集合住宅与太阳能一体化住宅设计

住宅专集HOUSINGSTUDIES太阳能设计竞赛1062011.8ARCHITECTURALJOURNAL建筑学报1项目概况本届竞赛分设了吴江市低碳宜居住宅和呼和浩特市低碳宜居住宅两个竞赛单元，“6米阳光”选取的是地处北方的呼和浩特地块。1.1气候条件呼和浩特地处北纬40.8°、东经111.7°、海拔高度1190m，属中温带大陆性季风气候，四季气候变化明显，差异较大，其特点：冬季漫长严寒，夏季短暂炎热，春秋两季气候变化剧烈。最冷月气温-12.7～16.1℃；最热月平均气温1722.9℃。日照年均1600小时。1.2项目要求基地位于内蒙古呼和浩特市新区，用地北临城市干道。项目规划用地红线范围总面积1.1万m2，实施方案建设用地红线范围面积3890m2，规划用地红线范围内建筑容积率为2。项目要求在规划用地红线范围内进行住宅组团规划设计，在实施方案建设用地红线范围内进行建筑设计。住宅形式为911层集合式住宅(不含跃层)，檐口限高36m，每层26户，设电梯。套型建筑面积标准为60m2和90m2两种。2规划构思根据任务书的要求，需要将2.2万m2的住宅要全部建设在3890m2的地块中。对于911层的小高层住宅建筑设计来说难度较大，同时还要兼顾日照、通风等节能考虑。2.1布局形式在总图布局中，依据北方日照条件，建筑单元设置成南偏东8°～15°内，最大限度的获得一天中的日照时数。同时，单元之间采取错接方式，使大进深单元东西端套型各功能空间也能够获得足够的开窗机会，保证室内各房间良好的通风采光。2.2建筑特点建筑单元设计成为具有17.1m大进深、11层层高的集合住宅形式，体形系数为0.23，有利于建筑节能。四栋单元联排错接布置，正好合理地结合场地并满足项目要求。建筑单元具有节能、节地的优良特集合住宅与节能一体化建筑设计—2011年台达杯国际太阳能建筑设计竞赛获奖作品“6米阳光”介绍姜忆南杜晓辉夏海山摘要/主要介绍“6米阳光”集合住宅的节能途径。方案旨在将建筑设计和被动式节能一体化，使建筑本身成为一个具有节能功效的装置，而不借助外力。方案创新点在于突破传统，设计出南向双层通高的太阳房公共空间，与户内双层楼板结合使用，即达到建筑节能效果，又创造了良好的邻里交往空间，提升居住品质。关键词/通高太阳房双层楼板建筑节能太阳能低碳ABSTRACT/Thepaperpresentstheenergysavingstrategiesofamultifamilyhousedesignnamed‘Six-MeterSunshine’.Theproposalintegratesarchitecturaldesignwithpassivebioclimatictactics.Itsmajorinnovationistocombineatwo-storeyattachedsunspaceonthesouthfaçadeandthehollowventilationfloorslabs,whichcannotonlyachieveenergyconservation,butalsopromotesocialinteractionoftheneighborhood.KEYWORDS/Two-storey-highgreenhouse,doubleslabs,buildingenergysaving,solarenergy,low-carbon作者单位：北京交通大学建筑与艺术系(北京，100044)收稿日期：2011-07-07透视107ARCHITECTURALJOURNAL2011.8建筑学报性。尤其在被动式太阳能利用上具有明显的效果和优势。同时，设计创造出了优良、和谐的共用邻里空间。3设计指导思想3.1节能方案以被动式节能为主，主动式节能为辅进行设计。将建筑设计和被动式节能结合在一起，使建筑单体本身具有良好的节能功效，可以在不浪费资源的前提下，改善室内居住品质，为居住者提供低碳、舒适的生活环境。3.2共享本集合住宅设计不仅关注建筑节能概念，同时注重解决邻里交往的环境营造问题，在创造宜居的生活环境的同时，也创造出融洽、自然的邻里交往空间，注重居住建筑的精神层面，提升住宅的空间品质。3.3工业化在户型设计方面，布局方正。卫生间和厨房空间集中布置并进行整体设计，管线短捷。此种住宅形式便于工业化配套。使集合住宅设计能够工业化、标准化的投入大批量生产，达到推行集合住宅建设节能、低碳的目的。4建筑设计与太阳能一体化4.1空间设计方案打破了传统住宅设计形式，与传统住宅在南向太阳房设计上有本质的区别。方案从增加公共邻里交往空间出发，设计了六户共用的两层通高太阳房，提高了邻里间的公共空间质量，改善了环境。同时，在被动太阳能利用上达到了显著的效果。4.1.1单元平面设计单元平面为一梯六户，分奇数层和偶数层。奇数层六户和偶数层六户合在一起组成两个具有相同功能的系统，每个系统设一个两层通高的太阳房。奇数层的住户可以通过电梯或楼梯直接经南向的公共通高太阳能房入户；偶数层住户中，其中两户通过电梯或疏散楼梯直接入户，另外四户经过奇数层的公共太阳房中设置的小楼梯入户。这样的设计，使二层通高太阳房成为了6户人家共享的公共庭院，增加彼此交往的机总平面单元组合平面单元偶数层平面单元奇数层平面剖面鸟瞰北私人停车红线主入口公共停车雨水循环广场住宅专集HOUSINGSTUDIES太阳能设计竞赛1082011.8ARCHITECTURALJOURNAL建筑学报表1建筑设计各户型公摊面积列表户型ABCDEF公摊面积(m2)13.49.68.813.49.68.8总建筑面积(m2)95.068.362.695.068.362.6会与可能，改善邻里空间的效果。4.1.2节能途径这种二层通高的太阳房在被动式太阳能利用方面具有显著的节能作用。在冬夏两季效果尤其明显：①在冬季，太阳房的窗户和通风口保持关闭时，太阳房中的空气日间被南向的阳光进行加热，吸收太阳能，南向太阳房即成为双层保温外墙。其中升高的空气温度使地面和蓄热墙蓄热，同时直接加热各户室内；②在夏季，太阳房的通风口打开时，太阳房内空气利用两层通高的压差产生流动，进行通风换热。太阳房的进深具有较好的遮阳效果，使各户室内更加的凉爽。同时南向立面上设计的遮阳反光板可以使足够的阳光摄入户内。两层通高的太阳房较传统南向太阳房最大不同在于：冬季可以减少对南向阳光的遮挡。夏季利用高度空间以增加遮阳效果，同时因为高度的增加，“烟囱效应”更加的明显，自然通风换气的效果更显著。通高空间增加公共庭院开阔感觉，并且由于每两层共用一个太阳房，因此公共空间的改善并没有增加每一户的公摊面积(表1)，达到了双赢的效果。4.2地板设计4.2.1双层楼板设置无论奇数层或偶数层的套型，户内楼板均设计成带有通风口的双层楼板。双层楼板夹层的净空距离为150mm，中间不铺设管线，而是结合南向通高太阳房利用热压原理使冷、热空气在其中流动。设计利用户内与公共庭院高差在侧墙上装置可开启、关闭的通风百叶装置，与户内各房间地面通风口相联通，达到夏季通风，冬季采暖、加温的效果。4.2.2节能途径双层楼板的节能功效要与南向的太阳房结合使用才能够发挥功效，冬夏两季节能效果尤为突出，主要体现在：①夏季，通高太阳能房的上下通风口开启。热空气上升，使太阳能房内产生热压、风压，带动空气流通。热空气上升从太阳房上部排出室内，冷空气从北侧住户进入双层楼板的通风口补充太阳房和户内空气。②冬季，阳光通过太阳能房对公共空间的空气进行加热，加热后的空气通过双层楼板进入户内，对室内进行热辐射与对流。同时，由于楼板的双层设置还可以对户内的保温和降低噪声产生一定的作用。4.3屋顶设计方案设计采用可上人的覆土屋面，覆土层可以在冬季减少屋顶的热损失，达到保温效果；夏季阻隔热量从屋顶进入室内，具有隔热作用。同时屋顶种植绿植，体现立体绿化的概念，将部分居住较高层数的居民的室外活动空间引向屋顶，改善整体人居环境。同时，屋面架设南向40°倾斜角的钢架，用以挂设太阳能集热器，用以住宅单元内的热水供应。根据呼和浩特当地的日照条件，屋顶的1/4面积用于挂太阳房冬季白天工作原理太阳房冬季夜晚工作原理太阳房夏季白天工作原理太阳房夏季夜晚工作原理通高太阳房剖透视屋顶构造做法屋顶局部透视集热蓄热墙工作原理109ARCHITECTURALJOURNAL2011.8建筑学报技术这一方面还有很大的发挥空间。尤其是将建筑设计和被动式建筑节能结合在一起实现一体化具有积极节能意义和实践价值。节约资源是全人类面临的共同课题和责任，作为建筑师应当设计建造可借鉴、可推行、可经受使用检验的节能建筑，为清洁能源在住宅建筑上的应用作一名推动者和先行者。■平面户型特点技术应用汇总设太阳能集热器就可以满足普通条件住户的热水供应，因此不仅不会影响屋面种植及上人空间，同时其结构构架还可以作为建筑单元立面的立面装饰起到美化作用。4.4墙体设计建筑南向设计为带有阳光房的公共空间，因此南立面大面积为玻璃幕墙。不与室外环境直接接触的南向户墙，由于处于双层通高太阳房的内部环境中，因而被设计成为集热蓄热墙，具有一定的节能效果：冬天白天吸收太阳房内的热量，夜晚对户内进行热辐射，补充户内热量。夏天白天吸收多余热量，阻隔热量进入户内，夜晚释放热量，自行降温。由于此集热蓄热墙处于太阳房内环境，因此其所接触的环境相对温和，能够有效减缓集热蓄热墙冬季集热延时，夏季夜间散热不彻底的弊端。4.5构件设计建筑构件普遍起维护、装饰作用，但其在功能上还有更大的发挥潜质。本方案中，利用建筑构件的合理设置，对建筑南向的冬、夏采光进行调节，间接达到节能效果。方案在南向的二层通高阳光房外立面上部设置了外挂的水平遮阳板。遮阳板分上下两层，上层遮阳板与下层遮阳板之间相距800mm。遮阳的设置主要是在冬季使低照射角度的阳光摄入室内，使室内获得足够的光照使阳光房吸收太阳能，夏季阻挡高照射角度的阳光摄入室内，保持室内凉爽。双层板的设置还兼顾了多种功能，上部的遮阳板可以作为挡风板，使下一层排除的污浊空气不会进入上一层的室内。下部的遮阳板上通过涂抹反光材料，可以兼做反光板，将阳光折射入室内更深处。同时，设置其他一些辅助构件如阳光房遮阳卷帘的设置也是建筑节能的有效途径。5其他节能技术的引用本住宅设计在主要采用被动式太阳能节能方法的同时，也引用主动式太阳能技术。本住宅设计的电梯设置在南立面上，电梯井壁外侧的南向可以通过太阳能光伏发电板收集太阳能。屋顶可设置太阳能集热器，供户内的热水使用。同时，采用雨水、污水回收系统将收集并处理过的雨水、中水用于小区景观浇灌、洗车等项目，最大限度的节约资源，履行低碳的生活方式。6结语通过“6米阳光”的方案介绍，可以看出在集合住宅设计中引入建筑节能项目组成员：姜忆南、杜晓辉、夏海山、王佳、刘冬贺、孟磊、侯磊