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低碳崛起 翠竹為撐
 
  

    “當越來越多的高樓大廈在我們身邊拔地而起,當越來越多的建筑物被我們當做‘強大’和‘富有’的象征,有沒有可能建造一種既不刻意追求象征意義,又不刻意追求視覺需求的建筑呢?除了高高聳立的、洋洋得意的建筑模式之外,難道就不能有那種俯伏于地面之上、在承受各種外力的同時又不失明快的建筑模式嗎?”這段對城市建筑的思索出自日本建筑師隈研吾的《負建筑》一書。這位建筑師在北京長城腳下設計的“竹屋”轟動一時,同時也將“竹概念”引入了眾人的視野。

 

                         資源大戶重拾竹低碳概念

 

 

    在2010 年上海世博會上,“竹元素”已經成了低碳建筑的“明星”:印度館建造了世界上最大的竹子穹頂,位于歐洲片區的“德中同行之家”展館8 米高的兩層建筑幾乎完全用竹桿和竹子板材建造,秘魯館的外墻體用可再生利用的竹子橫豎編織成一個個方框,西班牙馬德里的城市案例向參觀者呈現了為低收入者特別設計的“竹屋”……

世博會上9 個場館建材何以用竹子“挑大梁”?德中同行之家設計師馬庫思.海因斯多夫對媒體道破天機:竹材可以表達低碳理念,符合世界低耗、環保、可持續發展潮流。

    我國是世界上竹類資源最豐富、竹產業最發達的國家。現有竹類植物41 屬500 多種,竹林面積538 萬公頃( 第七次全國森林清查,比第六次森林清查的484.27 萬公頃增加了53.63 萬公頃)。特別是世界竹類資源中工業化利用價值最高、低碳性能最優良,集中成片分布、便于工業化利用的毛竹林約占竹林面積的2/3 。中國的竹類資源無論是面積和產量都位居世界第一,為中國竹材工業化利用提供了得天獨厚的優勢( 見圖1) 。

 

 

    然而我國卻是竹子低碳小國,竹碳儲量低下。第七次全國森林資源調查顯示,我國森林植被碳儲量總量78.11 億噸中,竹林僅占2.54% 。而且我國數十年來一直采用磚混結構的砌體房屋,這些建筑消耗大量的粘土。據專家推算,1990~2005 年,我國城鄉住宅累計竣工57 億m2, 其中鄉鎮30 億m2 。以240mm 厚粘土磚墻為例,按消耗128 塊磚/ m2 推算,建造2~3 層磚砌體住宅,每平方米建筑約消耗2m3 粘土磚,這意味著我國村鎮建設每年要消耗2~4 億m3 粘土磚。2003 年全國生產8.2 億噸水泥,且不說它消耗的煤炭資源和造成的環境污染,僅生產水泥消耗的石灰石就近9 億噸,而我國可開采的石灰石含量僅250 億噸,照此推算,到2033 年,中國將無石灰石可采。

    據初步測算,目前我國建筑物使用的能耗約占社會總能耗的30%,在開采、生產和運輸過程中,建筑材料的制造能耗約占11.7% ,因而與建筑相關的能耗已占總能耗的46.7% 。因此,加快轉變竹業發展方式,扭轉“資源大哥,低碳小弟”的被動局面,是發展低碳經濟的當務之急。

 

 

                       植物鋼筋節能低碳界新寵

 

 

    替代高能耗材料,是發展低碳經濟的根本保障。竹子是替代鋼材、水泥等高能耗材料的首選。建造相同面積的建筑所耗能源,竹子僅為鋼鐵的1/50 、混凝土的1/8 、木材的1/3 ,而抗震強度是木材的2~3 倍,素有“植物鋼筋”之稱。竹類植物屬禾本科的竹亞科,木質化程度高。不僅如此,秀麗挺拔、四季常青的竹子,也是地球上生長速度最快、繁殖最容易、成熟期最短的木質化植物。它具有一次造林成功,就可年年擇伐、永續利用而不破壞生態環境的特點,還具有生長速度快、成材周期短(3~5 年)、年生物量大(一般森林的3~7 倍)、環境效益好的特性。減少二氧化碳排放,是發展低碳經濟的永恒主題,竹子生長時吸收二氧化碳,放出氧氣,維護著優美的生態環境,這與工業立竿見影的直接減排相比優勢明顯,不僅不會影響經濟發展還能在減排的同時美化環境。專家測算,每公頃竹林每年可吸收空氣中的二氧化碳12 噸,是桉樹等樹木的4 倍;同面積竹林可比樹林多釋放35% 的氧氣。每減排1 噸碳所耗成本,工業減排達100 美元,而采取營造竹木的生物固碳方式減排僅需5~15 美元。

    改善生態環境是近些年舉國上下關注的重點。汶川等地頻發地震、山洪災害,與生態惡化脫不了干系,而竹木蓄水的能力是其他植物不可比擬的。據專家測算,每公頃竹林可蓄水1000 噸,竹林的滲水率為草地的1 倍,固土能力是馬尾松的1.5 倍。1 公頃毛竹林可固碳5.09 噸,是杉木林的1.46 倍,是熱帶雨林的1.33 倍。正如農諺所說:“山上長滿竹,等于修水庫;雨多它能吞,雨少它能吐”。

 

 

                       竹質建筑節能抗震顯優勢

 

 

    竹子的優勢已經顯而易見,而竹建筑對中國人來說也并不陌生。漢代,能工巧匠利用竹子為漢武帝建造的甘泉祠宮,造型美觀。蘇東坡也有云:寧可食無肉,不可居無竹。目前現代竹結構房屋是以現代加工技術制造的竹質材料為主要結構材料,工廠化生產構件,現場組裝的方式完成施工。目前南京已有兩幢竹結構樓房、四川青川縣有1 幢(見圖2)。

 

    相比于水泥和鋼材,竹質結構材料在制造過程消耗的能源少的多。竹質構件生產工廠利用加工剩余物作為鍋爐燃料,煤消耗很少,產品后期加工消耗的電能也不多。材料生產過程耗能低是竹結構房屋建造現代木結構的主要結構形式有梁柱結構體系輕型木結構體系兩種。梁柱結構體系是一種傳統的建筑形式,其由跨度較大的梁柱結構形成主要的受力體系,承受主要荷載。輕型木結構是由構件斷面較小的規格材和面板均勻密布連接組成的一種空間箱形體系,它由主要結構構件( 結構骨架) 和次要結構構件( 墻面板、樓面板和屋面板) 共同作用來承受各種荷載,具有安全、結構布置靈活的特點。目前已建成的竹結構房屋為充分發揮竹材輕質高強的特點,借鑒兩種結構體系的成功經驗,總體結構采用以竹質工程材料為結構構件的梁柱結構體系,墻骨柱則采用小尺寸的松木,更重要的是節點連接采用金屬連接件加螺栓固緊的方式。位于南京的竹結構二層房屋就使用竹質構件金屬連接(見圖3)。由于自身重量輕,整體性強,可大幅度吸收震能,竹結構建筑具有很好的抗震性能。

    施工便捷、綠色環保是施工領域在低碳潮流下一直追求的方向。現代竹質結構建筑的主體構件根據設計圖預先在工廠完成生產,運到施工現場再進行裝配,建造周期很短。此外,由于施工現場采用干作業裝配方式,工地揚塵量最低,建筑垃圾少。當使用壽命終止,所用材料回收再生率達80% ,拆除垃圾也極少。

    另外, 木材作為優良的建筑材料, 具有吸聲、隔熱和強重比大等優點, 其熱導率僅為0.15~0.30 W/ (m.K) ,而鋁、鋼分別為174 50 W/(m.K),相差數百倍。有資料顯示:要達到相同的保溫效果,使用木材的厚度僅是水泥的1/16 、磚的1/30 、鋼的1/400 、鋁的1/1600 。竹材熱導率與木材相近,竹結構房屋能充分利用其優異的保溫性能,大大減少建筑物圍護結構的能量損失。另一方面,已建成的竹結構房屋采用填充絕熱材料的中空墻體和現代高性能乙酰化改性木材制作的木窗,隔熱保溫性能更是大幅度提高,同時居住舒適性得以改善。

    竹質建筑的成本高于混凝土建筑,但從低碳、節能減排、抗震等方面考慮,竹質建筑今后對低碳經濟的支持力度必將逐漸加大,采用速生、可持續發展的竹材修建竹質結構房屋也是今后民宅發展的方向之一。目前現代竹質結構建筑均為二層,土地使用量大,但是根據國外資料介紹,只要設計出可靠的連接件,鑒于竹質結構材料強度高于木材,木結構房屋完全可建設高達六層甚至更高的樓房,這也更有利于竹結構房屋在我國的大面積推廣。竹質結構建筑重登歷史舞臺的期待會在低碳時代慢慢實現,而這個夢想將建立在對竹材料的逐漸重視和對竹質建筑技術不斷的完善和嘗試之上。

 

(來源:互聯網 發表時間:2011年4月1日)

 
 
 
 
 
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