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低碳住家——北京褐石公寓

2011-04-20 浏览:66099次

项目信息

项目地点:
中国 北京
项目类别:
景观
项目规模:
复式公寓总面积250 m²,另加阳台30 m²
设计时间:
2010--
建成时间:
2010--

项目简介

  项目位于北京的一个中高密度社区——北京褐石园,社区由5层多家庭公寓组成,容积率高达1.2。北京气候恶劣,冬季寒冷(一般夜间最低温度可以降到-15℃到-10℃),夏季炎热(日间最高温度可高达35℃到38℃);春季和秋季干燥,且昼夜温差很大,春季还会出现沙尘暴。年降水量达到500mm,主要集中在夏季,春季和秋季干旱少雨。我们使用了社区内两个位于5层的相邻公寓单元进行实验,主要的改造集中在公寓中两个主卧外南向的阳台和分隔这两个公寓的隔墙上。两个阳台因为北京恶劣的气候不能被很好的使用,每个大概30平方米;隔墙墙面大概11平方米。

  这是一个运用家庭水生态基础设施的理念,充分利用收集的雨水,将高能耗的住宅建筑向绿色建筑转化的实验性性项目,具体做法如下:

  1改造阳台结构,收集雨水

  由于北京较恶劣的气候时间很长,两个主要卧室外的阳台得不到高效使用。但阳台的优点是与室外环境的衔接,相比室内环境来说,没有对干湿、温度等更多的要求,这也是选择阳台进行此次实验的一个原因。改造前的阳台是一个未封闭的空间,每当下雨时,雨水洒落在阳台上,通过阳台上的落水管排到城市排水管网中,该项目的目标就是把每次的降雨留下来,储存在阳台上,再根据人们的需要加以利用。

  首先是雨水收集,设计选择整个建筑的屋顶作为雨水收集面,根据屋顶原有的排水结构和原有的落水管结构,在落水口设置集水檐,使雨水流入连接雨水储存箱的管道。管道口设置了过滤网,防止管道的阻塞,管道下方连接雨水过滤装置,进一步净化雨水。该过滤装置设置在阳台靠近墙壁的一侧,可整体拆卸,方便定期维护。雨水经过处理后,直接进入雨水储存箱进行存放,储存箱设有通风换气的装置,防止水体变质。储存箱围绕阳台四周设置,以尽量减少占用空间,但也力求在有限的空间内,尽量多的收集雨水。储存箱与水池连通,水池水面到达一定高度,则通过溢流装置流入建筑落水管,防止雨量过多时,储水箱无法存放。

  整个雨水收集设施与建筑排水相结合,将屋顶原本要排走的雨水,收集在阳台上,在无法收集更多时,选择将其排出,在雨洪管理系统中,这就是一个贮留池(retention basin)的概念,在城市暴雨过程中,对减少洪峰,具有非常明显的作用,而对于家庭来说,对收集的雨水进行利用,也不失为经济的选择。

  2雨水的利用方式:阳台菜园和花园

  为了使阳台更加美观,改造设计是将它们转化为温室花园,一个是服务于厨房的生产性蔬菜园,另一个是为主卧室准备的可食用芬芳花园(如图所示)。这两个花园的平面布局和空间结构完全相同,由中间的水池和汀步构成的花园,允许人们到达每一个角落。水池采用整体的钢板结构,结合种植槽的形状,完整的嵌入整体的结构中,良好的避免了水池渗水的情况。另外,通过控制雨水储存箱的水阀,可以轻易增添水池的水量,并平衡储水箱和水池的水位。种植槽由钢板制成,放置在雨水储存箱的上方,呈台地式布置四周,这样为种植区节省了空间,也使得植物能够充分接受阳光。种植槽内以适合场地的尺寸灵活划分,槽内放置可拆卸的种植箱,又便于后期的清理维护。种植箱旁堆积轻质多孔的上水石,设计成小型跌水,水的来源即为收集的雨水,通过管道和小型水泵就可以实现良好的景观效果,在调节阳台湿度和温度的同时,还为苔藓类植物提供了生长的空间。跌水、水池和储水箱三者是一个连通的结构,跌水可增加水含氧量,保证了两个花园水中所养游鱼对水质的要求。游鱼和跌水不仅可供娱乐,更重要的是维护水质,避免收集的雨水中蚊蝇滋生。与卧室连接的木质平台漂浮于水面上,可以成为纳凉和晨练的场所,业主甚至可将它作为可以仰观星星的另一卧床。面向花园的卧室外墙面和温室顶部由木格栅构建,木格栅采用3cmx3cm木条以20cmx20cm间距排布,以便垂直绿化,使空间的尺度和质感更加宜人,并调节进入温室内的光线。

  由于阳台上的设施要求,阳台无法进行防水工程的改造,设计者在水池、储水箱、种植箱等下方均设有2-3cm高的垫块,其彼此之间又均为相对独立的结构,仅有管道输送雨水,这样的设计完全满足了阳台的防水需求。在种植箱底部有渗水的小孔,其上铺设无纺布后,再放入土壤种植植物,保证了植物根部的呼吸。种植箱底部渗出的水均利用阳台原有的排水装置,通过2-3cm垫高的空间,进入落水管,而不会对水池、储水箱等结构造成影响。

  尽管结构相同,但两个阳台花园选用植物材料完全不同。在蔬菜园中,通过对种植槽中不同蔬菜的色彩、高度、形态、习性的选取,制定了四季可以轮作的种植方案:花园春季可以采收香菜、油菜,夏季可以品尝番茄、黄瓜,秋季可以收获葫芦、葡萄,冬季可以乐享生菜、辣椒(如图所示)。在芳香园中,选用亚热带的芳香植物,例如栀子花、桂花、夜来香、茉莉、白兰、薄荷等。这些植物为卧室创造了一个芳香的休息环境,而且都是可食用的。

  阳台花园的设计成为了室外环境与室内环境的缓冲区域。炎热的夏天,室外高温的空气经过花园温度降低,使得室内空气更加凉爽;严寒的冬季,室外寒冷干燥的空气经过花园的升温和加湿,使屋内更加保温和舒适。同时,花园成为了主人室内空间向室外的延伸,在高密度的城市中,独享属于自己的绿色空间,体会生产性景观的乐趣和艺术。

  3雨水的利用方式:生态墙

  为了改善室内温湿,设计师将分隔这两个公寓单元的隔墙设计成为一个“生态墙”,该项设计获得发明专利,比传统的空调制冷加湿更加低碳环保,且具有装饰室内环境的作用。更重要的是,利用收集的雨水创造景观的生态墙,为家庭雨水利用增添了新的理念。

  该上水石生态水景墙,由钢板构成主要框架,内侧与墙体通过连接固定,外侧挂接以大理石胶粘合的上水石墙,上水石墙外侧上端布置溢水槽,由循环水泵通过输水管将水送至溢水槽,向上水石喷洒淋水体,墙下端设置与钢板一体化的水池,水池外侧为木质挡水台,水池底部布置循环水泵、泄水管和进水管。该发明充分发挥了上水石优良的吸水性,幕墙所占空间小,与空气接触面大,能维持墙体潮湿,发挥其散发湿气、自然降温的作用。由于上水石材质较轻,对地面增加的负荷较轻,不需要对地板进行额外的加固处理。而且该生态墙是一个整体结构,不需要额外的防水处理,可利用上水石间空隙,以及在石体上凿孔,种植绿色植物,上水石上也易于形成青苔,很快就能形成生态型绿色水景

  整个墙面由块状的多孔上水石镶嵌而成,墙顶留溢水槽。利用上水石多孔渗水的特征,吸收和滞留墙顶流下的水体,同时上水石也能给予苔藓和草本植物以生长的环境,从而使整个墙体成为一个气候的调节器。在炎热的夏季,蕴含水分的墙体蒸发带来了阵阵清凉,替代室内空调的使用;在干燥的冬季,带来充沛的湿气;墙体上的苔藓和绿色,散发出来自大自然芬芳。而且此种上水墙不必保证持续的水流,墙体不需清洁,降低了维护成本。

  生态墙上循环的雨水,携带着植物的种子,不断循环在箱体和储水池之间,一种植物生长在墙上的一个角落,不久就会遍布满墙。主人可通过调节上水墙上水的频率和水量,控制植物生长的速度和面积,还可根据个人喜好,将合适的种子洒落在水池中,或将植物放置在上水石的缝隙中。客厅作为家庭装修最重要的部分,往往也是家庭装修花费最多的区域,但装修后的空气质量却令人堪忧。而上水石生态水景墙的客厅设计,不仅经济环保,更是自然的空气净化器,是绿色家居生活的绝佳选择。

  4利用自然通风和阳光,乐享低碳生活

  阳台的温室罩面用玻璃和遮阳格栅结合而构成,以便控制光线进入强度,形式室内和室外的温差。同时窗户可以手动开启,便于空气流通,使小气候得以方便进行地人工调控。利用风压和热压相结合的方式,巧妙的利用屋顶,引导自然风进入阳台和室内。设计还特意使用了方钢管,对整体结构进行加固,保证大风天气玻璃罩面的稳固。另外,屋顶安装太阳能光热板,收集的太阳辐射提供家庭厨房及洗浴需要的热水,将屋面的利用最大化。

  雨水、风和太阳能这些自然的元素,免费构建了这一家庭水生态基础设施,将一个高能耗的住宅建筑,转化为绿色低碳的居家环境,并附赠家庭量身定做的微气候。

  5工程实施效果

  a.生态效益

  经过一年多的实验,改造的设想基本得到了实现,节能和改善环境的效益是明显的,收集的雨水对一个家庭来说还是相当可观的,两个阳台收集的雨水每年可达到52m3左右,具体数据如表所示。

表3.7-1北京褐石园单个阳台花园2009-2010年度雨水收集利用数据统计

雨水收集量(200907月至201006月)

月份

季度雨水收集量(m³)

年雨水收集总量(m³)

200907-200909

15.8

26

200910-200912

1.9

201001-201003

2.1

201004-201006

6.2


  注:以蔬菜园”为核算依据,两个花园的雨水收集量为上表的两倍

  b.经济效益

  阳台的生产性景观,创造了良好的经济效益,生产的蔬菜产量相当可观,主人可以每天享受一盘沙拉,以及一些豆类和水果等,具体的蔬菜产量如表所示:

表3.7-2北京褐石园单个阳台花园2009-2010年度蔬菜生产数据统计

蔬菜产量(一个生长周期)

品种

产量(㎏)

小白菜

13.8

豆角

3.6


  注:表中数值以小白菜、豆角种植为例,在一个生长周期内,按小白菜种植面积9.2平米,单产1.5㎏/㎡,豆角种植面积1.8平米,单产2.0㎏/㎡计算。

  通常250多平方米的复式洋房采用10匹的空调主机,室内配置10个末端,一个末端按30W计算。在一般情况下家里只有4-5个末端同时开启,10匹的全变频中央空调(按8小时计算)大概一天耗电30-40度左右。按夏季100天计算,每套住宅共节约电能3000-4000度。按此计算,两个公寓的总面积为500平米,由于阳台花园对户外环境的缓冲作用和生态墙的降温作用,整个夏季都不需要空调而维持较舒适的室内环境,仅此一项,两套公寓就节省6000-8000度电。

  c. 社会效益

  该项目建成后吸引了大量的人员前来参观,起到了良好的教育启智作用。本案例过雨水收集、太阳能和生态墙的设计,用极低的投入,将一个本来耗能的建筑,改造为低碳的绿色建筑,有效地降低了能源的开销,同时提供了兼具生产功能的舒适居住环境。这栋公寓富有教育意义,它表明将生态设计作为一种系统策略,整合技术资源,用最少的投入、最简单的方式将一个普通住宅向绿色建筑进行转化的可行性。同时,这一建筑环境的使用亦是可持续的,通过阳台花园和生态墙的使用和体验,教育城市公民,倡导低碳的生活方式。

  d.后期经验和建议

  阳台通风问题:由于施工时难以实现,玻璃罩面的顶部未设置可开启的窗户,后期使用也发现阳台的通风效果并不理想,冬天相对舒适,而夏天相对较热。而对于南北通透的住宅来说,这一影响将会减轻,与阳台相连接的房间对空调的使用也会大大降低。若对玻璃罩面进行改造,可在罩面外侧的顶部增加电动的遮阳蓬,其上利用30cm高的钢结构撑起另一附加的玻璃罩面,形成保温隔热的空气层,主人可自行控制遮阳蓬改善室内温度,对目前夏天较热的状况会有很大改善。

  储水箱容量问题:由于受阳台面积以及承重能力的影响,雨水储存箱的设计容量较低,并不能完全满足全年阳台和生态墙的用水量,加之北京的降雨全年分布不均,需要更大容量的储水箱才能持续供水。而对于南方全年降雨比较充沛的地区来说,对雨水储存箱的容量要求则会降低许多,该实验在南方地区的适宜性远远高于北方。

  阳台水循环问题:实验之初设计的储水箱,仅有水阀可直接取用雨水,储水箱和水池并未与种植槽连接,仍需要手动浇灌植物,水池的水体更换也必须将水排入落水管。更新的设计则可将水池的水通过管道,采取滴管的技术,对种植槽中的植物进行浇灌,进一步循环利用水资源。对家庭而言,自行用水池中的水浇灌植物也是可取的。

  生态墙上水问题:后期的实验发现,生态墙上植物的分布与水体经过的路径密切相关,呈现植物生长于落水路径一致的现象,上水管道的设置是生态墙景观效果的关键。该实验项目中,一侧生态墙由于落水管落水的效果不理想,导致生态墙植物生长较少,而在更换了更合适的落水管后,生态墙的植物生长增多。

  投资和维护问题:该实验的两个生态墙共投资45000元,维护方便简单,在雨水利用方面取得了良好的效果。阳台花园的投资则较多,总计约为20万元,对普通家庭来说是一笔不小的费用。后期维护虽不多,但花园仍是需要人用心管理的。故结合以上建议中自动化的管理则更适合现代人的生活方式,相信在以后的阳台花园设计中,类似的问题将会逐一解决。

  未来的家庭水生态基础设施,需要更加科学化的管理。若希望雨水持续供应,则需要根据当地的降雨量、雨水收集面积、水日需求量等数据,精确计算雨水储存箱的容量。或许这对于单一家庭来说,建立一套家庭水生态基础设施较为困难,而未来的社区可几户人家共享一套设施,则会更加经济高效,且对于促进社区邻里关系有着积极的作用。


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读者评论

  • 蜗牛2016-12-20 10:58
    潮湿对家具、电器以及别个物品的影响不大吗?如果大的话,又如何解决呢。
  • 周小翔2015-02-05 16:30
    私搭乱建,重量考虑没????我不知道原有设计承重多少。
  • 幸福彩虹2014-05-29 07:08
    蚊虫,园子后期长久维护,潮湿,几季轮作后会是什么样子,能不能经受时间的考验......这一系列问题都出来了。不过生态园这个可以根据个人喜好和能力建造,没说就要普及下来,这种探索和实践是在景观设计领域有着开创性和探索性的意义的。没有哪件事是十全十美的,人类一直在探索的路上。不过对于这种生态园的建造维护等等问题去多探访和寻找那些有多年养护经验的人是很重要的,好与坏他们会最清楚
  • 筱红儿2014-03-31 11:01
    非常喜欢!向往那样的生态大阳台!事物都有俩面性,需要取舍。因为我渴望回归生态,所以不怕虫怕累!
  • 温暖2013-12-29 12:18
    这种想法我很喜欢,但是在实践中还是有很多问题,空气好了,肯定有虫子什么的,屋子还会潮,有什么解决办法吗?
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