装配式被动房:节能健康生活理念下的小住宅建筑研究

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放大字体  缩小字体    发布日期:2022-04-11  来源:会员发布  浏览次数:130
核心提示:装配式被动房作为一种超低能耗健康建筑代表,不仅节能环保,同时还提供高品质健康空间环境。本文从住宅消费升级和建设健康中国,发展健康建筑的时代背景来分析、研究它的特点与优势,探讨将其作为一种节能健康生活理念下的小住宅建筑模型的适用性,为今后的广泛应用与推广做信用背书。

1 研究背景


近年来在积极应对《“健康中国 2030”规划纲要》明确提出推进健康中国建设,实施《健康建筑评价标准》的背景下,把人民健康放在优先发展位置,建设健康人居环境成为建筑规划学界和房地产等相关行业关注的新议题。


日前,随着近期发生在国内外的公共健康事件,人们再一次地将目光聚焦在居住健康与健康住宅的问题上。相关研究表明,建筑作为人们日常生产、生活、学习等活动的主要场所,一生中有超过 80%的时间都是在建筑内度过,建成环境的得宜与否对人群健康有着潜在的或积极或者消极的影响。日本健康维持增进住宅研究机构,通过对健康住宅与居住行为的一系列影响和相互关系的大量数据研究表明:健康住宅与居住行为、人群健康息息相关。


上海都市建筑-智慧建筑&被动房研究中心,着眼于“面向未来的科技、智慧、节能、健康的人居环境工程”研究和应用实践。选择小住宅建筑作为研究主题,因其体量小、独栋的个性特征,从操控性上更容易作为新技术、新理念实施、推广的样板。


为贯彻健康中国战略部署与发展目标,通过对装配式被动房——超低能耗建筑的特点与优势进行分析,以期找出作为一种节能健康生活理念下可应用推广的小住宅建筑的理想模型。




2 住宅消费升级下的健康需求


美国社会心理学家亚伯拉罕·马斯洛在《动机与人格》一书中把人的需求分成:“生理需求(Physiological needs)、安全需求(Safety needs)、爱和归属感(Love and belonging,亦称为社交需求)、尊重(Esteem)和自我实现(Self-actualization)”五个层次(如下图)。


新中国成立以来,住宅产品消费大致也经历了从满足人们的基本生存需要的经济节约型——适用经济型——发展转变型——景观舒适型——生态健康型 5 个发展阶段的巨大转变。人们对居住空间的需求除基本满足睡眠、休息、饮食、卫生、水、空气、声、光等的生理需求、居住安全需求,和满足交往、私密、体验、娱乐、审美等的社交需求,追求尊重与自我价值实现的更高级别的需求,也正是马斯洛需求层次的典型反映。



2003 年以后,随着住宅市场和消费观念的成熟与完善,尤其是对公共健康事件带来的社会影响的反思,一定程度上激发了消费者对健康居住的意识需求,更多的人期待更智慧、健康、舒适、节能的居住体验,住宅建筑也从关注环境影响的绿色建筑开始向以人为本原则的健康建筑方向发展,人们对住宅建筑消费由粗放逐步向精致化转型,表现出更为成熟理性的消费观和对美好生活的向往。2015 年以来以健康为导向的全球房地产物业数量激增,中国的健康建筑从建设数量上仅次于美国,位列全球第二。


装配式被动房作为超低能耗建筑的典型代表,它不仅节能环保,同时提供高品质、健康的空间环境,代表未来建筑发展的方向,也契合节能型社会建设、可持续发展等的时代主题,是一种节能健康的住宅类型。由于住宅健康与否深刻影响着居住者的健康状况,从社会层面来看,健康住宅是现阶段住宅消费升级的必然选择,更是时代发展的未来趋势。


3 什么是健康住宅


根据世界卫生组织(WHO)的定义,所谓“健康”就是指在身体上、精神上、社会上完全处于良好(幸福)的状态,而不是单纯指疾病或体弱。健康住宅是指在满足住宅建设基本要素的基础上,以人的健康为本,尊重科学,基于建筑的实际性能,提升健康要素,传递健康价值,保障居住者的生理、心理、道德和社会适应等多层次健康需求。



目前中国健康建筑发展,尚处于初期实践阶段,主要认证体系有:HiH 健康住宅、WELL建筑、健康建筑(如下图)。健康住宅在技术措施上与绿色、节能住宅有很多相同的内容,但在各自所强调关注的重点上两者又有着很大的区别。绿色、节能住宅强调的是资源的利用,注重建筑与环境的关系,人与自然的和谐共生;而健康住宅则强调的是居住者的健康,注重建筑与人的生活质量的密切关系,人群健康与权利公平。




关于健康住宅,在 2019 年中国发布实施的《健康住宅建设技术规程》[2]中,主要从两大方面的健康性:居住环境的健康性和社会环境的健康性,来规范健康住宅的达标体系。其中居住环境的健康性包括:住区环境、住宅空间、空气质量、热、声、光、水、电气、景观环境;社会环境的健康性包括:交往、安全、健身、文化环境、养老育童环境、健康管理与服务、健康物业。规范明确了影响健康住宅评估的四个主要因素:


a 人居环境的健康性— —主要指室内室外影响健康、安全和舒适的因素;

b 自然环境的亲和性——让人们接近和亲和自然是健康住宅的重要任务;
c 住宅区的环境保护——指住宅区内视觉环境的保护,污水和中水处理,垃圾收集与处理和环境卫生等方面;
d 健康环境的保障——主要是针对居住者本身健康保障,包括医疗保健体系、家政服务系统、公共健身设施、社区儿童和老人活动场所等硬件建设。

健康住宅作为未来人居工程的发展方向,是进一步提高和完善居住品质,营造有益于人体健康和生活质量的舒适、节能、健康的居住建筑类型,它体现了新时代住宅产业发展的新需求。


4 影响人群健康的因素


住宅建筑影响人群健康的因素多种多样,归纳起来主要包括两个方面的内容:

⑴ 客观性物理因素:诸如温度、湿度、通风换气、噪音、光和空气质量等;

⑵ 主观性心理因素:诸如平面空间布局、私密保护、视野景观、感官色彩、材料选择等。

日本健康维持增进住宅研究委员会在《健康住宅与居住行为指南》把影响居民健康的因素归纳为 “适宜的室内热环境、实现舒适的睡眠环境、保持清洁的空气环境、创造安全放心的居住环境”四个方面。书中指出:室内热湿环境对人们在房间中度过舒适时光,充分获得休息及维持身体健康十分重要。室内热环境的舒适性与六项关键因素——温度、相对湿度、气流速度、平均辐射温度、人体代谢率、着衣量紧密相关(如下图-3,选自《健康住宅与居住行为指南》)。


(1)室内湿热环境的舒适性影响——虽然室内的舒适感受因人而异,但温度范围通常在夏季 25~29℃,冬季 20~25℃时人体的舒适性最好。依照日本建筑物环境卫生管理标准规定,室内温度保持在 17~28℃,相对湿度保持在 40%~70%之间时既能保持房间卫生,又能实现人体的舒适。
(2)舒适的环境性能及设计要求——高断热高气密性住宅,易于实现室内各功能空间温度均一,室内热舒适性较好,能有效减小室内温度不均带来的冷热交替对身体健康的影响。如冬季低温的室内环境容易造成感冒、咳嗽、流感、炎症等疾病,而酷热的室内环境容易引起中暑症,并影响睡眠。在寒冷和酷热的环境中,人的疲劳症状会明显增加。而噪声引起的睡眠健康问题,与建筑物的位置、高度、长度、朝向等因素均有关系。


5 装配式被动房优势分析

建筑行业的装配化发展应用,主要包括预制装配式混凝土结构、钢结构、现代木结构等建筑构件。装配式建筑构件应用,目前并不完善,优缺点并存。

其优点是工厂产业化生产能有效地缩短工期、保证产品质量;建筑材料投入量相对减少,施工租赁费用降低;标准化生产能节省材料,减少浪费;产品机械化程度高,能极大地降低人工成本和风险;现场作业量减少利于环保。

缺点是设计验收等相关规范明显滞后于施工技术,目前在我国应用领域有限;建筑物的预埋件等使用量相对传统技术有很大增加;在生产时会受到设备的限制,其尺寸要求具有一定的局限性;如果生产工厂距离施工现场太远,会增加运输成本。但装配式建筑构件因其采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理、智能化应用,成为现代建 筑工业化建造不可或缺的新生力。

以德国被动房研究所(Passive House Institute),简称 PHI,推广的被动房(Passive House),是一种不采用主动式的采暖和空调系统,通过高隔热隔音的建筑外墙、高气密性窗户和可再生能源的充分利用,维持舒适室内热环境,其所有消耗的一次能源总和不超过 120 千瓦·小 时/(平米·年)的房屋。它不限于新建或者既有建筑改造,建筑在年热能需求、热负荷、空气密度和基本能源需求等方面符合特定的(PHI)标准(如下图-4,选自 Passive House Institute)。

被动房强调“外围优先”(fabric first)的设计方法,可以归纳为以下 5 个基本原则:

(1)高保温隔热——用性能良好的保温材料包裹整个建筑,从屋顶、墙体到底板或地下室顶板(通常屋面的保温应优于墙面,墙面优于底板)。其目的是隔绝室外的高温或者低温,减少室内热能损失,保持室内相对均一的温度,确保室内温湿度的舒适性(如下图-5选自《健康住宅与居住行为指南》)。


(2)断热桥——严格避免热桥,选择高度隔热的断热桥窗框,把凸出的阳台板、窗户安装在保温层内,尽可能使保温层以均匀的保温效果围绕整个建筑。


(3)被动门窗——使用高品质低辐射(low-e)玻璃被动窗(根据气候差异,选择三玻两腔或者两玻单腔),通常气候条件下传热系数 U 值约 0.6W/(m2k),太阳得热(透光)系 数 g 值在 50%至 60%。


(4)气密设计——周密考虑建筑的气密设计,所有节点和接口都要设计为气密,从而建立完整的气密性外围护系统。气密能减少温湿调节能耗需求,提高室内空气品质,并降低未经控制的潮湿气流损害热围护的风险。通常在每个被动房气密外围护完成后,都要以“鼓风门测试”测量建筑的气密性,在 50Pa(n50)的压力差下,换气次数应低于 0.6h-1。

(5)持续新风——通过带有热交换的机械通风系统,为室内持续提供新风,热回收效率应达到 75%至 90%(受气候影响该数字会有波动)。对于冬季严寒或夏季潮湿的气候,应使用含湿度回收的热量回收通风系统(全热交换新风系统),充分使用光伏太阳能和地源热天然资源,既达到满足高品质舒适健康的室内环境需求,又实现节能环保。


根据建筑所处气候带的不同,对以上手段未能完全避免的小量剩余热负荷,需要靠机械手段来满足制冷、采暖、除湿等任务,如小型化的常规设备,或专门为被动房开发的新技术,以达到室内环境的节能、舒适和健康。


总之,被动房五项原则,充分体现了采用高断热高气密性措施的住宅,既能节能环保,又对居住者的居家健康起到了良好的作用,是我国推动建筑节能和健康建筑值得推广应用的典范。


6 作为一种节能健康住宅建筑模型


装配式被动房作为一种节能健康建筑类型,在小住宅建筑中有着积极的应用及推广意义。


首先,有利于小住宅产品向定制化、成品化、集成化、装配式工程建造方向发展。根据不同地区地域特征和需求差异,为居民提供不同层次、不同类型的住宅产品,让房屋建造如同购买汽车等工业产品一样便捷、易得、多样化。

其次,有利于解决目前非城区(农村及偏僻自然景区)房屋建造的难点和痛点(不专业、成本高、品质低)。从设计、施工及使用维护上,让专业技术人员代替过去业余从业人员,确保住宅建造的专业、精细和完备。利用地方土地资源条件优势,采用被动式环保节能技术措施,引导符合当代生活需要的居住行为和文明文化,遵守被动房正确使用方法(被动房使用手册),创造百姓喜闻乐见的小住宅建筑。

再者,根据中国6大气候分区的特点,因地制宜地发展被动房建设,进一步完善被动房的本土化应用。从节能环保、健康中国和健康建筑的角度,回应政府政策号召,引领住宅建筑向着绿色、健康、智能、科技的未来迈进




 

本文标题: 装配式被动房:节能健康生活理念下的小住宅建筑研究

本文链接: https://www.zps360.com/news/1/news_info_2527.html (转载时请保留)

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