基本信息
- 项目名称：
- 鄂尔多斯草原牧区人居生态建筑
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 针对目前鄂尔多斯经济迅速发展中伴随着的能源消耗严重、环境恶化，以及当地牧民传统的游牧生产生活方式逐渐向半农半牧转变过程中产生的耗能、耗材、耗地等问题，围绕鄂尔多斯新农村牧区的发展，提出一套节能、生态、具有强烈地域性的建筑方案。目的是为牧民解决生产生活中存在的问题，并提出一种生产与居住形式相互适应的良性的，可持续发展模式。具体思路如下：一期针对舍饲建筑进行调研提出改造意见（已完成）。二期针对人居建筑进行研究实验，对单体建筑进行设计（正在进行）。三期针对牧区聚落规划进行研究。本方案设计为二期服务，从地域性、文化性等诸多因素出发，对牧区建筑的建筑节能技术、绿色生态方法进行思考与设计。
- 详细介绍：
- 基地现状: 鄂尔多斯地区 1、存在问题：1）过度放牧导致当地草原生态日益恶化；2）居住建筑平面某些部分不合理；3）牧民某些生产、居住建筑耗能、耗材严重；4）夏季通风与冬季采暖效率较低；5）牧民在牲畜饲料投入资金较大。 2、优势：1）鄂尔多斯市市委、市政府提出以草定畜，舍饲养畜，综合治理的生态政策，加快生态环境的恢复。这一政策成为此次设计的有利前提和基础。2）当地牧民的居住方式保留了蒙古族几代同堂的模式，通过建筑空间的合理安排，可以满足几类人群的居住生活要求，节约能耗，降低成本。3）鄂尔多斯地处毛乌素沙漠腹地，当地太阳能资源丰富，太阳年总照量在4400J～66MJ/m²之间。得天独厚的太阳能资源为太阳能在建筑中的利用创造了良好的条件。4) 当地沙柳、煤矸石等特有地域性材料丰富，如加以合理利用，可以变废为宝，减少环境污染，降低建筑成本。5）当地建筑均为砖混结构，承重构件受力性能良好，设计时可保留原来的结构形式，通过改造外墙和屋面的保温隔热性，改善建筑表面，增加室内舒适度，减少建筑能耗，从而保护生态环境，提高牧民居住品质。 方案构思: 一、新建建筑 1）新建单体设计 游牧民族以家庭为基本活动单位，在许多情况下，家庭单独活动，家庭成员本身构成游牧活动中最基本的群体。随着历史的发展，游牧民族与汉族的接触逐渐增多，相互交流的机会也不断增加，经过一定的时间后，两族人们在文化、习俗等方面出现了一定的共融，出现了相对稳定的居住模式：现在，这一模式经过更进一步的发展，在很大程度上已经演变为完整意义上的院，在本方案中，考虑到蒙汉文化交融产生的结果，无论是从起居还是饲养方式上，都传承了已有的“院”的概念。 本方案根据当地居民的生活习惯与当地原有建筑风格，划分室内空间。一层设有阳光间、卧室、餐厅、厨房、卫生间、车库。二层为卧室。该建筑的方案设计理念来源于蒙古包，从色彩和形式中抽取某些元素加以创新，同时吸纳了经当地多年生产实践检验的而保留下来的合理形式，使得这一建筑较当地传统房屋产生了质的飞跃。 2）整体把握舍饲建筑、居住建筑与草场的关系，合理规划，营造牧民生活与地域环境相融合的建筑氛围,传承了蒙古族迁徙这一古老习俗。 3）改善牧民住宅建筑单体的室内外环境，提高居住质量。牧民好客的风俗习惯是蒙族文化中不可缺少的一个内容，结合当地民居中典型的布局形式，本方案的平面是以客厅为中心，卧室围绕客厅呈放射式布置。建筑中厨房和车库紧邻山墙，阻断建筑冷墙对主要起居室的影响。 当地牧民有夏季使用春灶的习惯，故有形成后院的必要。因此利用车库与建筑后墙的空间，围合出院的空间。 二、改建： 1）根据当地牧民所需的使用功能，进行牲畜圈舍设计，在保持原有建筑风格的基础上，圈舍的设计依据当地牧民所需的使用功能，设有猪棚、剪毛舍、基础毛羊舍、育肥羊舍、牛舍、草料间、青储窖、储草间、运动场等。2）改建建筑细节设计（见方案图） 通过调研走访得出结论，由于住宅距农田太远，饲料采集，管理等很不方便。 分析生态移民村不成功的原因，我们总结出：总体规划上应该在现有牧民居住的区域周边种植牧草，实行轮牧，这样在一定程度上避免了生态移民村“政府花钱牧民不买账”的尴尬局面。 建筑单体方面，我们对当地原有建筑结构不进行破坏，加入被动式太阳房，节省了煤炭等不可再生资源。同时，对室内空间进行调整，满足居住舒适度的要求，例如将餐厅部分地坪高度升高，将功能极为重要的客厅在空间上被围合，使来客有一种归属感。对圈舍进行调整，考虑到储草棚与青储窖很近，而本应该先晒草再储草的过程被青储窖隔断，从而加大了运送的距离，给牧民带来很多不便。因此我们的方案中调换了青储窖和晒草台的位置。 细节设计： 1、太阳能的利用： 冬季气流循环使室内升温在冬天，太阳能是用来供热的。主要措施是为住宅加设阳光间，白天蓄热，夜晚通过热交换与热辐射向室内提供热量。阳光间的空气在白天吸收太阳能的热量后，温度升高，气压增大，到晚上，热空气沿屋顶流向换气通道，到达北墙时，利用风机提供的动力，使热气向下流动，经过卧室地下的石块层，此时石块层便储存了热量，之后便会以热辐射的形式释放出来。而这时空气的温度已逐渐下降至低于太阳房中的空气温度，由于风机的推动，气流继续向前流动，重新被送入太阳房，加热后再次由上述路径进行热空气的循环，直至室内的温度达到平衡状态。 夏季气流通风使室内降温:本方案中另一个特点是夏季利用太阳能降温。一方面，在建筑地下接通风管道，连通阳光间与室外（管道设有开关），夏天阳光间的温度升高，气体会沿屋顶向北墙通风口运动，此时阳光间气压降低，室外气体通过管道和窗户进入阳光间，这时，气体会继续沿着屋顶流向通风口。同时在房屋的北边通风口处设置太阳能集热板，将通风口的气体加热，使之上升，从而气压降低，使下部的冷空气向上运动。由此便形成了气流的循环，此时的太阳能板虽然同样是加热气体，但这时的“拔风”作用，加速了夏季室内气流的循环，降低了室内温度。气流的走向见方案图。 2、当地废料再利用：煤矸石空心砌块墙与砖墙混合使用及双墙的构造。煤矸石空心砌块是由煤矸石压缩成的，作为建筑砌体材料，将废物重新利用。我国煤矸石的积存量高达3×109t，并且每年以1.5×108t不断递增。而乌审旗的煤炭资源丰富，可就地取材。煤矸石空心砌块是一种新型生态墙体材料，可与普通砌块的物理性能媲美，能满足建筑力学要求。 3、就地取材：草砖的应用。目前我国的墙体材料仍是实心粘土砖占据主导地位，粘土及其他能耗较大。在我国，墙体材料约占整个房屋建筑材料的７０％，作为房屋基础结构的砖瓦使用量极为巨大。传统粘土烧砖占用大量耕地，已严重威胁到人们的生存环境。 草砖墙材是以稻草、麦秸、玉米秸秆、以及树木枝条纤维等农作物秸秆为原料制作的。 鄂尔多斯地区沙漠化比较严重，种植了大量沙柳。沙柳的特性是必须在一定的时间内平茬，否则便不能正常生长。这一独特的地域性特点为草砖的使用创造了良好的条件。 4、吊炕:在北方，炕是当地由来已久的休息与供暖不可或缺的形式之一。火炕原理是将日常生活中厨房产生的热量引入炕洞内，使内部温度升高，炕洞内的烟随后由烟道排出室外，这一过程使炕的温度上升，达到取暖要求。本方案中，一层的卧室采用了“吊炕”的形式，在上述形式的基础上，将底层架空，这样的方法可以使火炕的热辐射面积增加约一倍左右，大大提高了火炕的热利用效率。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 针对目前鄂尔多斯经济迅速发展中伴随着的能源消耗严重、环境恶化，以及当地牧民传统的游牧生产生活方式逐渐向半农半牧转变过程中产生的耗能、耗材、耗地等问题，围绕鄂尔多斯新农村牧区的发展，提出一套节能、生态、具有强烈地域性的建筑方案。目的是为牧民解决生产生活中存在的问题，并提出一种生产与居住形式相互适应的良性的，可持续发展模式。 一、创新点 1.理念创新：秉承蒙古族“迁徙”、“世代同堂”的习俗并将其表达在建筑中。 2.技术创新： 1)“吊炕”的应用；2)煤矸石空心砌块墙的使用； 3)草砖、煤矸石等地域性材料在建筑中的应用。 二、技术关键和主要技术指标 1经过计算，新建居住单体窗墙比分别为 南立面：0.21 东立面：0.09 北立面：0.02 西立面：0.13 符合规范中各朝向窗墙面积比限值： 南向≤0.45东向、西向≤0.30 北向≤0.25 2围护结构部位最大传热系数K [W/（m2•K）] 屋顶 0.40 外墙 0.45 外窗 2.30 3根据鄂尔多斯采暖期计算：居住建筑物耗热量、采暖耗煤量 采暖天数（d）160 室外平均温度te(℃)-4.4度日数Ddi（℃•d）3584耗热量指标qH（W/m2）24.49耗煤量指标qc（kg/m2）18.445。
科学性、先进性
- 节能生态建筑技术与新能源的利用，主要包括： 1)太阳能的利用：在建筑中加入被动式太阳房，利用当地丰富的日照资源，可为建筑提供清洁的能源。 2)“吊炕”的应用：将北方地区传统“炕”的形式进行创新，采用“吊炕”提高了火炕的热利用效率。 3)煤矸石空心砌块墙的使用：将煤炭燃烧后产生的废渣再度利用，制成煤矸石空心砌块作为维护结构的材料，减少了粘土砖的用量，降低了对耕地的破坏。 4)双墙的构造:煤矸石墙体中设空气夹层，有效降低了墙体的传热系数。 5)圈舍中草砖的应用：用沙柳、稻草、麦秸、玉米秸秆、树木枝条纤维压制成的草砖应用在圈舍中，采用自承重结构，满足了功能的要求的同时实现就地取材。 6)在羔房地板中敷设热水盘管提高冬季保羔率； 改建的内容包括：保留当地原有合理的建筑形式，加入被动式太阳房，节省了不可再生能源的应用 。
获奖情况及鉴定结果
- 1.2008年12月获校第七届“创造杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。 2.2009年5月入围全区第六届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛（目前正在评审中）。 3.一期成果已被当地政府认可并采纳，技术等在当地实际工程中已被应用。团队成员和指导教师已向当地政府承诺，日后为其提供必要的技术指导服务。
作品所处阶段
- 中期实验与设计阶段
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- 图片、图纸、模型
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 一、技术特点和优势 1）地域性特征显著；2）鄂尔多斯太阳能资源丰富；3）舍饲规划设计等技术已经被当地实际工程认可并得到了应用；4）煤矸石等原料来源广泛，价格低廉，可重复使用，无污染；5）根据沙柳生长特性，草砖的利用可以改善当地植被状况；6）建筑成本相对低廉，推广性很强 二、适用范围 内蒙古自治区鄂尔多斯草原牧区 三、方案的可实施性 一期： 2007年我们来到了鄂尔多斯市乌审旗，对牧民的居住和舍饲建筑进行调研，提出了一些自己的意见与看法被当地即将建设的舍饲建筑、规划的实际工程认可并得到了一定的采纳。 二期： 2008年我们再次来到鄂尔多斯已经建成的舍饲建筑试验性示范户家中调研：认为应该在建筑的单体形式、局部规划的基础整体上提出一套新的、适合当地牧民居住与生产的生活模式和建筑体系。 三期： 我们仍然在不断探索，希望为牧区聚落（苏木和嘎查）整体规划设计提出一种全新的理念，实现草原居住形态的科学演变，促进当地人居生态环境的可持续发展。
同类课题研究水平概述
- 关于人居建筑，国外有比较完整的理论和设计原则。在欧美等发达国家, 从 19 世纪末到 20 世纪初，像赖特的“有机建筑理论”、阿尔托对自然和传统的关注, 以及柯布西埃的“走向新建筑”运动等都具有生态建筑的思想。自 20 世纪 50- 60 年代开始, 国外的一些建筑师和理论家开始生态建筑的研究, 在结合环境和气候, 新技术、新材料的应用, 传统生态建筑的改造等方面做了大量的工作。 现在多数发达国家都建立了一套适合本国国情的评估标准。著名的英国建筑研究所（BRE）于1990年首次推出的建筑环境评价方法（BREEAM）是国际上第一套实际应用于市场和管理中的生态建筑评价方法。针对当时英国的市场需求和生态建筑发展状况，其评价目标主要针对英国的办公建筑。“LEED绿色建筑等级体系”由美国绿色建筑委员会于1993年开始着手制定，主要用于评价美国建筑整体在全生命周期中的绿色生态表现。“绿色建筑挑战”（GBC）是从1998年起由加拿大发起并有20多个国家参加的一项国际合作行动，其核心是通过“绿色建筑评价工具”（GBTool）的开发和应用研究，为各国各地区绿色生态建筑的评价提供一个较为统一的国际化平台，从而推动国际绿色生态建筑的全面发展。澳大利亚的NABERS是一个最新开发的适应澳大利亚国情的绿色生态建筑评价工具。这些评价方法在实践中得到了较好的应用，对各个国家在城市建设中倡导绿色概念，引导建造者和使用者注重可持续发展起到了重要作用。 中国在生态建筑评估体系的研究方面起步较晚，但发展很快，官、产、学、研近年来都积极予以推动，取得了重要的进展。形成了几套生态住宅建筑评价体系的框架。目前国内较权威的生态建筑评估体系有《中国生态住宅技术评估手册》（2001年发行第一版，2003年完成第三次升级）和《绿色建筑评价标准》（GB/T50378—2006）。而且针对当地地域性特点，已经在部分地区开展了一些卓有成效的研究，国家和当地政府在近十几年中做了很多示范工程，为太阳能等可再生能源的在建筑的利用和推广起到重要作用。 国内外早期生态建筑的案例： 1.上海第一座生态建筑的模式2.空中立体生态建筑——马来西亚设计师：杨经文 各高校在生态建筑研究方面，也取得了一定的成果。 然而，针对本地区进行的研究项目，目前依然空缺。
