專訪院士劉加平:所有建筑走向綠色是歷史的必然 | 碳中和

文章來源:AC建筑創(chuàng)作碳交易網(wǎng)2022-03-25 09:56

編者按
 
自2020年政府提出“雙碳”目標(biāo)后,綠色持續(xù)發(fā)展逐漸深入人們生活的方方面面。綠色建筑可持續(xù)發(fā)展也逐漸受到社會(huì)各界重視,但是當(dāng)下綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展仍要面臨諸多問題,如資源浪費(fèi)、設(shè)計(jì)困難等,未來仍有很長一段路要走。本文通過采訪國工程院院士劉加平,以“玻璃”這一材料在建筑建造中的應(yīng)用為話題,拓展到全球建筑領(lǐng)域的綠色技術(shù)發(fā)展,并延續(xù)至對(duì)可持續(xù)發(fā)展的預(yù)測和判斷。
 
01
 
建筑中的玻璃
 
“玻璃” 在一段時(shí)間里被認(rèn)為是現(xiàn)代建筑標(biāo)志性的材料,金屬+玻璃,代表著工業(yè)化和現(xiàn)代化。但隨著能源危機(jī)、環(huán)境污染、全球氣候變化等問題的出現(xiàn),綠色可持續(xù)的建筑已經(jīng)成為當(dāng)代建筑發(fā)展的主流。玻璃由于其獨(dú)特的物理性能,在建筑上的使用受到了一定的限制,特別在中國,許多城市都制定了限制使用玻璃幕墻的法規(guī)。
 
問:能否從綠色可持續(xù)的角度談?wù)勀鷮?duì)玻璃幕墻的看法?
 
劉加平:現(xiàn)代科技進(jìn)步促使玻璃材料的品質(zhì)和性能取得巨大提升,玻璃的類型多到使人眼花繚亂,也使得玻璃產(chǎn)品進(jìn)入到了社會(huì)生產(chǎn)和生活的方方面面。
 
幾乎可以說,還沒有哪個(gè)行業(yè)能夠離開玻璃材料。玻璃,特別是玻璃幕墻是現(xiàn)代建筑的重要標(biāo)志之一。不論是何種建筑,也不論其體量大小和等級(jí)高低,不使用玻璃是不可想象的。
 
建筑設(shè)計(jì)巧妙且合理地使用玻璃,對(duì)建筑師來說是一門“功夫”。那么,如何利用好玻璃呢?首先得掌握玻璃的類型和各自所具備的性能。常見到的玻璃類型包括普通平板玻璃、鋼化玻璃、防彈玻璃、光學(xué)玻璃等,而在建筑中普遍使用的還是普通平板玻璃。
 
玻璃由于其獨(dú)特的物理性能,在建筑上的使用受到了一定的限制。當(dāng)下合理使用玻璃幕墻,在大型公共建筑方案構(gòu)思創(chuàng)作中確實(shí)是個(gè)難題。
 
以使用量最大的浮法平板玻璃為例,它首先具有透視功能(即可見光可以很高比例平行透過玻璃,實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)外的可視性),其次具有透射功能(即在太陽光線中,不僅可見光部分可以透過,波長小于可見光的紫外部分也可以透過)。再次從能量傳輸?shù)慕嵌葋砜矗栞椛淠艿慕^大部分可以穿透普通平板玻璃,但紅外輻射透射率很低——玻璃的透視功能使得大空間、大進(jìn)深建筑的自然采光能夠得以實(shí)現(xiàn),而自然采光是現(xiàn)代建筑必須具備的基本屬性。透射功能和能量傳輸功能疊加,可形成溫室效應(yīng)。
 
而缺點(diǎn)在于,普通平板玻璃材料的熱傳導(dǎo)率較高,導(dǎo)熱系數(shù)在0.8W/m ? K左右,與普通實(shí)心磚的導(dǎo)熱系數(shù)相近,而遠(yuǎn)高于聚乙烯等保溫材料。其厚度在3mm-8mm,保溫性能較差。當(dāng)平板玻璃與窗框組合在一起成為窗戶時(shí),其保溫性能取決于窗框構(gòu)造和玻璃的層數(shù)。高等級(jí)窗戶的傳熱系數(shù)可以降到1.5 甚至更低,可以滿足低能耗建筑的需求,但價(jià)格昂貴。
 
玻璃幕墻是普通平板玻璃窗的進(jìn)化產(chǎn)品,根據(jù)其構(gòu)造的不同,熱工性能也有較大差異。合理使用玻璃幕墻,在大型公共建筑方案構(gòu)思創(chuàng)作中確實(shí)是個(gè)難題。主要困難在三個(gè)方面:
 
在北方采暖地區(qū),大面積使用玻璃幕墻,如果等級(jí)不夠高,會(huì)產(chǎn)生較高的室內(nèi)外傳熱損失,供熱負(fù)荷會(huì)偏大,采暖能耗也會(huì)增大;
 
在夏季,如果大面積使用玻璃幕墻,在幕墻遮陽系數(shù)不夠高的情況下,太陽輻射通過幕墻進(jìn)入室內(nèi),會(huì)增大空調(diào)負(fù)荷,抬高空調(diào)運(yùn)行能耗;
 
太陽直射光線透過幕墻進(jìn)入室內(nèi),會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的眩光,惡化室內(nèi)光環(huán)境。
 
如何既能大面積使用玻璃幕墻又能避免出現(xiàn)上述問題呢?我認(rèn)為有這么幾點(diǎn):
 
一、應(yīng)盡可能避免全玻璃幕墻建筑方案,不論在哪個(gè)氣候區(qū)都有冬夏季的差異,很難兩全;
 
二、如果必須做成全玻璃幕墻,就需要考慮增加建造成本,使用高等級(jí)雙層幕墻。就目前的玻璃幕墻技術(shù)水平,只要價(jià)格允許,熱性能還是可以做到滿足綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)要求的;
 
三、一般公共建筑,哪個(gè)立面做成幕墻,靠近幕墻部分的室內(nèi)空間應(yīng)作為對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境沒有要求或要求很低的輔助空間;
 
四、南方地區(qū)盡可能不要在東西朝向立面做幕墻。
 
至于玻璃作為建筑物的外表皮,以其質(zhì)感表達(dá)某個(gè)地區(qū)或某個(gè)社會(huì)群體的精神或意志等,則另當(dāng)別論。
 
02
 
綠色可持續(xù)策略
 
在建筑業(yè)內(nèi),許多標(biāo)志性建筑往往為了滿足人們過高的欲望,而耗廢了大量的資源和能源,然后又用高科技手段去降低能耗。
 
問:有觀點(diǎn)認(rèn)為,降低人的欲望是最佳的綠色可持續(xù)策略。您如何看待這個(gè)問題?
 
劉加平:我個(gè)人以為這種觀點(diǎn)不準(zhǔn)確。首先,不能否定一個(gè)地域或一個(gè)城市的標(biāo)志性建筑,這屬于社會(huì)學(xué)和人類文化學(xué)的范疇。然后才能談到耗費(fèi)資源和能源的問題。
 
耗費(fèi),普遍意義上指的是浪費(fèi),即為了達(dá)到某種功能使用了許多不該使用、或者多使用了資源和能源。當(dāng)建筑物設(shè)計(jì)合理,而運(yùn)用一些價(jià)格較高的智能化技術(shù)以降低消耗,這無可厚非。關(guān)鍵在于,地標(biāo)性建筑數(shù)量不會(huì)很多。做個(gè)不恰當(dāng)比喻:再窮的家庭,過年時(shí)候還是要點(diǎn)亮燈籠的,盡管點(diǎn)亮燈籠不適合于日常的照明功能。
 
但我們經(jīng)常遇到的現(xiàn)象是,在很多地標(biāo)性建筑方案競賽評(píng)審中,送審的概念方案要么是整體構(gòu)思很好、功能空間組織合理、外形也靚麗,但綠色技術(shù)性能指標(biāo)很差,或者壓根就沒考慮;要么是綠色技術(shù)性能指標(biāo)很好,建筑的基本功能屬性、人流組織、外貌形態(tài)太差,甚至丑陋。
 
 
一般來說,前者會(huì)被選中。那在進(jìn)一步深化中怎么辦呢?用所謂的高技術(shù)手段來“裝扮” “粉飾”成一個(gè)綠色建筑設(shè)計(jì),代價(jià)是大幅增加成本。所以在后期施工中很多就沒有實(shí)施,這種現(xiàn)象很普遍。
 
03
 
建筑技術(shù)無高低之分
 
每當(dāng)談?wù)摼G色可持續(xù)的建筑時(shí)人們往往會(huì)想到許多新技術(shù)、新設(shè)備,但在實(shí)際使用過程中許多新技術(shù)甚至比傳統(tǒng)技術(shù)還差。這里可能涉及技術(shù)的合理性、數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量、計(jì)算模型的科學(xué)性、設(shè)備老化后的效率、運(yùn)維管理的水平等諸多問題。
 
問:您如何看待綠色可持續(xù)建筑的高技術(shù)和低技術(shù)問題?
 
劉加平:技術(shù)應(yīng)無高低貴賤之分。
 
人類跟隨技術(shù)的進(jìn)步采用新技術(shù)手段,解決建筑中難以解決的問題,這是常態(tài),也是社會(huì)進(jìn)步的一個(gè)方面。例如利用溫濕度傳感器實(shí)現(xiàn)室溫自動(dòng)調(diào)節(jié),利用半導(dǎo)體材料制成光伏器件,利用太陽能獲取電力等等。
 
但是,這并不代表可以完全替代被認(rèn)為是“低技術(shù)”的產(chǎn)品和方法。例如,無論是哪種價(jià)格高、性能卓越的新玻璃產(chǎn)品用在窗戶上,只要是單層(5mm左右),它的保溫性能就要遠(yuǎn)比普通的雙層玻璃窗差,而普通雙層玻璃窗的價(jià)格更低廉。
 
如何選取新技術(shù)和新產(chǎn)品,成本、耐久性是很重要的指標(biāo)。在低層建筑中,在相同熱性能指標(biāo)前提下,應(yīng)該優(yōu)先選用厚重型墻體,而不是那些所謂的新技術(shù)新產(chǎn)品,因?yàn)橐话銇碚f磚石類材料的耐久性非常好。
 
技術(shù)沒有高低之分,只要傳統(tǒng)的低技術(shù)能解決的問題就沒必要用所謂的昂貴的高技術(shù)。
 
技術(shù)產(chǎn)品的高和低也有時(shí)代性。舉個(gè)比較特別的例子:有一種售價(jià)30多元自動(dòng)夜光燈,內(nèi)置紅外和聲音傳感器,放在客廳或衛(wèi)生間,遠(yuǎn)處“看見”夜間走動(dòng)的人就亮,離開后幾秒鐘就關(guān)閉,使用起來非常方便,特別節(jié)能,兩節(jié)五號(hào)電池能夠持續(xù)使用一年左右。與市場上很多高技術(shù)和產(chǎn)品比起來,其性能要高很多。
 
最近三十多年以來,信息技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了各行各業(yè)的發(fā)展,但是用于建筑環(huán)境調(diào)節(jié)和建筑節(jié)能等方面的技術(shù)和產(chǎn)品,在原理上并沒有大的創(chuàng)新,而只是計(jì)算測量更準(zhǔn)確了。所以說,只要傳統(tǒng)的低技術(shù)能解決的問題就沒必要用所謂的昂貴的高技術(shù)。
 
04
 
可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)難以推廣
 
在實(shí)踐過程中我們經(jīng)常會(huì)遇到將一些在居住或辦公建筑中比較成熟的可持續(xù)策略應(yīng)用在體育或表演建筑上的情況。
 
問:您覺得綠色可持續(xù)的建筑設(shè)計(jì)是否存在一種普遍性的技術(shù)路徑?還是需要有針對(duì)性地進(jìn)行定制設(shè)計(jì)?
 
劉加平:從建筑技術(shù)角度,特別是適應(yīng)于建筑設(shè)計(jì)的角度,技術(shù)專家總期望研究開發(fā)一些普遍適用、能夠大面積推廣的技術(shù)和產(chǎn)品,但事實(shí)上這是相當(dāng)困難的。每一種可以節(jié)約建筑的能源消耗的技術(shù)和產(chǎn)品,都有其適用前提和范圍。以建筑外墻的保溫層為例,氣候條件不同、建筑類型不同、運(yùn)行使用方式不同時(shí),外墻的保溫層設(shè)置差異很大:
 
一、我國長城以北地區(qū)的城鎮(zhèn)居住建筑,冬季氣候嚴(yán)寒,須采用集中連續(xù)采暖模式,而夏季氣候溫和,則普遍采用家用分體式空調(diào),間歇運(yùn)行。規(guī)范中寫的很清楚,居住辦公類建筑必須設(shè)置保溫層,盡可能做外保溫或夾心保溫,保溫性能指標(biāo)越高越好。但這一地區(qū)的機(jī)場航站樓就沒有必要照搬,原因很簡單,航站樓建筑空間尺度大,圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的輕質(zhì)透明部分占比高,冬季供熱方式為空調(diào)系統(tǒng)送暖,每日周期性使用,實(shí)體墻由室內(nèi)向室外傳熱引起的熱損失在供熱能耗總額中占比較低,單純提高墻體保溫性能,解決不了多大問題;
 
 
二、而在長城以南、南北分界線以北地區(qū),居住建筑在冬季也采用集中供熱方式,但冬季室內(nèi)外溫差相對(duì)較小,為了節(jié)約供熱用能,外墻也應(yīng)該設(shè)置外保溫或夾心保溫,但并不是越大越好,原因也很簡單,把外墻做到完全絕熱,供熱能耗依然存在,外門、窗戶、門窗縫隙、門窗開啟等都會(huì)產(chǎn)生室內(nèi)外熱交換。令人啼笑皆非的是,在西安等很多城市受所謂的“被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)”影響,很多居住建筑外墻外保溫層(泡沫石棉層)已經(jīng)做到25公分以上,真是哭笑不得;
 
 
三、而在我國南方地區(qū),大型、大空間公共建筑的空調(diào)能耗主要用于排除室內(nèi)照明等電器余熱和進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱量,因此一味地給大型公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)貼隔熱層,除了受到太陽輻射直射的東西山墻以外,對(duì)于降低空調(diào)能耗作用不大。而遮陽,包括屋頂架空、外窗外門外墻遮陽,就成為更有效的手段;
 
 
四、在體育場館、大型觀演建筑中強(qiáng)行推廣外墻外保溫等適應(yīng)于居住建筑的“節(jié)能技術(shù)”,其結(jié)果也不言而喻。至于現(xiàn)狀說為何會(huì)這樣?一句話,主管部門被那些“綠色技術(shù)”企業(yè)綁架了。
 
 
05
 
結(jié)語
 
問:請(qǐng)您對(duì)綠色可持續(xù)建筑的發(fā)展做一個(gè)預(yù)測
 
劉加平:中國在推行綠色建筑方面處于國際前列。綠色建筑的核心是:建筑物在建造過程,特別是被使用和運(yùn)行過程中,不論是按單位面積、單位時(shí)間,或是按人均、能源、水等資源的消耗量,污染物、廢棄物、CO2 等排放量,都很小。 而這些指標(biāo)與建筑物的外部形態(tài)、空間組織、平面布局、建筑構(gòu)造等都有密切關(guān)聯(lián)。
 
做一個(gè)假設(shè):以現(xiàn)在的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人均收入,當(dāng)每度電、每噸水的價(jià)格提高10 倍,每噸污染物的排放補(bǔ)償費(fèi)是現(xiàn)在的10倍,可以想象上述指標(biāo)低的建筑物一定受到歡迎,高質(zhì)量的建筑環(huán)境才能得以為繼,才能可持續(xù)發(fā)展。
 
中國在推行綠色建筑方面在國際上是處于前列,所以我比較自信,所有建筑走向綠色是歷史的必然,只不過在不同的國家和地區(qū)發(fā)展進(jìn)程不盡相同。
 
劉加平:中國工程院院士;中國建筑學(xué)會(huì)副理事長;西安建筑科技大學(xué)建筑學(xué)院院長(名譽(yù));西安建筑科技大學(xué)設(shè)計(jì)研究總院院長。
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