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1小型建筑自維持的技術背景及目標

“自維持建筑”的技術是以建筑節能技術為基礎的，以其“完全獨立運轉”的特點區別于一般的“可持續發展建筑”“綠色建筑”或“低碳建筑”等概念。在研究節能環保建筑發展歷史的過程中不難發現，可自維持建筑的理念比可持續發展建筑理念先行。這種雛形的建筑可持續理論的先行性也正突顯了最初建筑師對于節能的理想化和絕對化設想。所以，當“自維持技術”在微型建筑上使用時，要求其達到的首要目標即為實現脫離市政管網下的建筑運轉。首先是根據微型建筑的具體用途計算耗能（E1），通過獲得太陽能、風能等能源（E2）以保證獲得大于或等于微型建筑的耗能，即E2≥E1。使得微型建筑在完全脫離市政管網的能源支持下，亦能獨立完成正常生活運轉。其次是在設計過程中盡可能地減少建筑耗能（E1），增大建筑自維持的可行性。具體而言，自維持的技術策略分為三方面：a)用電和采暖制冷自維持；b)用水自維持；c)排污自維持，主要包括生活污水處理和生活垃圾處理兩方面。

2小型建筑自維持的技術策略

2.1用電及采暖制冷自維持技術建筑供給使用需滿足人對于基本用電、供暖的要求，不同建筑根據功能和使用環境產生的能耗也有所不同。由于自維持建筑強調能源可持續性，要求使用清潔能源，目前較成熟的清潔能源一般采用太陽能、風能或生物能（如沼氣等）等。太陽能作為一種最為普遍且最為成熟的清潔能源一直被優先利用，中國也是太陽能資源十分豐富的國家，2/3國土面積年日照在2200h以上，年輻射總量大約在每年3340MJ/m2～8360MJ/m2，相當于110kg標準煤/m2～250kg標準煤/m2[2]，所以太陽能利用具有廣闊前景。對于微型建筑來說，采用太陽能供能的技術也較為普遍且成熟。從能源利用角度來說，太陽能集熱板和太陽能電池板具有儲能率高、利用率高、可行性強等特性。微型建筑據利用太陽能的方式可分為兩類：主動式太陽能建筑和被動式太陽能建筑。a)主動式太陽能建筑是通過集熱設備將熱量傳入建筑物內分配使用，對太陽能的利用高，功率大，便于控制，但需要設備投入并占用室外空間。其中利用太陽能主要分為發電和集熱兩方面。目前中國國內性價比較高的太陽能發電技術主要為光伏技術，主要依靠太陽能光伏發電方陣來實現。太陽能發電技術與微建筑結合時一般有兩種方式，見表1；b)被動式太陽能建筑被定義為不通過傳統采暖方式和主動空調形式來實現舒適的冬季和夏季室內環境的建筑[3]。被動式太陽能技術是一個抽象概念，可以被許多具體技術策略與技術手段來實現。比如被動式自然調節可以分為被動式太陽能采暖、被動式降溫、天然采光與自然通風這四方面[4]，而后每一個方面下又有更為細致具體的技術手段支撐。被動式太陽能建筑的采暖方式主要有直接受益方式、新型集熱墻的使用和應用多種供暖或降溫措施，如以水為媒介的蓄熱器，或采用對流式散熱等[5]。對于微型建筑來說，完全依賴主動式太陽能來供給采暖、制冷是不經濟的，這不僅要耗費過多的設備費用，也不符合生產過程中的可持續生態要求。故要實現建筑采暖制冷自維持應一方面在設計上盡可能利用被動式太陽能，微型建筑可通過調整建筑朝向，選擇適當建筑材料（最好是在當地產出的材料），巧妙處理建筑的空間和形體，進行合理建筑構造設計使建筑物自然地應用太陽能供暖、采光并維持建筑能耗。綜上可知，主動式和被動式太陽能利用方式應在自維持微型建筑中綜合運用，利用先進技術手段和綠色設計理念，合理利用每一束可利用的太陽光，必將創造出更加節能、環保的建筑空間[6]。

2.2用水自維持技術微型建筑用水自維持的水源主要來自雨水或附近水源（如江、河、湖、海等，具體情況適建筑周邊環境而定）。雨水凈化是目前微型建筑自維持用水最常用也是最容易的措施。微型建筑可以采用坡屋面集水或獨立裝置儲水方式，獨立雨水收集系統根據初期棄流后的雨水水質情況和實驗結果，采取雨水-雨落管-初期棄流裝置-貯水池-泵-加藥裝置-濾池-中水-消毒裝置-中水的處理流程，其出水可滿足CJ25.1-89生活雜用水水質標準[7]，該水可用作灌溉、沖廁、拖地等雜用。生活雜用水經過特殊專業處理后才能供給生活用水，以煮飯、洗澡、飲用。

2.3排污自維持一般排污包括生活污水處理、生活廢料處理兩方面。一般生活污水包括廚房炊事用水、沐浴、洗滌用水和沖廁用水，其特點有三：a)沖廁水中含糞便，是多種疾病的傳播源；b)生活污水濃度低；c)生活污水可降解性較好，適用于厭氧硝化制取沼氣。根據以上特點，生活污水一般處理方法有：生活污水凈化池技術、無動力多級厭氧復合生態處理系統、土壤滲濾生態處理系統。其中，生活污水凈化池技術由于凈化池后期維護成本較高，需要每年精心管理、清潔。另外，土壤滲濾生態處理系統針對土地較少情況提出，對土地特性有一定要求。因此微型建筑中應首先考慮無動力多級厭氧復合生態處理系統。即針對獨戶或聯戶生活污水的處理，基本形成一套成熟的厭氧處理與生態床相結合的處理方法。生活廢料生活中產生的可降解和不可降解的垃圾，可降解一般采取回收利用，不可降解垃圾則一般歸置到城市不可降解垃圾進行統一處理。

2.4具體小型自維持案例分析近年來，國內外建筑師將自維持理論和技術運用于構思或實踐，有了諸多微型自維持建筑的概念模型或實踐案例。如JoseManuelPequeno設計的“可搬運的游客塔”、倫佐•皮亞諾設計的“第歐根尼”小屋，及東南大學設計的鋁合金太陽能小住宅“未來屋111”等，均在不同程度上實現了建筑在供水、用電、排污等多方面的自維持。現具體就一個實際建造案例介紹如下。“第歐根尼”小屋[8]由著名建筑設計師倫佐•皮亞諾（意大利）設計（見圖1）。造價約1.72×104英鎊（約合2.64×104美元）。主體為木結構，外墻是一層鋁板。長3m，寬2.5m，屋頂是三角形，最高處是3.7m。室內面積為6m2，空間包含了起居室、廚房和衛生間。囊括食宿、辦公、排泄、沐浴、儲物等功能，空間設置合理，環保節能。房屋可以依靠太陽能和雨水實現自維持，屋頂一側鋪設太陽能板，利用太陽能轉化為的電能可足以維持廚房和起居室的用電；生活用水由雨水供給，屋子地板下鋪設雨水采集系統和凈化系統，以此解決生活用水問題，且造價相對低廉，故此案例對于一般意義的微型自維持建筑具有一定參考價值。

3結語

可持續建筑是建筑發展的共同趨勢，而微型自維持建筑正是順應未來建筑綠色環保、輕盈便捷且極限可適應能力強的發展方向的。在未來，人類活動會觸發的極限環境多種多樣，如何設計快速適應這類環境的建筑顯得十分重要。節能環保型自維持微型建筑可以通過用電、采暖、制冷、用水及排污等自維持技術實現完全獨立運轉，可被廣泛利用于多種缺乏基礎設施的臨時居住場景[9]。故對于自維持技術在微型建筑中的應用研究可為更多的設計實踐提供資料，具有廣泛意義。

作者：顏思敏趙偲圻凌雯倩單位：重慶大學建筑城規學院