叶社区的其他部分以及全世界,采用了由罗巧尼集团研发落实的创新技术,其中有无线宽带连接(第一个无线宽带连接点安装在马尔凯大区,其波段由相关部门授权),它可以管理各种高级功能,如移动、安全和视频监控。每一套房都有内部 WI-FI 覆盖所提供的个人网络和电话网络会议功能的集中控制,使居民们(都是该集团的职员)可以高效地开展远程办公。
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图7:太阳能管把自然光导入底层房间的无窗卫生间。
家用的可持续性
在较高楼层的几套房,其中之一是一个 LOFT,带复折屋顶,用来展示和试验生态产品,以及教导消费者可持续性,对应于生态可持续的主题,采用一系列能源效率高的家用电器。尤其是,洗衣机和洗碟机的热水入口直接来自卫生热水设备,这样可以避免设备内部阻力产生的能源消耗。其照明设备具有本领域最先进的技术:为了不增加内部热力负载,采用热辐射很低并且照明效率很高的光源(荧光灯和 LED 灯),以及把各种设备和建筑管理系统连接起来的电子元件。
这些系统设备的全部运行都由建筑管理系统(b.m.s.)监控和管理,b.m.s.集成在家用自动化系统里,在每户里都配备有触摸显示屏。除了选择低消耗的家用电器(比如,用液晶电视,用笔记本电脑,而不用普通台式 PC)以及自动系统来控制备用机之外,居民们还可以看到从电表测量的数据以图表的形式显示出来,从而增加自己行为的了解,修正用电习惯,以达到更好的效率。
不同风格陈设装饰的选择需要考虑到正常的安全要求、质量要求和功能要求,而且还要考虑到和其生长相关联的环境因素(使用大部分的木材来自经管理认证的森林,对已使用的化学物质的检测,回收和循环再利用的可能性)以及材料和相关零件的有益健康的特点。厨房空间采用了人体工学设计,用餐区、书房和卧室设计在自然采光最好的方位。
图8:通过一个容易操作的界面,建筑管理系统为居民们提供了监控自己能耗的宝贵信息。
第一年的管理
从2009年1月1日到2009年12月31日的可持续性的年平衡表最近被罗巧尼集团公布了,里面有类似的一幢新建成的楼(480m2的居住面积)。这个共用的小居民楼平均需要100 kWh/m2a 和30 kWh/m2a来进行制热和制冷,而对于树叶房来说,27 kWh/m2a 和 20 kWh/m2a就足够了。用于浇灌的雨水(441100L)以及卫生热水的循环利用(51100L)满足了树叶房总水量消耗(6715000L)的69%(492200L)。照明和使用的平均标准电力消耗估计在20000kWh,而整个树叶房消耗9658kWh。6638kWht 用于卫生热水,63%(4227kWht)由太阳能板提供。烹饪所使用的天然气全由屋顶光伏设备自动产生的能量生产。从环境的角度看,通过减少能量消耗以及光伏电力生产,减少对大气中二氧化碳排放量总共达34080kg,然而最吸引人的数据恐怕还是经济方面。
在意大利,像树叶房这样规模的普通居民楼每年平均管理成本总共有12254欧元。除了科研目的的大楼运行监控花费外,树叶房的总成本为4563欧元,其中363欧元用于供水(209300L),其余用于电力消耗(25000kWhe)。同期光伏场电力生产(24954kWhe)返还经济价值14967欧元。其差异对应于10404欧元正差额,同时还考虑了相对于相当的普通楼房多出的支出项目,总共得到22658欧元的盈余。在这些数据的基础上,树叶房的大部分建造成本——相对于参考普通楼房费用多出约20%——和管理经济性仅需8年就可达到收支平衡。
在很长时期中,总成本是减少的,直到第20年能量鼓励税率停止。继而,从法令中+26%的差额到所参考的大楼的不利条件,估计能耗年支出增长5%,虽然总成本转为增加(+4%在其后的10年中),但不管怎样走势都比普通大楼更低。
图9:罗巧尼集团的戴维·纳迪·切撒里尼说:“树叶房所采用的方案和技术,在市场上都能获得,并且很经济,谁都买得起?!?/em>
项目信息
客户:????????????????????罗巧尼(Gruppo Loccioni)集团
技术监管:????????? 教授、工程师 Federico Maria Butera,能源顾问 可持续性建筑设计 F. M. Butera
建筑设计:????????? 建筑师 Pacifico Ramazzotti
热力系统设计:Luigi Trillini
供应商
电泵:??????????????????????????????????? ???????? Grundfos
热泵和锅炉:?????????????????????????????? Viessman
太阳能热力和光伏集热板:Schüco
光伏并网逆变器:?????????????????? Sma Italia
辐射地板和干燥器:???????????????? Rehau
空气处理单元:????????????????????????? Rocchegiani
排量调节器:????????????????????????????? Trox
保温:??????????????????????????????????????????? Rofix
百叶窗匣:????????????????????????????????? Alpac
门窗:?????????????????????????????????????????? Internorm
玻璃:???????????????????????????????????????????Saint Gobain
太阳能管:???????????????????????????????? Solarspot
??????? 欧洲第一届太阳能房大赛圆满落幕,大赛的参观者超过了190,000人,同时也得到有关政府部门、学术机构和各权威机构的重视,参观者从普通大众到西班牙菲利浦王子,还有一个欧盟的代表团参加了支持可持续性发展建筑的国际论坛。
参赛单位一般由十几人组成一队,他们在比赛地点按设计方案实施操作,活动内容包括组织、建造和沟通,西班牙房产部除了为每个参赛队伍提供一万欧元的赞助,也有很多生产领域的企业也直接参与到赞助商队伍中来。参赛费用是很高的,但制作比赛模型的平均费用却在呈持续下降趋势。
?????? 在颁奖仪式最后,一份致全体参赛队伍的发言稿中这样写到:“SDE2010只是一个开始,我们大家都在努力,我们要使这项活动成为带来巨变的真正的催化剂?!彼姓庑┏杉ǎ揽康牟⒎侵皇强萍?,我们正处在一个推广“支持可持续性发展建筑”的大好时机。今年九月,2011SD 将在华盛顿举行,活动的组织工作已在进行当中,那时将20家队伍参赛,包括比利时、新西兰等国的参赛队伍。2012SDE 还将在马德里举办,参赛注册工作已经在进行当中。