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国内首座近零能耗建筑-天友零舍

友绿 | 2021/11/30 16:17

新知达人, 国内首座近零能耗建筑-天友零舍

2021年11月30日,友绿邀请天津大学建筑学院教授、天友设计首席建筑师任军博士为建筑业同仁带来零碳建筑技术100讲第5讲《零碳校园的天然采光技术》。

任军博士早在学生时代最喜欢设计和研究的就是“绿色建筑”,2019年,任博士正在研究如何农村把节能环保做得更极致,恰好看到一个废弃的三合院,它的主人已经去城里打工。他通过村委会租下了房子,结合自己的课题研究,展开一场等待了20年的实验。这就是今天要和大家介绍的天友零舍

新知达人, 国内首座近零能耗建筑-天友零舍

天友设计在北京大兴魏善庄那个叫半壁店的小村庄已经有五年了,从低能耗农宅到农村厕所革命,摸索了零煤耗的乡村能源系统,探讨了装配式的卫生公厕。乡村建筑能不能更进一步,实现近零能耗呢?

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天友·零舍

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低能耗零煤耗农宅改造

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装配式节水厕所

2019年,在半壁店的村口,一座农宅被改造成了近零能耗建筑——零舍,这也是国家标准《近零能耗建筑技术标准》GB/T51350-2019正式实施后国内第一座建成并获得评价标识的近零能耗建筑。

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从村口看建成前后的对比

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近零能耗评价标识

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零舍-nZEB(nearly Zero Energy Building)

通过零舍的改造可以探索一种低成本的近零能耗农宅的实现方式,保留农宅的传统建筑特色,在农宅内引入新的功能,实现功能转换与乡村复兴。

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ONE

什么是近零能耗建筑?

通俗来讲,近零能耗建筑是通过被动式建筑设计最大幅度降低供暖、空调、照明需求,通过主动技术措施最大幅度提高能源设备与系统效率,充分利用可再生能源,为使用者提供舒适室内环境,其能耗水平较国家标准降低60%~70%以上。

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零舍室内的绿色书屋

TWO

技术上如何实现近零能耗?

▍ 被动式超低能耗技术

天友·零舍项目为单层乡居改造项目,原建筑体型系数较大,节能不利。性能化设计是近零能耗建筑设计的基本方法,通过性能优化,我们一方面在原建筑基础上增设被动式阳光房、楼梯间等过渡联系空间,降低建筑的体型系数,另一方面采取被动房标准的围护结构保温性能来保证建筑的节能效果。

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性能化设计的优化过程

一系列的技术措施都是有针对性地面向乡居建筑的特点。针对乡村一层建筑,更注重地面和屋面的保温;针对改造建筑气密性处理的难题,将建筑分为三个气密区;针对无热桥,将附加的建筑空间结构体系独立,与主体建筑脱离;针对乡村红砖建筑风貌,外保温的基础上又砌筑了红砖,形成夹心保温,兼顾了建筑风貌和建筑气密性能。

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附加在建筑南侧的被动式太阳房,形成气候缓冲空间

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气密区分区及节点构造

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夹心保温墙体外观

通过天窗和风塔改善乡村建筑天然采光和自然通风的不足。天窗可以看到北侧高大的杨树,而上屋面的楼梯间,做成了一个铜表皮的风塔。

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威卢克斯天窗改善了室内的光环境

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透空的上人屋顶和楼梯间风塔

▍多种近零能耗结构体系的实验

天友·零舍不仅希望实现近零能耗,还希望在该项目中探索不同结构体系实现近零能耗的技术路径和构造节点。因此分别采用砖木结构(保留单元)、轻木结构和模块结构(新建单元)三种结构体系。

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立面的三个体量对应了三种结构体系

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三种结构体系应用及近零能耗工程做法示意图

砖木结构的零舍改造室内

轻木结构室内

装配式模块单元采用SMART-6轻钢装配单元结构体系,内填外贴两种保温材料,以保证系统的传热系数和气密性,在工厂完成结构及内装修,整体运输到现场完成安装及外装饰。

模块居住单元室内

 ▍ 可再生能源补充

零舍实现了光伏建筑一体化的有机结合。屋面结合传统民居双坡形式选择的非晶硅太阳能光伏瓦,而被动式阳光房的玻璃屋顶采用了彩色薄膜光伏,总装机为7.1kWp,以并网的方式为建筑提供电能。居住模块设置太阳能热水系统为厨房卫生间提供热水。超低能耗的建筑尽可能地减少耗能,再借助可再生能源的产能,从而实现近零能耗。

光伏瓦及彩色薄膜光伏

阳光透过彩色薄膜光伏顶落在阳光房的墙面上

院墙用柔性光伏纸制作了一个艺术装置,可以给村民手机充电

THREE

空间上如何实现乡村风貌?

零舍的功能复合了展示、办公、图书、会议以及居住,可以成为乡村创客、低碳展示的使用空间。在空间模式上,保留了原始两进院落的布局,用太阳房、楼梯间风塔等即作为联系空间,又作为气候缓冲空间。

复合功能的平面布局

被动太阳房作为联系的公共空间

木结构的门厅连接居住和办公部分

景观延续的生态和低碳的主题,设置几个主题庭院——南侧的太阳能花园、中心的水院、北侧的零碳花园以及树林菜园。水院成为雨水收集的景观水池,而零碳花园则利用原有建筑拆下来旧砖旧瓦等废弃材料设计而成,中间种了一棵穿过二层平台的树,以碳汇实现这个小花园的零碳。北侧沿建筑设计了错落的模块式菜园,成为村口大树下的景观。

中心的水院,把原民居拆下来的屋面瓦铺到了池底

零碳花园

树林下的模块式一米菜园

零舍的绿色技术更希望以艺术化的方式呈现出来,因此彩色光影、废弃材料、原始墙绘、垂直绿化都成为建筑表现力的手段。

改造的展厅中有一系列技术的艺术化展示

打开收集的旧窗是大师油画的效果图

有机玻璃切片般的并置了十几个零舍剖面

木丝板吸声墙DIY了一幅水墨山水

围墙上用拆除的旧窗做出了LOGO

夹心保温重绘了局部的原建筑山墙的墙绘,仿佛它们一直存在

FOUR

经济上如何实现可接受的造价?

▍施工:摸索中前行

PART 1   关于成本

天友·零舍是北京市科委课题的示范项目,当时提出:“探索乡村的近零能耗建筑?”,这个决定的直接影响是建造成本的增加,那么问题来了:

“钱从哪里来”?

“省钱”+“赞助”!

所以,在项目初期无论是建筑材料、施工队伍、门窗、设备系统等,都是货比三家,成本省了再省,既要保证建成效果又要控制成本。

PART 2   关于施工

受项目成本影响,选用了地方施工队来施工(其实,有过建造经验的施工队,好贵),这是第一次设计近零能耗建筑,他们是第一次施工近零能耗建筑,甲乙方联手开启了这段神奇的旅程。

为了能更好的让现场施工队总管老黄更直观的了解近零能耗建筑无热桥、高保温、气密性等节点做法,建筑师详细到每一个施工步骤、每一个节点控制都用图示化的方式表现,并在现场进行施工交底。

装配式模块由设计进行的施工控制

▍ 经济:省、省、省

终于,在厂家、设计及施工队伍完美的配合下,天友·零舍项目顺利竣工,零舍的建筑面积是400㎡,建造和装修一共花了280万,项目平米造价完美控制在正常近零能耗建筑平米造价的65%左右。

设计施工过程中的油画草图

来源:天友设计

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