模块化生态环保建筑
综合解决方案的介绍与相关分析 |
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| 项目背景：目前波及全球的环境污染问题已经成为制约人类自身可持续发展的首要瓶颈：气候恶化、物种灭绝、温室效应加剧、土地荒漠化、自然灾害日趋频繁、人类健康水平持续下降、莫名其妙的怪病时有发生贩贩贩，这无一不是生态环境被严重污染后所带来的恶果，而环境的污染主要是由于工业化生产和在供给人们日益增加的能源消耗时，对资源的滥采滥伐与不断增大废水、温室气体、废渣的排量，以及人类家庭生活制造大量固体垃圾、有害气体和生活污水给生态圈构成的严重污染所造成的。而据有关专家所做的相关统计资料表明：全球的能源消耗中约有30%以上的能源消耗在家庭住宅建造、采暖、空调制冷与日常生活中；约有50%的垃圾为居住与生活有关的建筑垃圾和生活垃圾，约有45%的污水是从包括住宅、酒店、办公楼等建筑中排出的生活污水。而家庭住宅广泛使用的空调设备中的氟化合物制冷剂又是导致地球大气臭氧层破坏的重要元凶之一，另据有关统计资料表明，目前已经出现全球性的淡水资源供应紧张问题，我国就约有60%的沿海城市淡水资源匮乏，全国约有35%的农村地区取用淡水困难。所以，越来越多的政府和个人开始意识到保护环境应当把降低家庭对常规能源消耗、控制生活垃圾的制造与排放、减少生活污水的排放，放在重中之重的位置（最近国家所制定的十五规划方案，就把生态环境保护和节约用水放在重中之中的位置），同时也有越来越多的人，希望社会能够提供高度节能、对生态环境的索取尽可能少、破坏尽可能小，且居住安全、方便的智能化生态环保建筑（据了解，许多发达国家的研究人员在政府的大力支持、鼓励下，正在着手探索、研究这种可工厂化生产的高智能、生态环保化的未来型建筑）。我们就是基于这样一个背景，立项研究发明这一高度模块化、智能化、节能、节水、且向环境排放的污染物尽可能少的模块化智能型生态环保建筑（综合解决方案）的。 |
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| 特点及功能： |
| 模块化生态环保建筑综合解决方案主要适合于建造政府办公楼、高品位的写字楼、酒店、学校校舍等（住宅楼型模块化生态环保住宅正在设计中），这种生态住宅的面积可以从二千平方米~数万平方米、建筑层数相对比较适合十层以下的低层建筑。其突出特点主要有以下四个方面： |
| 一、模块化 |
| 即该住宅包括墙体、框架、房顶、门窗在内的绝大部分部件均为由工厂流水线生产出的标准模块（主要由彭化陶瓷、轻钢、水泥、轻质发泡材料、玻璃纤维增强筋，健康环保型天然复合材料内护面板（由多种经过特殊处理的保健型天然植物纤维复合而成）、带有固定插接口的支撑立柱、拉固部件等几大部分组成，该建筑在建造时将模块运送到房屋所在地，利用吊装设备按组装程序进行现场组装*（在组装之前要预先打好地基、修好地下室，安放好生物质能发生系统及水的处理存储系统），采用这种模块化结构，建筑的使用面积与同建筑面积的砖混结构的普通建筑相比，将增大6%以上，房屋保温性能将至少提高两倍以上，可以使房屋建造的劳动强度减小80%，建造时间缩短85%以上，建筑垃圾排放量减少88%以上,几乎一年四季均可施工建房。 |
| 二、高度智能化 |
| 该住宅自身具有多种智能，首先它有一套完善的防火系统，当室内有失火迹象时，智能防火系统首先会自动发出二级报警指示，若该系统认定为失火时（通过复杂的智能运算分析），该系统就会自动启动一级报警和自动灭火系统，除通知主人外，自动通过通讯网络系统通知消防部门，同时向着火点准确地发射高压灭火剂，将火灾消除或控制住火势，为消防赢得时间。本系统的智能性还体现在，可以自动检测室内的空气成分、干湿度、温度，并自动通过运算，采取一个最优化的方案通过《室内空气多效应处理系统》进行即时调节，把室内空气模拟调节到类似于初夏时节，在一阵突如其来的雷雨过后，森林周围或湖边的空气的成分（清新、柔和、洁净、富含氧气及负离子）。 该系统的生态环保特性体现在该生态建筑利用多种可再生能源协同为建筑供应正常运行所需要的各种能源，年平均可同比减少常规能源消耗60%左右。具体来说该建筑根据型号不同，在该生态建筑上选择设置了太阳能弧面采光墙及配套的隔热反辐射保温设施（本发明人的一项相关发明，在南方不须要该套机构）、房顶设有与住宅结合为一体的《建筑一体化太阳能空调系统》（本发明人的一项相关发明）、《可自动跟踪调节倾角的光电池发电系统》、《全自控叶阵式风能发电装置》、《折射导光式照明采光眼》和《免维护建筑一体化太阳能热水器》）、在生态建筑的周围的地下设置有《四季型太阳能辅助生物质沼气能源系统》（该系统有保温结构和太阳能辅助加热系统，其中的沼气菌为一种利用转基因技术培育的新型菌种，从而使该沼气发生系统一年四季产生充足的沼气，并能将绝大多数的有机质分解，使沼气的产生量提高一倍以上）、在房屋的地下设置有《低温热管型地热热泵装置》或地下蓄能装置，在地下室的能源调配中心设置有（或《小型沼气发电机》）与蓄电池组和能源分配调节装置，智能型能源调配中心自动根据天气变化调节能源的供应，比如在晴朗的天气，系统将主要安排光伏发电系统供应电能，风力较大天气，调配装置将安排以风能发电机为主向住宅供应电能，多余的电能储存在调配中心的蓄电池组中，当遇到连续阴晦无风或风力不大的天气，电能调配装置将启动沼气发电系统，利用经过预处理的沼气发电，向住宅供应电能。这些能源供应系统将向生态建筑提供大部分的采暖与空调制冷的能量需求、45%电能需求和60%的炊事用热能和电能需求。 |
| 三、环保特性化 |
本系统可实现无回收价值垃圾的近于零排放。其具体措施是：将整个生态建筑所产生的生物质垃圾，包括厨房内的菜叶、饭菜渣、动物内脏、鳞片、羽毛，贝壳、瓜果皮，以及从建筑周围园圃中修剪下来的花草枝叶等生物有机质废弃物，经分别设置在厨房和室外的粉碎装置粉碎处理后，通过导入管道，被加入到设置在院子地下的生物质能沼气发生系统中，从卫生间排出的流体也通过相应的管道进入生物质能沼气发生系统，这些家庭有机垃圾经发酵处理后，将产生大量的沼气，沼气再经过多级吸附、净化处理后，作为炊事用气、冬季辅助采暖用气和燃料电池（或沼气发电机）的反应原料，沼气渣可以安排花木公司或农业公司定期来抽取。对于商品外包装、旧衣物、旧用具等可回收利用的可再生品，可以分类放置在配套设置的分类再生物品存放箱中，并由专门的再生物品回收公司定期或预约取走，加以回收利用。从而使得该生态建筑可以实现固体垃圾的零排放，使得生态建筑的环保性能都到进一步优化。
该生态建筑的环保特性还体现在：通过《家庭用水的分级处理利用系统》，使整个住宅的用水通过分级处理再生利用，节约用水60%以上（在南方一些雨水相对充沛的地区，最高可节约用水75%）。具体措施是，在生态建筑的地下，分别设置了三个带有不同的水处理装置的储水箱（分别是一级、二级、三级储水箱），一级储水箱主要用于收集、储存从本住宅房顶坡面上收集的雨水，二级储水箱主要储存洗澡和洗漱用后的水，三级储水箱主要储存洗衣和洗车用过的废水。
经过特殊设计的饮用水净化、活化装置处理后的自来水，主要作为生活饮用水，（厨房刷洗用后的废水，直接进入沼气发生系统）在降水不足季节的洗浴用水则取自于自来水，在夏、秋、冬季节，洗浴用水则取自于经过净化、活化、磁化、PH值中和处理后的一级储水箱收集存储的雨水（预计在雨水相对充沛的地区，全年约有9个月的时间能够利用收集到的雨水洗浴），洗澡和洗漱用后的水，通过管道进入二级储水箱（在严重缺水的地区，洗浴用水也可通过特殊的处理系统处理后再循环使用，继续作为洗浴用水，从而进一步节约用水资源），再经过滤及杀菌、活化、磁化处理后，用于洗衣和刷洗车辆，洗衣和刷洗车辆后的水及从院子地面上收集的雨水收集存储在三级储水箱中，从三级储水箱提出的水经简单的过滤净化处理后，用于冲厕所和浇灌花草树木。由厕所排出的流体物质进入四季型沼气发生系统（沼气系统的沼气菌种为借助生物工程转基因技术培育的新菌种，对有机物的分解率和产气率都将大幅度提高），经发酵处理后产生沼气，其沼气液经臭氧发生处理器除臭后，用于浇灌住宅周围的花草（在干旱少雨地区，浇灌用沼气液的不足部分可从三级储水箱中取水补充），从而使得花木枝繁叶茂，不仅使周围的绿化质量大幅度提高，改善建筑周边生态环境和空气状况，而且能够得到充足的产生生物质可燃气用原料，形成一个以生态建筑体系为单元的独特的良性生态循环体系。 |
| 生态环保住宅的水分级处理使用循环图示： |
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能源提供及调配供应：(注：本报告中的所有数据均以北京市的气候条件作为计算依据，其它不同气候条件的地区，各项数据会有一定的偏差，在实际操作中可根据具体气候环境条件的不同对本住宅的局部结构进行调整)
本住宅的能源供应体系示意图： |
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水的分配及循环利用情况：
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在整个住宅的用水总量中：
厨房用水（包括饮用水、洗涮用水）约占10%。
洗澡及洗漱用水约占24%。
洗衣房用水约占22%。
冲厕所用水约占16%。
浇灌花园约占需水总量的25%。
其它方面的用水约占用水总量的3%。 |
本系统可实现无回收价值垃圾的近于零排放。其具体措施是：将整个生态建筑所产生的生物质垃圾，包括厨房内的菜叶、饭菜渣、动物内脏、鳞片、羽毛，贝壳、瓜果皮，以及从建筑周围园圃中修剪下来的花草枝叶等生物有机质废弃物，经分别设置在厨房和室外的粉碎装置粉碎处理后，通过导入管道，被加
 入到设置在院子地下的生物质能沼气发生系统中，从卫生间排出的流体也通过相应的管道进入生物质能沼气发生系统，这些家庭有机垃圾经发酵处理后，将产生大量的沼气，沼气再经过多级吸附、净化处理后，作为炊事用气、冬季辅助采暖用气和燃料电池（或沼气发电机）的反应原料，沼气渣可以安排花木公司或农业公司定期来抽取。对于商品外包装、旧衣物、旧用具等可回收利用的可再生品，可以分类放置在配套设置的分类再生物品存放箱中，并由专门的再生物品回收公司定期或预约取走，加以回收利用。从而使得该生态建筑可以实现固体垃圾的零排放，使得生态建筑的环保性能都到进一步优化。
该生态建筑的环保特性还体现在：通过《家庭用水的分级处理利用系统》，使整个住宅的用水通过分级处理再生利用，节约用水60%以上（在南方一些雨水相对充沛的地区，最高可节约用水75%）。具体措施是，在生态建筑的地下，分别设置了三个带有不同的水处理装置的储水箱（分别是一级、二级、三级储水箱），一级储水箱主要用于收集、储存从本住宅房顶坡面上收集的雨水，二级储水箱主要储存洗澡和洗漱用后的水，三级储水箱主要储存洗衣和洗车用过的废水。
经过特殊设计的饮用水净化、活化装置处理后的自来水，主要作为生活饮用水，（厨房刷洗用后的废水，直接进入沼气发生系统）在降水不足季节的洗浴用水则取自于自来水，在夏、秋、冬季节，洗浴用水则取自于经过净化、活化、磁化、PH值中和处理后的一级储水箱收集存储的雨水（预计在雨水相对充沛的地区，全年约有9个月的时间能够利用收集到的雨水洗浴），洗澡和洗漱用后的水，通过管道进入二级储水箱（在严重缺水的地区，洗浴用水也可通过特殊的处理系统处理后再循环使用，继续作为洗浴用水，从而进一步节约用水资源），再经过滤及杀菌、活化、磁化处理后，用于洗衣和刷洗车辆，洗衣和刷洗车辆后的水及从院子地面上收集的雨水收集存储在三级储水箱中，从三级储水箱提出的水经简单的过滤净化处理后，用于冲厕所和浇灌花草树木。由厕所排出的流体物质进入四季型沼气发生系统（沼气系统的沼气菌种为借助生物工程转基因技术培育的新菌种，对有机物的分解率和产气率都将大幅度提高），经发酵处理后产生沼气，其沼气液经臭氧发生处理器除臭后，用于浇灌住宅周围的花草（在干旱少雨地区，浇灌用沼气液的不足部分可从三级储水箱中取水补充），从而使得花木枝繁叶茂，不仅使周围的绿化质量大幅度提高，改善建筑周边生态环境和空气状况，而且能够得到充足的产生生物质可燃气用原料，形成一个以生态建筑体系为单元的独特的良性生态循环体系。 |
| 生态环保建筑（生态酒店）的十二大突出优点概括: |
A.模块化结构。构件标准化，可实现工厂化流水线规模生产。
B.借助于智能系统使生活更为方便，安全系数大幅度提高。
C.依靠可再生能源协同供能系统，可节约大量的能源，减少了对常规不可再生能源的消耗。
D.实现无回收价值垃圾的零排放。
G.实现污水的接近零排放。
H.平均节约用水60%以上。
J.居住该生态建筑，无室内污染之忧，使健康水平得到提高。
k.抗震性能特别好，八级以下地震不会对房屋造成破坏。
L.安全性能好，从根本上杜绝了火灾隐患。
M.推广这种住宅可节约大量的土地资源（同比即可增加使用面积6%以上）。 |
| 发展与应用前景分析 |
从环保的角度来看，随着全球性的环境污染加剧，人们的环保意识在不断增强，越来越多的人希望为地球的生态环境保护做出自己的贡献，尽可能地降低对常规能源的消耗和依赖，减少固体垃圾、生活污水的排放和节约生活用水，环保概念类产品已经越来越受到人们的青睐。但从目前的国际专利分类检索情况来看，除本发明外，国际上尚没有达到本发明这种可全部模块化、工厂流水线生产、具有高度智能、高度协同利用可再生能源、无回收价值垃圾、生活污水的零排放、节约生活用水70%以上等综合参数水平的高生态环保化标准的智能型模块化绿色生态环保建筑。因而可以说本发明是目前国际上综合环保水平最高的、可广泛推广使用的智能型生态建筑！
该模块化智能型生态建筑系列（包括我们正在发明设计的系列普通住宅楼型生态环保住宅、模块化生态环保厂房、小型生态环保化办公用房、商业经营用房等）能够在全国乃至全球范围内广泛推广应用，那么将会使目前地球的大气污染、水资源污染及垃圾泛滥成灾的现状得到一定程度的改观（这些问题都是目前困扰各国政府的难题），也将使饮用水紧张问题得到一定的缓解，同时还可以节约大量宝贵的土地资源（这种生态建筑与同等建筑面积的砖混结构的住宅相比，使用面积多出6%以上，同时也不再使用破坏土地资源的粘土砖块），有理由相信有关国际组织和各国政府将会对该生态建筑的开发建造与推广应用给予有力支持和特别优惠的扶持政策。
从经济的角度来看，本生态建筑的生态环保化综合解决方案每年可为节约50%的能源总费用（包括采暖、空调、燃气、用电、用热水等），节约水费70%以上（随着时间的推移，自来水价格必定会大幅度提高，预计六年后，自来水平均价格将上涨到5元/吨以上），减少垃圾和污水排放费用85%元、节约绿化费用50%左右。一座建筑面积3000平方米的生态环保酒店（如郊外假日酒店），每年综合起来计算，至少可节约资金300万元以上，若正常运行20年以上，则可节约资金6000万元以上，若累计居住25年以上，则几乎相当于生态建筑本身的零投资。本生态建筑住宅的主体部分设计寿命为100年。 |
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