未来概念房什么样？获国际太阳能十项全能奖！

“C-House”主动式绿色低碳产能房屋示范项目在国际太阳能十项全能竞赛中荣获第三名。它集中体现了新型光伏与建筑一体化(BIPV)产能建筑设计理念。“C-House”可变共享、高速建造、智能化产能用能、易维护长寿命、BlM工程管理等关键技术的研发和应用，保障了建造过程的高效率和建筑生命周期的高质量。此次面向未来的概念房设计与建造，对未来居住形态和基于建筑工业化的产品化建筑设计提供了实践样本。

C-House是TUBSEU团队对未来概念房理念的一次实践(图1、2)，C-House中的建筑可变与适应设计、长寿命与可维修技术、智慧产能与用能技术以及智慧运营与管理技术研发和应用等，集中体现未来建筑设计模式创新，建造技术研发应用和未来生活方式的研究和展现。建筑可变是指通过大空间设计与可变空间分配布局．可变家具等结合，实现建筑的空间可变、功能可变和类型可变，保障建筑全生命周期的质量，满足未来建筑多种变化的功能需求，提高建筑使用年限；长寿命可维修是通过构件装配的可逆性技术，实现构件的可更换维修，从而延长建筑使用寿命。

智慧产能是指C-House智慧化光伏建筑一体化(BIPV)设计和关键技术研发．根据建筑负荷特点对能量使用方式进行了优化和智能控制，进一步完善了节能与产能之间的平衡，峰值负荷也得以调控，实现了基于建筑的智慧化产能和用能；智能管理是指建筑全生命周期应用BIM技术，对建筑设计建造以及运营、维护过程实现智能化管理．进而打造面向未来的概念房。

1 C-House建筑系统集成设计

C-House是团队基于之前研发的七代绿色低碳轻型钢结构房屋技术系统(图3)．优化完善研发完成的第八代产能房屋系统产品．集中体现了产能建筑技术、太阳能建筑一体化技术、高速建造技术等技术系统的最新集成应用成果。

1．1建筑可变和能源共享的设计理念

设计伊始，TUBSEU团队提出建筑可变和能源共享两个基本理念。简约的立方形体、连续的能量表皮和快速装配技术，让C-House能够在多种基地环境中建造使用，同时通过建筑可变、可修．建造可逆提高建筑使用年限，延长建筑使用寿命，拓展建筑应用市场(图4）；通过能源共享、智慧产能让每一座房屋都能成为小型能源站，改善能源结构，提高清洁可再生能源在能源结构中的比例．有利于促进城乡建设过程中的节能减排和降低环境污染。建筑可变与能源共享理念相辅相成，贯穿于C-House之中。

1．2一体化协同设计

高速建造项目中一体化协同设计至关重要。C-House房屋在20天内全部建造完成，其全生命周期管理团队与建筑系统研发设计方、工程应用研发设计方、商业合同组织管理方、现场建造企业、赞助商等在方案设计初始阶段就开始进行协同配合(图5)，并贯穿整个研发建造过程，构成全生命周期工程组织管理。将实际建造中会出现的问题在设计初期进行反馈并修改完善．确保项目在实施过程中明确有序，减少施工过程中无意义的资源和时间浪费。一体化协同设计将各个构件组的设计进行协同，满足建筑工业化背景下对C-House实践提出的高速建造、绿色建造要求。

1．3高速建造技术系统

C-House并未采用高速建造中常用的集装箱式房屋建造系统，而是采用墙，板、梁、柱构件系统建造方式(图6)，地面以上建筑构件系统实现20天内组装完成房屋主体和室外庭院环境的目标。这种建造方式建成的房屋对于建筑内部空问使用限制小，易实现可变大空间，运输效率更高，建筑可靠性更强。同时该建造方式现场工序多，也对现场建造技术和工程组织管理技术提出了更高的要求。

TUBSEU团队对于高速建造技术系统进行了多次实践，已经拥有了两项发明专利的技术积累，包括构件分类方法与三级构件装配技术：

一级构件是指由建筑原材料在工厂进行加工后形成建筑构件，其成型位置是工厂之内；

二级构件是指一级构件在工地工厂(即在工地旁临时搭建的用于一级构件组装成二级构件的场地)进行组合、装配后形成的建筑构件。其成型位置是工地工厂；

三级构件是指建筑构件在现场工位进行装配后形成的整体大构件，其成型位置是在工位之上。

三级构件分类表面上看是加工和装配位置的不同，其实质是根据构件特性和建造逻辑进行分类：小构件易于加工和运输，在工厂进行生产装配，减少现场工作量的同时提高构件运输效率；大构件在工地工厂完成装配。

将建造中的高空作业和复杂装配工序转移至地面进行，减少装配效率低且危险的高空作业量，大大降低现场安全隐患，同时提高现场建造装备和工具使用效率，替代大量手工作业。三级装配系统构件分类方法可大幅度加快建造速度，优化建造工序，提高并行施工效率．通过高效的施工组织，实现安全、快速、可靠、低碳的建造。

以光伏系统为例．整个光伏结构构件组仅需9次吊装，2h即可完成全部装配，现场建造机械得到了最大效率的利用(图7)。

1．4 BIM工程管理

TUBSEU团队利用BlM技术进行了虚拟建造和工程组织。在BIM工程管理系统中录入C-House中每个建筑构件的信息并生成专属的二维码(图8)，通过追踪二维码对构件从生产阶段开始管理监控．控制建筑全生命周期中每个建筑构件的生产、运输、建造、使用和维修。

1．5产能建筑系统

产能建筑指在房屋建造、使用、运维过程中尽可能多地利用自然能源，实现建筑产能与用能的平衡。从低能耗房屋到超低能耗房屋，到零能耗房屋再到产能房屋，是光伏一体化主动式建筑不同的发展阶段。

产能房屋不仅需要高性能的外围护结构、高效的保温隔热措施和能源设备系统，还需要提高太阳能的利用效率，实现产能的目标(图9)。对此，TUBSEU团队提出了核芯筒(Core)和立方空间体(Cube)的概念。核芯筒是指在房屋中间布置的能源核芯筒，所有的建筑设备与服务功能均集中于核芯筒之中，并通过核芯筒外壁的换热系统与室内环境进行冷热交换和环境调控，提升设备系统的制冷采暖效率，在低能耗条件下实现室内环境高标准。

立方空间体是指C-House的产能表皮系统，产能房屋技术系统不仅要求房屋具有出色的热工性能，亦需要尽可能大的太阳能板发电面积。C-House建筑形体采用规则的立方体．优化建筑的体形系数，提高保温隔热性能；立面上除南北两面用于采光之外，东西两侧墙面也尽可能多地布置太阳能组件，在建筑中同时解决产能房屋提出的高性能和高太阳能发电量两个问题。

1．6独立式光伏与建筑一体化系统

目前的光伏建筑一体化安装主要有以下两种基本形式：一种是支架式安装，通过膨胀螺栓、预埋件和紧固件将光伏支架固定在建筑之上，再安装光伏组件．支架安装可扩展性强，适用于旧建筑光伏改造项目和新建项目之上，且光伏组件温度控制稳定，发电效率高、易维修，但容易破坏建筑防水系统．影响建筑耐久性，美观性较差；另一种安装方式是光伏组件建筑构件化，如太阳能光伏瓦、砖等，具有一体化强的优势．但维修困难，造价偏高，整体发电效率低。

C-House设计并应用了一套独立式光伏建筑一体化系统，光伏组件系统拥有自己的独立支撑结构系统，且不与主体结构和建筑围护构件组产生硬性连接关系(图10)，防止安装过程中对建筑主体产生破坏，影响建筑耐久性。顶面采用了高效单晶硅太阳能电池组件，提升太阳能发电的效率，东西两侧立面采用薄膜太阳能电池组件。东西两侧每日白天有一半时间处在背光弱光条件下，采用薄膜太阳能电池组件可以提高光伏系统在弱光条件下的发电性能。

从全年能量平衡的角度来看。C-House不仅拥有在强光照条件下的发电效率，同时也拥有在弱光和不利光照条件下的发电能力。屋顶与两侧立面组成的光伏表皮。形成多变、整体、美观的一体化建筑产能立面。

2 C—House建筑系统技术优势

2．1独立式构件系统与建筑可靠性

C-House之中，构件被分为结构构件组、围护构件组、性能构件组、室内装饰构件组、管线设备构件组和环境构件组6大构件组(图11)，各构件组之间遵循构件独立原则，减少相互交叉和交织。建筑各个构件组的耐久性是存在区别的，例如结构设计耐久性为50年，而光伏组件的使用寿命现今只能达到15～20年，在建筑全生命周期之中，必然会出现构件更换和维修的情况，构件系统相互独立可以保证各个构件组可独立进行维修更换。从建筑的全生命周期91来看，独立式构件系统能够大大提升建筑易维护维修性能，从而保障建筑全生命周期的质量，保障建筑系统可靠性。

2．2高速建造与构件

重复利用C-House房屋系统仅需20天即可完成一座可以交付使用的房屋，大幅度减少了建造过程中造成的环境影响和能源消耗。同时，这种高速建造可重复利用的房屋体系是对现有建筑市场需求的补充。C-House不仅仅是一次竞赛实践，更是对当前的居住形态的一种探索，当前城乡住房建设以城市高层公寓式住宅和农民自建低层住宅为主，C-House为社会提供一种高速建造且可拆卸重复使用的模块化组合式房屋居住模式，适应未来多样化的房屋应用需求。

2．3建筑性能绩效分析

C-House围护构件系统为装配式预制复合墙板，采用三层欧松板构造。其内侧空腔填充A级岩棉板，外侧空腔为5cm厚空气间层．南北两侧立面采用新型气候控制调光玻璃(STG)热敏玻璃，提高了建筑热工性能(图12)。光伏组件位于围护构件外侧且与围护构件之间存在30cm的空气间层，光伏组件在受到阳光照射之后升温，背部空气间层形成对流，降低光伏组件温度，提高高温环境下光伏组件的发电效率。

另一方面，光伏组件直接受阳光直射。控制了建筑围护构件的太阳辐射得热，空气间层也起到了隔绝热量传递的作用。C-House在夏季高热的气候环境下运行了两个月。根据8月1-18日比赛和公众开放展览期间统计，共计产能1751.95kWh，用能1720.12kWh(表1)，发电效果达到了产能房屋的设计目标(图13)。“十三五”能源规划中．注重清洁可再生能源的发展，产能建筑系统必将推动这一目标的尽快实现。

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