CN106802001A - 一种集热集电整体模块化钢结构框架住宅的建造方法 - Google Patents
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Abstract
一种住宅建造方法，具体是一种能够在工厂内预制生产的一种集热集电整体模块化钢结构框架住宅的建造方法。通过这种方法能够在工厂预制集热集电整体钢结构模块，并在现场拼装成建筑，产生太阳能效应。解决了后期添加太阳能装置由于管线问题需要二次施工等问题。在工厂内预制构件并拼装成太阳能集电模块、太阳能集热模块、阳光房模块、含热盘管系统的普通房间模块、太阳能烟囱模块、花房模块、卫生间模块、厨房模块、楼梯间模块。各构件间采用紧固连接件和高强螺栓连接。模块制作完成运到施工现场，用吊车吊装，不同的模块可拼搭成不同的建筑。
Description
所属技术领域
本发明涉及住宅建造领域，具体地说，是一种能够在工厂内预制生产的一种集热集电整体模块化钢结构框架住宅的建造方法。
背景技术
目前，人类所面临的能源枯竭危机不断加深，家庭中使用的燃料如煤炭、液化石油气等，带来的是剧增的SO2、CO2……使得环境问题日趋严重，所以人们所需要的是能源的多样化。将太阳能等清洁能源运用于广大住宅建筑当中，能够节约能源，保护环境。现在太阳能利用方式包括主动式太阳能，如太阳能光伏发电、太阳能集热器以及被动式太阳能，如阳光房、太阳能烟囱等方式，但这些太阳能装置基本上是建筑建造完成后后期添加，缺乏建筑的整体性。同时，采用传统住宅建造方法，建筑面貌千篇一律，建筑功能难以满足不同住户的需求，以及建造过程耗时长，受天气的影响很大，建造过程中产生大量建筑垃圾和噪音污染，对环境造成恶劣的影响。当前预制装配式建筑技术以及钢结构住宅的不断发展，可以促进住宅低碳产业化，达到建筑快速建造以及减少建造过程污染的目的。
发明内容
要解决的技术问题：为了解决传统住宅建造方法建造时间长、建造过程受天气影响大、产生的建筑垃圾多的问题，以及现代社会产生的能源危机和环境污染，后期添加太阳能装置由于管线问题需要二次施工等问题，本发明将太阳能集热和集电技术与在工厂内预制生产的整体钢结构框架模块相结合，实现设计的一体化。同时，人们可以根据自己的需求对不同功能模块进行拼接，从而搭建出自己心仪的建筑。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：在工厂内预制功能空间模块，如太阳能模块和辅助模块，太阳能模块有阳光房模块、含热盘管系统的普通房间模块、太阳能集电模块，太阳能集热模块、太阳能烟囱模块；辅助模块有花房模块、卫生间模块、厨房模块、楼梯间模块。模块由在工厂内预制生产的构件拼接而成，如钢柱、钢梁、保温条、内墙、外墙、屋顶百叶、预制楼板、热盘管系统、太阳能光电系统、太阳能集热系统等。模块采用的是1800mm×3600mm×3000mm的模数，制造工艺精准严格，便于工厂预制安装，不同的模块之间进行不同的组合。模块在工厂内预制完成后，用卡车运输到施工现场，运用吊车进行吊装。模块与模块之间通过紧固连接件和高强螺栓相连接，中间采用橡胶垫片防止模块之间的空隙渗水，达到较好的气密性。同时，太阳能集电模块与房间模块的电线相连，为电器供电；太阳能集热模块内的水管与房间模块的热盘管相连，提供地暖，与卫生间、厨房的水管相连，提供生活热水。部分预制墙体也是现场安装，墙体和钢框架之间也是通过紧固连接件和高强螺栓相连接。模块现场拼接成住宅仅需要大约2-3天的时间，大大缩短了建筑工期，建造成本低。虽然太阳能模块由于有太阳能集电集热技术的运用，所以造价高，但光伏和光热提供的免费清洁能源从整个建筑全生命周期而言，又是相对节约的，成本可以回收。
本发明的有益效果：人们可以利用太阳能这一清洁能源，节约资源，保护环境；钢结构坚韧耐用有很好的抗震性和抗压性，建筑质量高；太阳能集热集电技术与钢结构模块一体化，避免二次施工，实现建筑的整体美观性。并且建筑模块可以在工厂实现大批量产业化生产，减少建造过程受天气因素的影响，模块可以回收利用，减少建筑垃圾，模块现场拼搭可以缩短建造时长，建造成本低；同时模块与模块之间可以进行不同的组合，满足组合安装的灵活性、多样性，建成适应不同人群需求的住宅。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1——5为太阳能模块
图1是阳光房模块，其中图1-1是阳光房平面图1∶50，图1-2是阳光房剖面图1∶50。
图2是1800*3600*3000的房间模块，其中图2-1是房间模块平面图1∶50，图2-2是房间模块剖面图1∶50。
图3是太阳能集电模块，其中图3-1是太阳能集电模块平面图1∶50，图3-2是太阳能集电模块剖面图1∶50。
图4是太阳能集热模块，其中图4-1是太阳能集热模块平面图1∶50，图4-2是太阳能集热模块剖面图1∶50。
图5是太阳能烟囱模块，其中图5-1是太阳能烟囱模块平面图1∶50，图5-2是太阳能烟囱模块剖面图1∶50。
图6——9为辅助模块
图6是卫生间模块，其中图6-1卫生间模块平面图，图6-2卫生间模块剖面图，图6-3是卫生间管线示意图。
图7是花房模块，其中图7-1花房模块平面图，图7-2花房模块剖面图，图7-3是花房构造详图。
图8是楼梯间模块，其中图8-1楼梯间模块平面图，图8-2楼梯间模块剖面图。
图9是厨房模块，其中图9-1厨房模块平面图，图9-2厨房模块剖面图。
图10——11为模块组合
图10是太阳能集热模块与其他模块的组合，其中图10-1是太阳能集热模块与卫生间模块的组合，图10-2是太阳能集热模块与房间模块的组合。
图11是太阳能集电模块与房间模块的组合。
图12——16为构件之间和模块之间的连接方式
图12是钢梁之间的连接方式，其中图12-1为钢梁连接示意图，图12-2为钢梁连接剖面图1∶5。
图13是钢柱纵向之间的连接方式，其中图13-1为钢柱纵向连接示意图，图13-2为钢柱纵向连接剖面图1∶5，图13-3为钢柱纵向连接节点大样图1∶2。
图14是钢柱横向之间的连接方式，其中图14-1为钢柱横向连接示意图，图14-2为钢柱横向连接剖面图1∶5，图14-3为钢柱横向连接节点大样图1∶2。
图15是钢和预制墙体之间的连接方式，其中图15-1为墙体安装示意图，图15-2为墙体安装剖面图1∶5，图15-3为墙体安装节点大样图1∶2。
图16是钢梁和混凝土预制楼板之间的连接方式，其中图16-1为预制楼板安装示意图。图16-2为预制楼板安装剖面图1∶5。
图17——19为拼搭示例
图17是各模块之间相互拼搭示例。
图18是运用上述模块拼搭出的建筑示例，为独栋住宅。
图19是运用上述模块拼搭出的建筑示例，为两栋住宅。
图20是运用上述模块拼搭出的建筑示例，为四栋住宅。
其中1.方钢钢柱，2.保温棉，3.预制墙体，4.C型钢钢梁，5.电动遮阳百叶板，6.遮阳百叶，7.气孔，8.热盘管，9.预制楼板，10.电线，11.储电器，12.控制器，13.逆变器，14.城市电网，15.太阳能光伏板，16.冷水管，17.热水管，18.水泵，19.储水罐，20.太阳能集热器，21.总管，22.透明玻璃板，23.吸热板，24.隔热板，25.排水管，26.供水管，27.电线，28.通气管，29.SMC墙30.储水桶，31.侧排水孔，32.草皮，33.土壤，34.过滤层，35.排水层，36.隔根层，37.防水层，38.结构层，39.预制栏杆，40.预制梯段，41.排烟管，42.太阳能集热模块，43.卫生间模块，44.房间模块，45.太阳能集电模块，46.优质10.9级高强螺栓，大六角螺栓GB1228-1230，47.紧固连接件，48.橡胶垫片，49.楼梯间模块，50.厨房模块，51.阳光房模块
具体实施方式
在图1中，冬季白昼太阳高度角较低，阳光房模块通过改变电动遮阳百叶的角度让阳光进入，加热内部的空气，高温气体上升通过热交换气孔进入相邻房间模块，从而在两模块空间内形成冷热空间循环，提升整体建筑内部空间温度；而冬天夜晚关闭的热交换气孔隔绝相邻房间模块，阳光房形成热散失缓冲区，有效地减少整体建筑热量损失。夏天，关闭遮阳百叶避免阳光照射，上气孔关闭，下气孔打开，热空气从房间模块被挤压至阳光房模块，打开窗户排出室外。通过阳光房模块，可以构建住宅被动式冬暖夏凉微气候环境。
在图2中，房间模块内配备热盘管系统，热盘管与图4中的太阳能集热系统的总管相连接，冷热水在热盘管中进行循环，形成低温热水地面辐射供暖。房间模块基本单元模数为1800×3600mm，在功能上，基本单元模块可以设计为门厅和储藏室等，模块可以以倍数增加，变成3600*3600的房间模块，如餐厅模块、书房模块，或者变成5400*3600*3000大小的房间模块，如客厅模块、卧室模块等等，都可在工厂预制生产，并进行拼装。
在图3中，太阳能光伏板通过太阳的照射，与储电器、控制器、逆变器通过电线连接，将光能转化为电能，形成一套太阳能发电系统。太阳能光伏板作为坡屋顶模块的屋面，拥有最大的吸热面积，太阳能集电设备安装在1800×1800mm的钢结构坡屋顶模块的夹层内，实现光伏模块一体化。这套设备可直接通过电线与电器相连，为电器供电；并且与城市电网相连，当太阳能不能满足需求时，城市电网可供电；当太阳能发电富余时，可供给城市电网。
在图4中，太阳能集热器通过太阳的照射，将光能转化为热能，通过冷水管、热水管与水泵相连，加热冷水管内的水，冷热水管的水进行循环，并储存在储水罐中。平板太阳能集热器作为坡屋顶模块的屋面，拥有最大的吸热面积，太阳能集热设备安装在1800×1800mm的钢结构坡屋顶模块的夹层内，实现太阳能集热系统与模块的结合；通过总水管与房间模块内的热盘管连接，形成低温热水地面辐射供暖系统；与卫生间模块、厨房模块相连接，提供生活热水。
在图5中，太阳辐射透过透明玻璃板被吸热板吸收，加热通道内的空气，使之产生内外密度差，完成热压到风压的转换，打开气孔，驱动室内空气向上流动，加强通风。
在图6中，卫生间采用整体卫浴，内部的洁具与水管电线都是在工厂内预制生产，内部的墙体采用SMC(Sheet Molding Compound)板，具有很强的防水性能，SMC板与外墙和楼板之间布置水管电线，卫生间的供水管与图4的太阳能集热模块的总管相连。
在图7中，花房模块通过种植屋面的方法过滤雨水，再通过雨水收集系统将过滤的雨水储存起来，作为非饮用水的补充，如用来浇花房的植物。
在图8中，两个以上3600×3600mm的房间模块上下叠加拼合，形成整个建筑的垂直交通空间的框架，增加住宅的竖向层数。通过在工厂预制标准化楼梯梯段和扶手，按照不同需求预制拼装成楼梯间模块。另外，楼梯下可以增加隔墙和门形成储藏空间。
在图9中，厨房采用整体式厨房，内部的厨具与水管电线都是在工厂内预制生产，厨房的供水管与图4的太阳能集热模块的总管相连。
在图10中，水通过太阳能集热系统的加热，储存在储水罐中，10-1指当需要热水时，通过总管与卫生间模块里的热水管相连，10-2指当需要地暖时，通过总管与房间模块里的热盘管相连，热水在热盘管内循环流动。
在图11中，通过太阳能集电系统，光能转化为电能，其产生的电与房间内的电器通过电线相连，对电器供电。
在图12中，钢梁之间通过高强螺栓相连接，使得模块之间相互连接，其中高强螺栓规格为优质10.9级高强螺栓，大六角螺栓GB1228-1230M16*30。
在图13中，钢柱纵向之间通过高强螺栓和紧固连接件相连接，使得模块之间相互连接其中高强螺栓规格为优质10.9级高强螺栓，大六角螺栓GB1228-1230M16*40。
在图14中，钢柱横向之间通过高强螺栓连接，在钢柱之间加入橡胶垫片，使得模块之间相互连接且拼搭后具有良好的保温气密性，其中高强螺栓规格为优质10.9级高强螺栓，大六角螺栓GB1228-1230M16*430。
在图15中，钢和预制墙体之间通过高强螺栓和紧固连接件相连接。其中高强螺栓规格为优质10.9级高强螺栓，大六角螺栓GB1228-1230M16*30。
在图16中，C型钢梁有预留的孔洞，混凝土预制楼板内的钢筋可以插入孔洞，并通过高强螺栓相连接。其中高强螺栓规格为优质10.9级高强螺栓，大六角螺栓GB1228-1230M16*30。
在图17中，各模块之间相互拼搭，利用太阳能各自发挥作用。
在图18中，独栋住宅适用于一般家庭，三口之家、多子女家庭、留守老人等皆适用。
在图19中，两栋住宅共用内院，促进两家交流，适用于一对老夫妻和他的独生子女的家庭或者是兄弟两家人。
在图20中，四栋住宅共用内院，促进交流，适用于一对老夫妻和他的多子女家庭。
Claims (4)
1.一种集热集电整体模块化钢结构框架住宅的建造方法，其特征是：采用高强螺栓和紧固连接件连接钢构件、墙体、楼板、太阳能设备形成预制模块，在施工现场进行安装形成住宅，模块包括太阳能模块和辅助模块，模块皆符合统一模数。
2.根据权利要求1所述的集热集电整体模块化钢结构框架住宅的建造方法，其特征是：预制模块间通过紧固连接件和高强螺栓连接，中间采用橡胶垫片使模块间气密性良好。
3.根据权利要求1或2所述的集热集电整体模块化钢结构框架住宅的建造方法，其特征是：太阳能模块包括太阳能集电模块、太阳能集热模块、阳光房模块、含热盘管系统的普通房间模块、太阳能烟囱模块，模块中运用主动式或被动式太阳能技术。
4.根据权利要求1或2所述的集热集电整体模块化钢结构框架住宅的建造方法，其特征是：辅助模块包括卫生间模块、花房模块、楼梯间模块、厨房模块，其中采用整体厨卫、预制楼梯。
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