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中国农村住宅现状问题与轻钢结构房屋在农村住宅市场的应用展望

    文章来源:鞍山建设科技网 发布时间:2018-07-11 点击数: 字号:

  本文简单介绍了中国农村住宅在技术层面和环保方面及国外住宅在上述两方面的现状,并且介绍了赛博思公司在新农村住宅方面做作的研究及对我国新农村住宅发展方面的贡献与展望。

  一、技术层面

  国内:

  改革开放至今,中国农民收入水平大幅提升,“赚钱盖大房子”这个朴实的梦想也在一户接一户的实现。一间间土坯房被推倒,代替的是一幢幢空间宽敞的大砖瓦房,讲究点又有些实力的人家都盖起了混凝土住宅。后来到了1997年,我国钢产量达1亿吨,1998年投产轧制H型钢系列,有关规范标准配套出台,给钢结构创造了良好的物质基础。之后,各种钢结构建筑如雨后春笋般伫立在中国的各个角落。然而在农村却很少见到钢结构住宅建筑的身影,似乎广大农民们还是很认可砖瓦房和混凝土房,在翻新或新建自家住宅时,还是首选这两种,至于钢结构房屋——那是什么?

  既然现状如此,我们接下来就说说目前农村住宅的现状吧。

  1 方案选用不合理。

  农村建房一般无建筑师参与,往往是随意摆布,各家相互抄袭、盲目攀比,其结果是不节能、不节地、不适用、不美观、不经济,建筑与人们新的生活方式也格格不入。

  2)结构设计不合理,无正规设计图纸,施工随意性大。

  目前,农村建房95%以上无正规施工图,建房时东抄西仿,仅凭经验动工,在建造过程中随意拆拆改改,建筑质量没有保障,抗灾能力低。比如基础的设计不合理,有些农民片面考虑节省开支和方便施工,没有任何地质资料,忽视了软弱土和淤泥质地基的危害,基础埋置过浅,又无加固措施。另外,一些重要构件的布置不合理,而导致对建筑的损坏。许多住宅现浇板根本没有按照设计和施工规范的要求进行施工,板内配筋和板的厚度严重不符合标准。许多出现问题的房屋都是不考虑房屋的开间和进深尺寸,主筋一律用Ø6@200双向钢筋网, 连续板上部的负弯矩筋按3根/m放置,而且放置不标准,也没有按规范要求扎成网片放入,而只是在浇筑时随意放置,板的厚度很不均匀,有的只浇到6 cm7 cm厚,有的达13 cm14 cm厚,对板的自重影响较大。所以拆模后不久或拆模后一段时间内屋面就出现不同程度的裂缝,最后造成板面下坠或沿墙、梁上部及屋面四周、墙板交接处出现裂缝,致使屋面多处渗漏。轻则影响使用功能,重则影响整个房屋的结构。

  3)施工人员技术素质低,质量得不到保证。

  农村建房都是一家一户,建筑规模小,大的施工队不愿承揽,施工队伍大多是个体瓦工、木匠工等杂牌队伍拼凑而成,一般都没有经过正规培训和专业技术考核,缺乏基本的建筑施工知识,技术工艺落后,施工不得要领:他们在配制砂浆、混凝土时不知道何为配合比,粗细骨料也不称量,凭经验搅拌,对砌筑砂浆或浇筑的混凝土要求达到的标号及强度心中无底,砌体质差,灰缝不标准,通缝现象严重,砂浆饱满度不足;预埋的拉结筋随意放置,长度、方向、间距都不标准,造成纵横墙接槎 不牢;干砖上墙,因砂浆严重失水而导致砌体强度降低。以上种种做法都降低了房屋结构的安全性、可靠性,使房屋的质量得不到保证。

  4)材料以次充好或偷工减料影响质量。

  目前社会上的建材市场相当混乱,不合格、不标准、低质量的产品,冲击整个建材市场。据有关部门统计,整个建筑市场的材料抽查合格率不足40

  5)农民质量意识差,法制观念淡薄。

  造成村镇住宅工程质量隐患严重和事故发生的原因很多,但从根本上来说是不重视工程质量,是人的因素。尤其是农民群众缺乏对建筑知识和法律法规的了解,有摆脱 不了“亲帮亲、邻帮邻”的建设方式,也让非法施工队伍钻了空子,匆匆签订“合同”,不按法律规定办事;而这些施工队素质差,大部分根本不懂建筑工程施工, 更木能解决工程施工中随时可能出现的问题,对工程质量抱有侥幸心理,结果房屋倒塌,屡见不鲜。

  国际

  外国的农民都喜欢什么样的房子?

  日本

  日本每年新建低层住宅20万幢左右,建筑面积大约300万㎡,它们大都是钢结构住宅,尤其是轻钢结构装配式住宅。轻钢结构装配式住宅1995年神户大地震在日本得到普及推广尤其是经历了1995年神户大地震后,震中兵库县实施了“不死鸟”计划,要求建筑物遭受8级地震不倒;日本政府则提出了“零死亡”计划。因此,抗震性能卓越的轻钢结构、轻质材料等各种最先进的防震手段被广泛应用,所有老式建筑全部采用不同形状轻钢结构框架进行加固。

  日本这种工业化住宅生产规模比较大的厂家有7-8家,主要结构体系大约只有2-3种。

  如“积水”住宅,钢柱用3.2mm厚的C型钢组成用工字型口字型(也可采用H型钢,也有钢管砼柱),梁采用5.5mm-8mmH型钢,平均钢骨架用钢量约60kg/㎡。梁柱采用低合金钢加工,磷铁膜化学处理后再进行树脂涂料电着涂层,需要防火时再采用喷防火涂料或者用板材包裹隔断。

  2004年,日本钢材俱乐部又提出一种钢结构住宅推荐模式SteelMansion1000,其大致情况如下:

  a.柱间跨度14.4m,可实现200㎡的无柱空间。其空间中可容纳自由分割住户1-3户。

  b.设备独立于结构,涉笔的管道维修方便。

  c.柱采用钢管砼,梁采用FR钢(Fire Resistant Stul),耐火钢可以简化防火处理。

  d.地面为PC+现浇RC结构,采用倒梁、倒板形成双重地板,使所有的设备管道都容纳在地板下面。

  e.外墙采用ALC板、轻质的PC板的干式施工法。

  f.分户墙采用隔音性能高的强化石膏板,干式施工法。

  日本政府及企业正在研究:

  (1)如何提高住宅耐久性以及什么样耐久性比较合适。

  (2)适应家庭变化和反应对住宅的价值观,研究“构架与住户分离方案”,将主结构部分建造十分牢固,具有100y以上耐久性。造成无柱大空间。

  英国

  二战后,为解决住房荒问题,英国与欧洲其他国家一样采用了工业化方式建设大量住宅,60-70年代以后则在住宅的结构体系尚出现了多元化的趋势:木结构、钢结构、钢筋砼结构等。1998年,在“建筑生产反思”报告中提出了通过建筑新产品开发,集约化组织,工业化生产,达到下述目标:成本降低10%;时间缩短10%,可预测性提高20%;缺陷率降低20%;事故发生率降低20%;劳动生产率提高10%;最终实现产值利润提高10%

  澳大利亚

  澳大利亚早在上世纪60年代就提出了“快速安装预制住宅”的概念,但由于市场尚未成熟,并未得到很好发展。

  到了1987年,高强度冷弯薄壁钢结构出现,澳大利亚与新西兰的联合规范AS/NZS4600冷弯成型结构钢规范于1996年发布实施。

  这种钢材承载力刚,与相同承载力的木材相比,只是木材的1/3重,表面经镀锌处理,在面免大修的情况下,耐久性可达75y。另外,他还发展了一种称为“速成墙”(Rapiwall)系统,它是一种中间挖空的板材,在工厂制造时已完成装修,主要成分为石膏板、玻璃纤维和水密聚酯材料等的混合体,重量为38kg/㎡。标准板尺寸为长13m*2.85m*12mm。它也可以剪裁成任何长度和高度的组合件。在其中空洞处灌注混凝土,则可以起到较好的防火、隔声、放热作用。他可以用于内外墙体。

  其他国家,比如北美和大洋洲的住宅建筑以木结构为主,因为当地木结构取材方便价格低所以上述地区国家的木结构住宅技术体系很成熟。

  二、绿色环境层面

  国内现状

  从我国的情况来看,未来10 年,全国农村新建住宅将达到60 亿平米,其中地处采暖地区的住宅将达到 50 亿平米。

  长期以来,我国广大农村甚至少数城镇生活用能是以生物能源为主。为了维持生计,取暖、做饭用燃料主要依靠柴草和农作物秸轩,煤炭富产区也有用烧煤取暖的。本来收获后的秸秆应还田改土或用于畜牧,却当作薪柴取暖,耗能量巨大,既造成资源浪费又污染了环境。随着人们生活水平的改善和提高,特别是在住宅面积达到一定的水平后,如何提升农村住宅品质就成为农村住宅建设的重要内容。

  虽然我国从上世纪 80 年代就开始建筑节能工作,但直到现在建筑节能状况仍然不理想。特别是建筑能耗提高的速度远远超过建筑节能水平提高的程度,也就是能源使用效率很低。那时候的问题慢慢积累到今天,特别是一些老旧建筑,不但建筑能耗明显不合理,其室内环境品质和安全也成问题。

  长期以来,广大农村特别是寒冷地区,能源供应不足,农村住宅外墙、屋面和门窗等仍采用常规做法,房屋围护结构保温性能差,外墙和屋面传热系数分别比建筑节能设计标准大 50%以上,致使采暖耗能浪费严重。夏季采光面积过大、通风不利,有些住宅采暖甚至出现安全隐患等缺点。这就要求我们从实际出发,针对农村技术力量不足的情况,改变不合理的平面布局,在继承当地农民的优良传统中要有所创新,因地制宜,就地取材,创造农村住宅的新面貌。

  农村住宅建筑节能落后,建筑能耗达到同等气候条件发达国家的 5 倍以上,而且舒适度差,具体表现在以下几个方面:

  (1)没有节能意识:受我国传统思想的影响,多数农内朋友对我国国惰的认识 是地大物博,认为我国的能源取之不尽、用之不竭,没有意识到我国乃至全世界 的能源问题有那么严重。所以也就很少在农村建筑上关心节能问题。

  (2) 缺少节能技术:农民朋友们很少懂得从多个方面采取节能措施。比如平房 建筑的体形系数本来就较城市的多层建筑大,在同等保温条件下能耗就比城市多 层建筑多1O-30%,再加上围护结构过于单薄,外墙部分是 240mm 厚砖墙,屋顶几乎没有任何保温隔热措施,门窗大都是单层大玻璃门,大玻璃窗,本身就不利于保温 隔热,许多农民朋友为了省钱大都选用十分劣质低价的门窗材料,使农村居住建筑的保温隔热性能更是不容乐观。

  (3) 建筑构造技术较为落后,能源利用率偏低:其中经济落后是农村住宅节能 改造措施推广最大的制约因素。因此研究和探索一种前期投入少,回报周期短, 又符合节能要求并能提高居住舒适度的住宅节能改造措施是十分重要。

  (4) 目前农村主要以薪柴和秸秆为生活燃料:这类燃料的利用率很低,热效率 一般仅10%左右。即使采用节能灶,利用率也不到 30%。大量的灶台余热以烟气、 热辐射等形式向环境传播,造成巨大的热量损失和资源浪费,并增加了对环境的污染。

  通过以上的论述,可以发现农村住宅节能改造的形势十分的严峻,首先要做的是节能意识的官传,而这在我国是有深远的历史的,勤俭节约的民风应得到科学的肯定,同时也应建设一批示范工程,引导广大农村的居民改善他们的居住环境,切实的实施节能改造与民生问题的结合,推动新农村的建设。

  值得欣喜的是,某些技术较为成熟节能环保技术已经开始由政府牵头在农村住宅中出现试点,相信未来一段时间内会普及,比如20109月,北京市“平谷区农村住宅太阳能与建筑一体化采暖/热水系统工程”项目通过验收,该项目利用太阳能系统供给居民采暖和生活热水。

  国外节能现状与进展

  西方发达国家在经历了1973年世界石油危机后,都十分重视建筑节能问题。一方面从建筑法规上保障节能方针的有效实施,另一方面从经济上加以引导鼓励或限制。为了节能和环保,发达国家正在大力推广“零能耗住宅”新技术。据有关资料介绍说,“零能耗住宅”技术需要将以下因素进行最优组合:根据不同气候特点确定设计:太阳能供暖和降温系统以及自然照明;最先进的节能建筑设计和材料:节电的家用电器和照明设备以及太阳能热水供应和发电系统。 高效利用太阳能是"零能耗住宅"技术的关键。通过外墙(如太阳能吸热壁)、窗户和建筑材料等,不借助任何机械装置,直接利用太阳能进行房屋自然供暖、 降温和照明,以减少房屋降温或供暖所需的能源消耗。在气候不同地区,日照强度与时间长短的不同决定建筑设计的具体差异,如屋顶是否需用反光材料避免房 屋过热、墙体是否需用保暖性强的材料、墙体填充材料应具有何等储热和散热能力、何种墙体填料应在房屋什么位置等。

  "零能耗住宅"有室内温度变化小、不怕停电、节约能源和减少污染等优点。 该技术视房屋为-个诸多元件协作运转的整体,旨在通过最佳整体设计、利用最 先进的建筑材料以及己上市的节能设备,达到房屋所需能源或电力 100%自产的目 标。所谓的电力 100%自产以年为时间计算单位。"零能耗住宅"同时还与电网相 连,其自产电力不足时可从外界补充,过剩时可输入电网,而电力公司也需为此支付等价电费。

  同时,在房屋降温和供暖保暖方面,窗户的方向和位置、隔热性能不同的窗 玻璃的选用、窗玻璃的组装层数、窗框材料、房屋外表和屋顶材料深浅颜色的运 用、室内的自然通风设计、房屋的择地和朝向以及园林设计等也起重要的作用。 而利用附近建筑的反光和室内墙面、天花板和地板反光,开窗位置高,甚至选用 技色窗框,都能够增强室内的自然照明效果,减少照明用电。

  "零能耗住宅"的太阳能发电系统通常通过在屋顶安装外观似有色玻璃的光 电薄膜材料,来实现太阳能发电的目的。利用光电薄膜材料发电无污染,有益于 环境。同时,光电薄膜材料能起到和普通沥青屋瓦同样的保护作用,并且经久耐 用,柔韧性好,重量轻且安装造价低廉。但由于光电薄膜材料有极强的吸热能力, 因此在应用中应注意需与建筑物隔开以免给房屋"加热"

  目前世界各国都面临着资源永续利用的问题,建筑节能在很多国家已经被放到了举足轻重的地位。德国提出75-82%的建筑节能标准,美国、英国、加拿大、 澳大利亚、日本等也颇为重视建筑节能。在一些发达国家,有机建筑、自持续建筑、零能源建筑纷纷涌现。德国的 "3 升建筑",德国路得维希港的 "3 升建筑" 是一座建造于 20 世纪 70 年代的民用住宅,该住宅经过外墙保温、外窗外遮阳保温等节能改造后,冬季采暖用油(德国冬季多用燃油采暖)从过去的每年每平方米 20 升减少到 3 升,仅是改造前用能的 15%,相当于每年每平方米建筑用标准煤3. 7 公斤,因此被称为 "3 升建筑"。这一成功的旧房改造己成为许多国家既有房 屋改造的样本。英国的"零能源住宅",英国诺丁汉大学有一座"苓能源住宅" 这所住宅主要采用屋顶的纸纤维保温、低辐射破璃、外墙围护保温和太阳房的设 计。"零能源住宅"告诉人们,现代的科技手段通过合理的设计完全可以使我们 的建筑达到理想的节能标准,资源永续利用是可以实现的。在很多发达国家,良好的外墙保温、外窗遮阳、阻热玻璃、太阳能等节能技术己经被普遍应用于各类建筑中,此外,有利于环保的可回收、再生或循环使用的麦草板、旧新问纸板、 骨料、炉渣作为原材料的、混凝土材料也越来越多的被用在建筑中。墨西哥政府的ecocasa项目,为低碳住宅提供资助,促进建设低碳住宅并且在墨西哥增加提供购买低碳住宅的抵押贷款金额。以上这些都为我国的新建筑与既有建筑改造提供了丰富的可借鉴的经验。

  三、国家政策与推进措施

  这一点,我真的想说,我在做调研的时候本以为会有很丰富的资料,可事实根本不是这样!关于国内的政策,最基础的就是国务院办法的《农村宅基地管理办法》,这里面详细写明了农村宅基地的申请、审批、使用的程序、规则和条件。其实根据我国农村住房情况的现状,国家目前在大力提倡钢结构住宅,这几年陆续有个把有关钢结构住宅的示范基地建成,但这些基地的基调都很“高大上”,对于在农村条件下的应用还有很大差距。因为农村居民对于现今的技术往往不以为然,他们更多在乎的是如何花小钱办大事:我的房子要宽敞明亮,高台阶大窗户,最好比邻居家的高一点;风格嘛,欧式的或者伊斯兰风格的都不错,古罗马那三种柱式也挺漂亮,能用都用上;房间数目要多,空间要大,家里来亲戚住得下;最好带个仓子之类的,存粮食或者种子什么的方便;如果有能让我们省钱的高科技产品,如太阳能屋面,那当然欢迎,但是操作起来最好不要太麻烦,也千万别经常出故障,要皮实一点;……所以,了解农民的真正需求是解决农村住房问题的根本条件之一。

  顺应国家的政策,对农民们来说,大力宣传新型钢结构住房的优势,全力推进新型农村住宅建筑体系的开发,实现产业化生产、商品化供应和市场化建设,把价格控制在能接受的范围内,辅助太阳能、保温墙等节能措施,让“省钱”不止进行在盖房时,在日后使用中也能省钱是吸引他们的关键。很遗憾的是,目前国内针对农村住宅的扶持政策,我们发现的只有对贫困居民的资金补助,其余诸如技术支持、维护指导、优质原材料直接供应等方面尚未起步。

  国外,如美国、日本、澳大利亚,钢结构产业化比较成熟,农民建造钢结构住宅时,厂家运过来的已经是半成品了,农民自己组装好就行了,避免了很多麻烦和问题。

  四、案例及特色、优势

  其实目前中国农民建造高质量房屋的意识有所提升,在经历了某些特殊的重大事件后这点尤其突出,意识到房屋质量的重要性,钢结构住宅也由此快速的进入农民们的生活中。最为人熟知的项目就是汶川地震后的灾后重建。在壹基金的组织下,轻钢公司技术员、轻钢房农户和西安泽众公益坐在一起,农户就房子各个阶段出现的问题与轻钢公司技术员现场交流,完善建房技术,为了更好的推广。这是一个很好的契机。其实防患于未然的意义就在于减少甚至避免天灾对我们的伤害。居安思危,大家都看到了这样的前车之鉴,更应借此推广钢结构住宅在农村的应用。

  钢结构住宅是个很宽泛的概念,具体用于农村又该如何选择、如何设计呢?

  赛博思认为,新农村钢结构住宅可划分为以下几种:

  1. 轻钢框架-砌体填充体系

  2. 型钢框架-轻型装配式墙体

  3. 轻钢钢骨体系(又称薄板钢骨体系)

  4. 分层装配式轻钢体系

  5. 砌体结构-型钢内框架体系

  6. 轻钢-板结构(仅限单层)

  上述各体系的混合体系

  而我们推荐的是2.型钢框架-轻型装配式墙体 4.分层装配式轻钢体系。下面分别说说。

  型钢框架-轻型装配式墙体

  型钢框架-轻型装配式墙体系统原理是房屋采用型钢框架,镀锌钢骨填充墙架并挂钢网,空隙中填入聚苯板后,喷射固保混合物料抹平成墙,楼板为轻型现浇板,竖向承重由钢框架承担,水平抗侧由钢框架——墙系统共同承担。

中国农村住宅现状问题与轻钢结构房屋在农村住宅市场的应用展望

  该体系特点是:

  (1)抗震性能好。钢结构具有较好延性,震时耗能,震后易修;体系自重轻,频率低,地震作用较小。

  (2 防火。固保物料覆盖钢柱形成1.5小时保护。

  (3 节能。在喷铸的外墙中可调节填充保温泡沫厚度,节能效果好;固保物料覆盖钢构件,避免了冷桥。

  (4 实体感强、挂钉力高。墙体受冲击时无空洞感,挂钉力可达100kg

  (5 节材——循环经济。钢材可回收利用,物料内掺有回收的聚苯乙烯颗粒,符合循环经济与可持续发展原则。

  代表工程:大兴安定镇样板房。

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  分层装配式轻钢体系

  分层装配式轻钢体系是赛博思目前正在研发的新农村钢结构住宅体系之一,目前已完成70%。设计理念由集装箱受到启发,在建筑工业化的背景和趋势下,思考和探索如何能使建筑也产业化。

中国农村住宅现状问题与轻钢结构房屋在农村住宅市场的应用展望

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  SBS-MCF (multi-column frame structure)体系是一种采用标准化的建筑体系,可实现工厂工业化生产的,针对低层独立住宅,可预制装配式的钢结构住宅体系。

中国农村住宅现状问题与轻钢结构房屋在农村住宅市场的应用展望

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  梁柱构件基本属于光杆构件。安装采用柱梁构件逐层顺次安装,有效减少高空作业,在提高安全性的同时大大改善了施工效率,施工安装速度快,工期短,优势明显。

中国农村住宅现状问题与轻钢结构房屋在农村住宅市场的应用展望

  初步设计阶段,首先初步确定梁、柱、支撑等构件的截面形状和规格。每个模块内的梁采用单槽钢形式,在模块间形成类似双槽钢的结构,中间预留出柱的布置轨道,柱的位置比较灵活,可在该轨道上移动布置,根据建筑需要和刚度均匀的原则确定柱和支撑的数量和位置。

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  钢柱采取密布分布,梁柱节点采用铰接,柱脚刚接,竖向荷载主要由钢柱承担,水平荷载主要由水平支撑承担,水平支撑只承受轴向拉力,支撑不承受压力、弯矩和剪力。

中国农村住宅现状问题与轻钢结构房屋在农村住宅市场的应用展望

  在结构设计中,抗侧力能力尤其是地震作用为主要研究内容,只拉支撑的数量和布置位置为研究的重点。

中国农村住宅现状问题与轻钢结构房屋在农村住宅市场的应用展望

  装配式轻钢体系用在农村住宅中很有优势,因为目前中国农村住宅质量实在令人提心吊胆,农民盖房往往是自己找游击队,设计、施工全凭个人意愿,先不说空间布 局、节能环保等问题,单房屋安全性就很成问题。装配式建筑主体结构和配件都由专业公司生产,就像工厂生产的零件,质量有保证,组合方式多样化,满足不同空间需求。

  上述两个案例的侧重点是不同的,涉及到产品开发和具体技术要求两个方面。但我们能清晰的感受到,如果农村住宅想要达到产业化的标准,首先其方案选定、细节设计都要经过仔细推敲,否则一旦下工厂批量制造生产出来,会给企业带来巨大的风险甚至是损失。也正是由于生产线生产这一特点,材料、组建的质量都有保证,基本可以杜绝技术人员素质不过关导致砖墙砌歪了这种低级错误,更能杜绝钢筋没对齐或者混凝土打灰半扇墙全是空洞这样的致命硬伤,这样就从硬件和人力上都避免了漏洞。个部分组件由工厂生产出来之后,再由公司的专业人员进行安装组装,简单的安装步骤可以在对农民简单培训后又农民自行组织人力完成,这样在人力成本上还能帮农民省钱。

  上面说的是针对目前中国农村现有住宅的极大漏洞,而钢结构住宅正好可以很好的弥补的方面。其实在环保方面钢结构住宅的优势就更突出了。自重轻、抗震性、有隔温、防水、隔热、隔音、综合造价低(因为其自重轻,基础费用降低,总体用料减少,直接成本降低,建设工期短,间接费又可减少,所以综合造价低)这些周所周知的条目自不必细说,钢材报废后可实现100%废品再回收利用这点也是常识。但是如何把这些方面真正的实现:通过政策、技术、优秀节能器具等方面使这些优势一一实现,而不是纸上谈兵?前面说了赛博思的模块化钢结构住宅设计和技术上都经过仔细推敲,在选择优秀的节能设备合作商方面赛博思也做过充分的调研和考察,目前尚未找到合适的合作伙伴。因为优秀的节能设备,诸如太阳能、雨水收集、秸秆处理(能源转化)等,除了其自身技术过硬以外,还要考虑到价格、持续性、维修/后期服务的便捷性等各方面的因素。

  总之,只要把以上诸多因素很好地结合在一起:钢结构居住建筑+节能设备,我国农村建筑的市场前景会非常丰富!