日本工业化住宅产业和技术变迁(四)

 

 

(四)近年的技术开发

 

4.1企业的共同研究活动

 

4.1.1工业化住宅协会的共同研究活动

 

企业都有自己的技术和系统,竞争激烈,共同开发技术很难,但过去以工业化住宅协会为中心进行了几次共同实验。下表展示了通过工业化住宅协会,各家企业与高校的联合实验和成果调查。

 

4.1 共同研究一览

上述共同研究是产官学融为一体,针对每个时代所要求的技术进行共同研究的,在耐久性相关的共同研究中,反映在工业化住宅认定制度技术标准中,是成为现耐久性标准基础的研究。

 

钢铁系预制住宅的实际大火灾实验是改变昭和50年代所说的“不耐火的钢结构建筑物”的想法的第一次钢铁系预制住宅的实际大火灾实验,在当时的建设省建筑研究所的支援下进行了火灾实验,其结果由建筑学会等发表。

 

3层住宅的火灾实验,是使户建住宅在准防火地区建设成为可能的火灾实验,其结果是,通过建筑基准法的修正,使建设成为可能的实验。

 

3层共同住宅中,作为耐火结构以外的建筑物,是在建筑基准法内规定耐火结构的耐火实验,是使各种施工方法的3层共同住宅的建设成为可能的火灾实验。

 

4.2经济产业省的住宅技术开发项目

 

通产省(现经济产业省)很早就认识到日本住宅技术开发的重要性,支持了产学合作研究。从昭和51年(1976)开始的“温室55”开始算起,到平成16年(2004)的约30年间共进行了6个研究项目(表4.2)。作为致力于项目的研究开发例子,关于最近的“创造生活价值住宅开发项目(以下简称House Japan项目)”和“资源循环型技术开发项目”,要点如下所示。

 

4.2经济产业省住宅开发项目一览表

 

4.2.1创造生活价值住宅开发项目

 

Japan House项目在上表所示的前期项目成果的基础上,致力于以下四个小组的69个主题的研究和开发,旨在以低成本(low cost)提供舒适(comfortable)长(continuous)居住的住宅,形成能够为21世纪创造新生活价值的优质住宅存量。研究·技术开发的对象是住宅本身、生活者生活方式、住宅设备、建材材料、能源等广泛领域。参与企业是由居住生活相关的38家企业组成的技术研究组合。作为与居住生活相关的38家参加企业的技术研究组合活动,在接受6名顾问团的指导和建议的同时推进,研究开发期间从平成6年(1994)到平成12年(2000)持续了7年。

1)研究主题和责任公司

38家参与公司中,包括10家房企,这些公司致力于广泛领域的各种技术开发课题(表4.3)

4.3研究主题及参与企业

 

(2)研究成果

项目开始于平成6年度(1994)进行了研究,以其结果为基础,从平成7年度(1995)开始了关键技术的研究开发。

 

平成9年度(1997),在项目的中间阶段,为了确认研究成果在实用上的问题点,按研究主题建设了4栋实际大规模的中实证楼,有效地活用于研究开发的关键技术的验证和之后的改良研究(图4.1)。之后,在项目的最后2年,为了将开发的各关键技术的成果作为项目整体以简单易懂的形式表现出来,进行了综合汇总,并对当初设定的概念的达成度进行了评价。另外,在项目结束后的平成13年(2001),作为研究活动的成果,总结了出版了设计图书,并于同年3月在东京面向公众“HOUSE JAPAN研究成果发表会”。同期,他出版了《创造生活价值的21世纪型住宅的样子》(编著作者House Japan Project,监修者松村秀一/田边新一,东洋经济新报社,2001年3月)。

 

我们认为,一系列研究活动的成果为现在和今后日本住宅大众印象方面做出了贡献,以应对社会内卷、地球环境和节能。

 4.1 临时示范楼(当时)

 

4.2.2资源循环型住宅技术开发项目

 

由于住宅和建筑产业是影响程度较大的领域,占日本工业领域资源利用量的一半、能源消耗量的1/4、工业废弃物的20%,作为构建循环型经济社会研究的一部分,经济产业省启动了“资源循环型住宅技术开发项目”,将住宅从建设到维护、管理、废弃处理的整个生命周期纳入视野,开发长寿命、易于再利用、有效利用能源的住宅技术。该项目以下述的实施体制和研究课题,从2000年度开始实施5年计划。

 

(1)研究主题和组织

 

项目以根据矿业技术研究组合法设立的“创造生活价值住宅开发技术研究组合”为主体,以14家民营企业(其中,住宅制造商2家)和7名在建筑领域有见解的顾问团参加的形式实施了研究。研究课题及承担企业见下表(表4.4)

 

(2)研究成果

 

通过出版、召开研讨会、参加国际会议等方式,对资源循环项目的研究成果进行了输出。

 

①出版:“可持续住房”

 

平成15年(2003)6月出版了资源循环型住宅的概念,本项目研究主题的概要,平成14年(2002)实施的欧洲各国的调查内容,以“可持续住房”为题进行了总结。

 

②论坛和召开研究成果报告会

 

平成15年(2003)7月,为配合《可持续住房》的出版,以“可持续住房论坛”为题,在东京和大阪两个地方举办了一个论坛,该论坛由书籍内容介绍和实现资源循环型住宅的小组讨论组成。

 

2004年度结束的项目的研究成果报告于次年3月在东京举行了向大众公开的报告会。

③参加2005年世界可持续建筑会议东京大会(SB05Tokyo)

 

SB05Tokyo)(平成17年(2005)9月27日~29日),以实现和普及可持续建筑为目标的国际会议,包括研究人员、实务家、企业、政府官员、学生等。

 

本研究项目可以认为是率先实现循环型经济社会、防止全球变暖的时代潮流的项目。关于各参与企业实施的研究课题,目前(平成21年(2009))仅有一部分被实用化,但期待今后进一步的实用化进展。

 

4.3 免减震技术

 

地震对策有抗震、减震、避震三种思路。

 

4.3.1抗震技术

 

针对地震输入防止建筑物损坏的技术,“3.1.1结构承载力能”就是为了这个目的。针对阪神淡路大地震,以新抗震标准为基础的工业化住宅发挥了非常优秀的性能,全毁损为零。但是,建筑物的摇晃本身就很大,家具的倾倒和居民的恐惧感无法抑制。另外,也不能保证不会有比那次摇晃更大的东西来。

 

4.3.2减震技术

 

相对于弹性设计的抗震结构,减震技术是通过为抑制建筑物的摇晃而在墙壁上设置的阻尼器来吸收地震能量,进而减轻结构体的负担。其例子如下所示(图4.2)

 

除了上述内容以外,还做了很多尝试,低层的2层建筑虽然可以抑制2层的摇晃,但与基础直接相关的1层地板却没有效果,是低层住宅用的地震作为对策只能期待有限的效果。

 

4.3.3隔震技术

 

在基础与建筑物之间,加入滚动或滑移支座及阻尼器使一楼地面无地震能量,这就是隔震技术。图4.3显示了避震结构的一个例子。另外,图4.4显示了地震的加速度响应谱(在图上绘制了对具有各固有周期的结构模型的地震波的最大响应加速度(地震力))的例子。h称为衰减常数,表示(2)中说明的减震作用大小的不同。支座使水平方向的运动变大,建筑物的固有周期变长,作用于建筑物的地震力变小。另外,通过阻尼器吸收地震能量(增大h),可以减小地震能量。

 

对于大型结构物,很早就开发出了层叠橡胶避震系统,但对于低层、轻的住宅并不合适,一般是滚动或滑移支座。再加上各种形式的阻尼器和强风时约束建筑物移动的风约束装置(也有用阻尼器功能代替的情况)组合而成的系统。

 

平成11年(1999)接受了社团法人日本建筑中心对免震住宅的系统评定,平成12年(2000)的修订建筑基准法在公告中规定了免震建筑物设计的技术性标准。

 

虽然在法律上得到了完善,技术也得到了确立,但是隔震支座需要将建筑物整体(浴缸和设备配管)放在架台上进行运作,成本昂贵,还没有普及。但是,对于地震国日本来说,这是必要的未来技术。

 

4.3.3.1 住宅公司的避震系统的例子

 

在这里介绍各住宅公司推出的避震系统。

 

(1)大和房屋工业

 

大和房屋工业的避震系统构成由单球式滚动轴承、摩擦阻尼器、风摇固定三种装置组成。其特征是台风等情况下建筑物不动的设计(图4.5)。

 

(2)一条工务店(普利司通生产)

 

一条工务店虽然不是预制的,但采用传统木结构法,较早开始从事免震住宅(图4.6①),目前在免震住宅供应数量方面位居业界第一,因此先介绍一下。基本结构是滑动轴承和吸能橡胶,由于滑动轴承的摩擦,在平均风速为20m/秒左右的台风中有可能滑行移动,考虑到这一点,设置了如图4.6②所示的防止过大位移的钢丝。

 

 

(3)积水住宅、三井之家

 

积水住宅和三井之家采用相同的卡雅瓦系统机械制造的避震系统。结构为脚轮形式滚动支座和油阻尼器(图4.7)

 

虽然各公司各有其特点,但在性能上,在大地震时,1层地板的设计速度大约低于200Gal。由此,家具的跌倒等情况可以大大减少,地震时的恐惧感也可以减少。

 

4.3.3.2作为最终的隔震建筑物的性能评价

 

对于大型建筑物,足尺地震实验的实施比较困难,但是小住宅层面可以使用振动台进行足尺模型的加震实验,因此以住宅厂商为中心进行了足尺实验。下面介绍振动台的足尺实验的一个例子。

 

4.8显示的是足尺实验中使用的试验体。建筑平面尺寸为7,280×6,370,为总二层钢轴结构的工业化住宅。

 

4.9显示了输入阪神·淡路大地震时神户海上气象台记录的地震动(JMA KOBE)的NS(南北)成分的实验的响应结果。为了显示避震效果,输入波形和1层地板的响应波形重叠显示。

 

由此来看,输入波形中加速度的最大值超过800Gal的,输入到1层的大小降低到100Gal左右,可以确认充分的避震效果。

 

另外,根据输入大小的不同,地震响应的变化如图4.10所示。

 

据此,抗震住宅中,随着输入加速度的增大,响应加速度也增大,而避震住宅则几乎没有变化。这证明本避震系统是滚动轴承+摩擦阻尼器的结构,能够充分发挥摩擦系统的避震特性。

 

综上所述,如果能够适当地发挥避震效果,就可以抑制响应加速度,防止家具的跌倒,抑制居民的恐惧感。

 

4.3.4抗震、减震、隔震各工法的响应值比较

 

最后,比较各工法的响应值。与抗震结构相比,显示了减震和避震结构的特点。响应值是在设想模型中通过时程响应分析算出的。

 

分析模型假设为一般大小的住宅,分为保持抗震状态的“抗震住宅”、附加了减震板的“减震住宅”、设置了避震装置的“避震住宅”3种。省略分析条件、模型条件。另外,分析中使用的地震波形为建筑基准法中的公告波。

 

4.11显示了不同方法的响应值的结果。水平和垂直缩放对齐。

 

对于抗震住宅能量,越往2层楼板、檐梁和上层,响应越大。

 

对于减震住宅的能量,2层楼板、檐梁等上层越高,响应越大。另外,由于在第1层添加了阻尼器,与耐震住宅相比,2层楼板水平的响应降低,但1层楼板及檐梁水平与耐震住宅几乎处于同一水平。

 

隔震住宅在1层楼板、2层楼板、檐梁等所有层中,响应的大小都比输入减少。只有隔震结构法可以减小一层楼板级的响应加速度,降低各级的响应。

 

4.4环境对应技术

 

全球变暖应对CO2的减排也是住宅产业所面临的重要课题。各工业化住宅公司都将其作为最重要的主题之一。下面介绍几个努力的事例。

 

4.4.1房企举措

 

(1)高隔热化~大和房屋工业“xevo(济沃)”

 

这是一种以提高外墙的保温性和强化内部结露措施为目的,采用在填充保温的外侧附加保温层的外贴保温施工方法的住宅商品。天花板也采用不易产生隔热缺损的吹入式隔热施工方法(纤维素纤维t=160mm)等,标准设定了大大超过热损失系数的下一代节能基准值的隔热规格。

 

外墙与天花板的保温规格如图4.12所示。

 

建筑物的高隔热化不仅取决于隔热材料的厚度,还有很大一部分原因是隔热材料、窗框、玻璃等建筑材料的高性能、高功能化。

 

隔热材料开始用于住宅的昭和35年(1960),作为隔热材料主要使用玻璃棉。此后,玻璃棉将推出高密度产品和使玻璃纤维变细(4~5微米)提高隔热性的产品。此外,还开发了绝热性优异的聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等发泡类绝热材料,以及使用玻璃棉和纤维素纤维(报纸废纸的再循环品)的吹入式绝热施工方法,工业化住宅制造商将根据各公司的施工方法,在合适的地点选择绝热材料。此外,开口的性能提升也非常明显。与工业化住宅上市时使用的铝窗框和单板玻璃相比,近来在玻璃上涂有被称为Low-e膜的特殊金属膜的高隔热双层玻璃、通过在铝外框和内框之间夹入隔热树脂来抑制热传递的高隔热窗框得到普及,从开口部的热损失量减少到约1/2左右。

 

(2)与自然的和谐

 

Misawa-home“微气候设计”

 

在积极节能措施的同时,被动环境设计技术的研究也在进行中。

 

Misawa家的微气候设计例子如图4.13所示。

 

Misawa Home将传统智慧与现代技术相结合,设计一个一年四季都能舒适生活的住所,命名为“微气候设计”。微气候是指仅限于居住及其周边的气候,例如用庭院的栽植来引导风,遮蔽直射日光等,在把握地区气候的基础上,针对每个用地和方案,提出最适合的微气候设计方案。

 

(3)创能

 

积水化学“太阳能发电”

 

太阳能发电是一种清洁能源,发电时不产生CO2,是应对全球变暖最有效的手段。光伏发电的引进除了国家的补助金制度以外,各自治体也采取了普及扩大的补助金等各种各样的措施,不仅对环境友好,售电对家庭的好处也很大。积水化学公司开发了利用平屋顶特长的独自的大容量太阳能发电系统等,正在积极开展搭载太阳能发电的住宅。

 

(4)未利用能源的利用

 

旭化成“利用地下热的热水供应/冷暖气系统”

 

“地热系统”的概念图如图4.15所示。

 

通过利用地源热泵技术,将季节变化少的地源热用于热水供应和冷暖气。能够提供约占生活能源2/3的热水供应和冷暖气,而且,为了将冷房排热释放到地下,还有助于热岛现象。

 

(5)环境共生住宅园区

 

~大和House工业“越谷湖镇”

 

“越谷湖镇”是将独立住宅(132套)和可售公寓(500套)进行一体化开发,通过最大限度地利用该地区的自然,以减少20%以上的CO2排放量为目标,建设与自然和谐的城市。将来自水边(峡谷)的凉风吹入整个街道的努力,以隔热化·被动技术为代表的各种节能技术的引进,以及考虑到生态系统保护的街道建设等措施得到了评价,并被环境省采纳为“整个街区CO220%削减事业”(图4.16)

 

4.4.2环境技术的供给比率

 

工业化住宅协会对于引进环境技术设定了独自的目标值,致力于进一步推进节能化。图4.17是截至2008年度,户建住宅的高效热水器安装、光伏发电安装的供应比例。

 

4.5 IT技术的应用

 

日新月异不断发展的IT技术,日复一日地切实渗透到住宅和居住生活中。包括紧急地震速报系统在内,以下这些信息技术都得到了实际应用和应用。

 

(1)利用移动电话的住宅内监控系统

 

大和House工业的留守住宅监控系统是利用移动电话的互联网连接功能可以操作住宅内机器的系统,使用如下所示的提供生活的安心·安全,生活的便利性的基本功能(图4.18)。

 

①确认门锁的上锁和上锁

 

②空调(或者地板暖、热水器)的ON/OFF

 

③通过同时开关照明器具的ON/OFF

 

④不在家时在意的地方的摄像头拍摄

 

具备上述功能的“不在家莫尼”系统于平成13年(2001)9月作为住宅业界首个IT住宅系统实用化,之后在工业化住宅建筑和集体住宅商品中被采用。

 

(2)智能厕所(家庭健康检查)

 

智能厕所是平成17年(2005)与住宅设备设备企业TOTO和大和House工业共同研发并商品化的家庭健康管理设备。

 

该系统的特点是为了健康检查,全家每天都在厕所里测量“尿糖值”“血压”“体重”“体脂肪”这4个数值,并通过电脑软件“健康管理君”进行数据管理(图4.19)

 

(3)机器人技术的应用

 

地板下机器人检查技术是一种远程操作式地板下检查机器人系统,人不需要进入地板下,老板大人也可以与检查人员一起在室内实时查看地板下的状况(图4.20)

 

该技术在接受经济产业省“服务机器人市场创造支援事业”的2年补助的同时,于平成18年度(2006)开始实施,于平成21年度(2009)达到了实用水平。

 

另外,除了地板下检查机器人以外,还有有助于残疾人和老年人生活支援的机器人

 

(4)智能住宅的技术动向

 

20世纪90年代当时的电电公社为中心提出“TRON电脑住宅”为契机,“家庭自动化”成为住宅企业的研究项目之一。

 

现在以“智能住宅”的概念,继续进行研究。

 

 

译者总结:

 

1、工业化住宅协会在共同技术开发方面起到了助推作用,通产省(现经济产业省)很早就认识到日本住宅技术开发的重要性,支持了产学合作研究。

 

2、工业化住宅有抗震、减震、免震技术区分,免减震技术可以有效避免家具倾倒,避免恐慌。日本具有地震多发的特点,与国内相比有区别,在免减震技术方面可以区别对待。

 

3、在应对环境方面,除了提升外墙、屋面保温,注重建筑材料的gaoxi高性能和高功能。

 

4、工业化住宅是许许多多部品部件的集成,通用化部品部件是催生日本工业化住宅的重要推手,且待下期介绍。

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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