小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)中的低碳智能住宅研究＊

丁 艷

(湖南工業(yè)大學 包裝設(shè)計藝術(shù)學院，湖南 株洲 412007)

在資源枯竭、生態(tài)退化和環(huán)境惡化的當代社會，低碳智能、可持續(xù)發(fā)展有利于改善這種局面。在對能源和氣候變化的影響因素中，住宅工業(yè)是最主要的影響因素之一。隨著農(nóng)村生活水平的日益提高，鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民對住房的要求已不低于城市，而低碳智能住宅的應(yīng)用，有益于小城鎮(zhèn)的建設(shè)和發(fā)展，能夠滿足當代小城鎮(zhèn)居民生活水平日漸提高的需要，也有利于創(chuàng)造低碳節(jié)能、智能宜居的社會主義新農(nóng)村。

一 相關(guān)概念

(一)低碳住宅

低碳住宅是指住宅建筑具有低碳環(huán)保的功能，即在建筑材料與設(shè)備制造、施工建造和住宅物使用的整個生命周期內(nèi)，減少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳排放量。達到建筑與人、人與環(huán)境、建筑與環(huán)境和諧發(fā)展的全面實質(zhì)低碳要求［1］。它不僅包括住宅建筑材料以及施工過程的低碳，而且還包括住宅物使用過程中的低碳，即在使用過程中盡量減少消耗能源。低碳住宅能夠很好地解決住宅高能耗的問題。

低碳住宅是一個節(jié)能、循環(huán)的住宅體系，它是一個生態(tài)系統(tǒng)，通過組織建筑內(nèi)外空間中的各種物質(zhì)因素，使物質(zhì)、能源在建筑生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部有秩序地循環(huán)轉(zhuǎn)換，獲得高效、低耗、無廢、無污、生態(tài)平衡的建筑環(huán)境，從而為人們創(chuàng)造一種節(jié)能、環(huán)保、健康、舒適、講求效率的居住環(huán)境。

(二)智能住宅

人類已經(jīng)進入了數(shù)字信息化時代，無孔不入的數(shù)字化信息，不僅改變著人們工作、商務(wù)的模式，也開始全面改變?nèi)藗兊纳罘绞?。隨著地球不可再生資源的日益匱乏，應(yīng)加強節(jié)能技術(shù)、生態(tài)技術(shù)、環(huán)境效應(yīng)等技術(shù)與材料的研究與應(yīng)用，智能設(shè)備與智能房屋相互適應(yīng)的設(shè)計以及與之相關(guān)的技術(shù)的研究，將使智能住宅走上可持續(xù)發(fā)展的軌道。

智能住宅是以綜合布線為基礎(chǔ)，以計算機網(wǎng)絡(luò)為橋梁，綜合配置建筑物內(nèi)的各種功能子系統(tǒng)，全面實現(xiàn)對通信系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、建筑物內(nèi)各種設(shè)備(空調(diào)系統(tǒng)、供熱供水系統(tǒng)，變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯、消防系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)，出入管理系統(tǒng))的綜合管理，將智能型計算機技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)等現(xiàn)代高科技與住宅建筑藝術(shù)完美結(jié)合所建造的新型住宅［2］。

智能住宅是信息時代的必然產(chǎn)物，是隨著智能化技術(shù)的發(fā)展、社會的進步和人們的需要不斷增長、完善和發(fā)展形成的。智能住宅在美國、日本和歐洲等地有很大的發(fā)展，而國內(nèi)的智能化建筑多用于辦公樓、醫(yī)院、城市小區(qū)的建設(shè)等?，F(xiàn)在村鎮(zhèn)住宅多以人們自愿建設(shè)為主，沒有統(tǒng)一的模式，這在很大程度上造成了資源浪費，不利于節(jié)能減排。智能住宅的應(yīng)用，有利于提升與改善村鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展，改善村鎮(zhèn)居民的居住和生活條件。

(三)低碳智能住宅

低碳智能住宅指運用低碳建筑材料、低碳技術(shù)，在減少碳排放量的同時，用物聯(lián)網(wǎng)、云計算等智能技術(shù)對住宅進行綜合布線及能源管理，用智能化技術(shù)實現(xiàn)低碳節(jié)能，通過智能技術(shù)與低碳住宅各功能的完美結(jié)合，形成新的住宅體系，以實現(xiàn)低碳住宅智能化的要求，創(chuàng)造更宜居的環(huán)境。

低碳智能住宅是改善人類居住環(huán)境產(chǎn)生的必然結(jié)果，是未來住宅建設(shè)的方向。在低碳智能住宅建設(shè)中綜合運用低碳技術(shù)和計算機管理系統(tǒng)，將兩者結(jié)合，使人居環(huán)境更加健康舒適和綠色低碳。

二 我國小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)存在的問題

小城鎮(zhèn)建設(shè)是中國特色城鎮(zhèn)化道路的重要組成部分，是小城鎮(zhèn)各種要素的創(chuàng)立或組合，也是一定區(qū)域內(nèi)小城鎮(zhèn)體系的設(shè)置、改造和發(fā)展的過程。在這一過程中，離不開住宅建設(shè)。同時，我國城鎮(zhèn)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，使得我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)迎來了住房建設(shè)的熱潮。然而，在住房建設(shè)的過程中，出現(xiàn)了許多問題，如簡單地將城市建筑模式植入農(nóng)村，并試圖調(diào)整資源平衡，因而出現(xiàn)了“千村一面”或“一村萬貌”的現(xiàn)象。［3］具體來說，存在以下問題:

第一，在小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)規(guī)劃上，造型和平面布局比較自由，住宅布局缺乏統(tǒng)一性。我國小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)在整體的布局朝向上通常比較散亂，沒有秩序感。由于缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃，加之一些居民在住宅旁隨意建造雜屋，造成住宅用地占地規(guī)模大，土地浪費現(xiàn)象較為嚴重。

第二，在小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)結(jié)構(gòu)上，現(xiàn)有的小城鎮(zhèn)住宅一般結(jié)構(gòu)比較簡單，外觀結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，缺乏立體感，樣式不新穎。由于在小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)中自建住宅占大部分，缺乏統(tǒng)一的設(shè)計，因此造成城鎮(zhèn)天際線不協(xié)調(diào)，影響城鎮(zhèn)的整體空間美感和城鎮(zhèn)的整體規(guī)劃。

第三，在小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)用材上，由于居民缺乏低碳用材意識，其在建房過程中一般采用中國傳統(tǒng)的建房材料——磚為主，而燒制磚的過程會造成大量的能源資源消耗，同時造成大量的碳排放，與我國建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的目標背道而馳。此外，中國現(xiàn)有絕大部分小城鎮(zhèn)住宅外觀用材不統(tǒng)一，在建造過程中根本不考慮其色彩與周圍建筑的色調(diào)是否統(tǒng)一，導致城鎮(zhèn)面貌不和諧，影響城鎮(zhèn)面貌的美感。

第四，在小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)技術(shù)上，小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)缺乏統(tǒng)一的建筑標準與技術(shù)規(guī)范，建造技術(shù)簡單、缺乏科學性，加之小城鎮(zhèn)居民的經(jīng)濟收入不穩(wěn)定，不能滿足高技術(shù)、高投入的住宅建設(shè)需要，因此，在城鎮(zhèn)建設(shè)中，建筑標準與技術(shù)規(guī)范遭到嚴重忽視，甚至連最起碼的熱工性能及防潮防腐措施也被忽視了，從而導致小城鎮(zhèn)住宅保溫隔熱性能差、能耗大、舒適度低。由于我國住宅低碳智能技術(shù)起步較晚，技術(shù)不夠成熟，研發(fā)不均衡，市場前景不確定。

第五，在小城鎮(zhèn)低碳智能住宅建設(shè)推廣上，推廣宣傳力度嚴重不足。當前，我國村鎮(zhèn)居民住宅節(jié)能意識非常薄弱，加之節(jié)能科技產(chǎn)品大多價格昂貴，在節(jié)能與價格面前，民眾通常選擇低價的產(chǎn)品，這種對低碳智能住宅的不重視，不利于低碳智能住宅的普及。

目前，我國小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)很不理想，從規(guī)劃到技術(shù)都遠遠低于城市住宅建設(shè)，更不用說與發(fā)達國家的小城鎮(zhèn)建設(shè)相比較了。為了小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)的進一步發(fā)展，必須建立新的住宅標準，促進城鄉(xiāng)一體化，推動城鎮(zhèn)人居環(huán)境的改善。

三 低碳智能住宅在我國小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)中的可行性

我國人均溫室氣體排放量不高，2008 年我國碳排放為68.00 億噸，2011 年增加了9.9%［4］。但是，由于全球?qū)夂蜃兓瘑栴}關(guān)注度的提高，我國已成為氣候變化問題的焦點地區(qū)。我國住宅相關(guān)能耗(包括住宅能耗、生活能耗、采暖空調(diào)能耗等)已經(jīng)超過工業(yè)成為社會第一能耗大戶，建筑能耗占總能耗的比例大約為27%［5］。我國每建成1 平方米房屋，約釋放出0.8 噸碳。截至2010 年，我國存量建筑總面積430 億平方米，而真正意義上節(jié)能建筑只有29.3 億平方米。另外，每年新增住宅面積16 億～20 億平方米。每年新建住宅中，99%以上是高能耗住宅［6］。因此，提升小城鎮(zhèn)住宅的低碳化效益水平，在我國小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)中建造低碳智能住宅前景巨大。

我國低碳住宅技術(shù)從20 世紀80 年開始，至今已得到較大發(fā)展，這種發(fā)展大多存在于城市住宅體系中，而在小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)中有待開發(fā)與推廣。國家“十二五”規(guī)劃提出加大對村鎮(zhèn)的低碳發(fā)展，為村鎮(zhèn)住宅低碳智能建設(shè)提供了一定的條件，使其具有一定的可行性。第一，國家節(jié)能環(huán)保政策的推廣及為農(nóng)村危房改造提供各種配套資金，為村鎮(zhèn)住宅建設(shè)提供了一定的基礎(chǔ)條件，也具有了一定的推廣性;第二，由于國家對節(jié)能環(huán)保、科技智能的重視和社會發(fā)展的客觀需要，各級政府加大了宣傳力度，有效的宣傳使低碳智能住宅建設(shè)的觀念逐漸被人們所接受，這是直接推動低碳智能住宅建設(shè)的有利條件;第三，國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們經(jīng)濟收入水平的不斷提高，使得居民有一定的能力承受低碳住宅建設(shè)的經(jīng)濟成本，這是建設(shè)低碳智能住宅的經(jīng)濟基礎(chǔ)和物質(zhì)支撐;第四，隨著低碳技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，人們可以有效利用各種資源，優(yōu)化住宅空間構(gòu)成，完善各住宅空間的交互與連接，為低碳智能住宅建設(shè)提供了技術(shù)保障。城市低碳智能住宅的起步為小城鎮(zhèn)的低碳智能住宅建設(shè)開辟了先河，使低碳智能住宅在村鎮(zhèn)建設(shè)中成為可能。

四 低碳智能住宅實例分析

(一)西班牙畢爾巴鄂市的Atica 住宅

Atika 住宅是歐洲低碳智能住宅的試點項目，在西班牙的畢爾巴鄂市(Bilbao)組裝成型。Atika將未來的居住理念、綠色建筑設(shè)計、可持續(xù)發(fā)展的城市等設(shè)計理論相結(jié)合，運用了斜屋頂技術(shù)、低能耗策略、全方位的太陽能系統(tǒng)(不僅是取暖，同時包括降溫)、樓宇智能化管理體系以及模數(shù)化技術(shù)而建造。圖1 所示為Atika 住宅外觀圖。

圖1 Atika 住宅外觀

Atika 住宅的外形呈現(xiàn)為“Z”字形，其內(nèi)部與傳統(tǒng)的地中海建筑一樣，為圍繞中庭分布的居住空間。中庭包括遮陽系統(tǒng)、水面和植物，這些可成為微氣候調(diào)節(jié)器。Atika 住宅整體被劃分為兩個主要的分區(qū):首層是一個展示空間，它與現(xiàn)有的任何一幢平屋頂?shù)淖≌ㄖ翢o區(qū)別;屋頂層則為Atika住宅的典型中庭式平面同時結(jié)合一系列的坡屋頂。這種設(shè)計不但能夠增加居住面積，而且能夠更好地保護下層已有的建筑空間。Atika 住宅內(nèi)部空間功能分布如圖2 所示。

圖2 Atika 住宅內(nèi)部空間功能分布

根據(jù)西班牙畢爾巴鄂市冬天溫暖、夏天炎熱的氣候條件，Atika 住宅在不同的位置設(shè)置窗戶，以最大限度地收集陽光，減少能源消耗。在夏季，通過不同的屋頂坡度，避免強烈的直接日照，在得到舒適而充足的光線下，減少了日照的熱量。Atika 住宅在設(shè)計中充分考慮了四季氣候的不同，依據(jù)空氣流動的原理，在上部的坡屋頂上設(shè)計有南北向的窗戶作為出氣口，下部房間的四面墻都開有窗戶，選擇性地作為入氣口，通過不同的方位來調(diào)節(jié)通風的溫度與濕度，如圖3 所示。

圖3 Atika 住宅溫度與濕度調(diào)節(jié)圖

在用材上，Atika 住宅的外部以鋼架結(jié)構(gòu)為主，以減少建筑垃圾的產(chǎn)生，通過加強外墻的厚度與密度來達到保溫與隔熱的目的。室內(nèi)的屋頂全部為白色涂料板，以最大限度地反射來自屋頂和窗戶的自然光，同時利用上部懸挑的建筑構(gòu)件或者窗戶上的百葉來形成陰影，并利用狹窄的走廊和陽臺來確保陰影面形成與空氣的流通。Atika 住宅設(shè)計有循環(huán)流動的水流系統(tǒng)，以達到降溫的效果。地板采用比熱高的套磁面磚，日間可以蓄熱，并在夜間釋放出來，最大限度地達到節(jié)能低碳的要求。圖4 所示為Atika 住宅走廊的一角。

圖4 Atika 住宅走廊一角

在智能上，Atika 住宅采用了自動化電子遙控裝置來輔助控制能源。臥室北面的頂窗裝有雙層窗戶，其他的窗戶則都配有滾動百葉。這些設(shè)備全部由人工或預(yù)設(shè)的自動設(shè)備控制，通過對溫度、時間、季節(jié)的提前設(shè)定，來遙控窗、門、遮陽板等設(shè)備的開啟與關(guān)閉，從而調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境。Atika 住宅的自動化電子遙控裝置與智能家居控制設(shè)備結(jié)合起來，使住宅環(huán)境更舒適、更安全，從而保證了住宅建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

(二)比爾·蓋茨的私人湖濱住宅

比爾·蓋茨的私人湖濱住宅前臨水、后倚山，體現(xiàn)了他個人對舒適生活與張揚個性的追求。他的住宅已經(jīng)將智能化與低碳兩者很好地相結(jié)合，是“未來之屋”的發(fā)展方向。當然，這種高檔的住宅設(shè)施造價高昂，但在一定程度上對于我國小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)提供了借鑒。

比爾·蓋茨的私人湖濱住宅周圍為茂密的林木，有原生榿樹、楓樹和道格拉斯冷杉等，在保持其自然外觀的同時，能很好地調(diào)節(jié)住宅周圍的溫度與濕度。住宅的框架以木架結(jié)構(gòu)為主，是天然可再生無污染材料，屋頂用不銹鋼為主材，以減少建筑垃圾對環(huán)境的污染，環(huán)保耐用又省力。

比爾·蓋茨的私人湖濱住宅內(nèi)的信息化、智能化程度非常高，其每個空間的設(shè)施均可迎合人的意愿而自動完成。房內(nèi)的所有電器設(shè)備均連接成一個絕對標準的家庭網(wǎng)絡(luò):住宅的大門設(shè)有氣象情況感知器，電腦可根據(jù)各項氣象指標，控制室內(nèi)的溫度和通風的情況。住宅門口安裝了微型攝像機，除主人外，其他人欲進入門內(nèi)，必須由攝像機通知主人，由主人向電腦下達命令，大門方可開啟;亦可通過內(nèi)置微晶片的胸針進行識別，佩戴胸針者會被允許進入，胸針還可預(yù)先設(shè)定溫度、濕度、燈光、音樂、畫作等條件，主人無論走到哪里，內(nèi)置的傳感器就會將這些資料傳送至Windows NT 系統(tǒng)的中央電腦，將環(huán)境調(diào)整到極為舒適的程度。住宅內(nèi)通過控制系統(tǒng)對日照、溫度、濕度等因素加以調(diào)整改變，實現(xiàn)能源管理，更好地實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。圖5 所示為比爾·蓋茨私人湖濱住宅外景。

圖5 比爾·蓋茨私人湖濱住宅外景

我國在小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)中，可在功能、技術(shù)到用材上對以上案例加以借鑒與利用。為了減少建造住宅帶來的能源消耗，利用鋼架結(jié)構(gòu)等可循環(huán)材料進行組裝建造，既可減少建筑垃圾，又可降低能源消耗，利于未來小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)和城市建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)人居環(huán)境需求，建立符合現(xiàn)代居住要求的智能體系，在滿足人居心理的同時使能源資源利用最大化，實現(xiàn)資源管理，減少能源浪費。

低碳智能住宅是未來小城鎮(zhèn)的理想住宅，是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的必然產(chǎn)物。低碳智能住宅應(yīng)用于小城鎮(zhèn)住宅建設(shè)中不僅是一大嘗試，也是全新的挑戰(zhàn)。低碳智能農(nóng)宅的建設(shè)不僅有利于改善農(nóng)民的生活質(zhì)量，使其獲得一種高效、低耗、無廢、無污、生態(tài)平衡的住區(qū)環(huán)境，創(chuàng)造節(jié)能、環(huán)保、健康、舒適、講求效率的生活條件，而且能減少人類活動產(chǎn)生的碳排放，避免環(huán)境惡化，優(yōu)化居民的人居環(huán)境。

低碳智能住宅能更好地實現(xiàn)國家城鎮(zhèn)一體化和等值化目標，有利于建成社會主義新型美麗城鎮(zhèn)。但低碳智能住宅應(yīng)用于小城鎮(zhèn)建設(shè)中還存在一些問題，小城鎮(zhèn)居民收入有限，較難承受相對高昂的建造材料及技術(shù)應(yīng)用的成本。雖然國家節(jié)能環(huán)保、以城帶鄉(xiāng)、農(nóng)房改造等政策的推廣提供了一定的配套資金，但低碳智能住宅的用材、低碳節(jié)能技術(shù)、家居智能化、綜合布線等技術(shù)，在成本效益及技術(shù)保障上還有待進一步完善。第一，低碳智能住宅的材料生產(chǎn)、綜合布線產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程，需要大量的前期資源能源消耗，在生產(chǎn)過程中，只有不斷改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、減少材料損耗，才能更好地為低碳減排做出貢獻;第二，目前我國的低碳智能技術(shù)還不夠完善，需要在不斷的實踐與創(chuàng)新中加以提高;第三，小城鎮(zhèn)人均純收入不高，且收入不穩(wěn)定，不利于大范圍地建設(shè)低碳智能住宅。

［1］牛苗苗.低碳住宅概念界定及其建設(shè)策略［J］.經(jīng)濟論壇，2012(1):128－129.

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