專訪院士劉加平：所有建筑走向綠色是歷史的必然 | 碳中和

編者按

 

自2020年政府提出“雙碳”目標后，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)展也逐漸受到社會各界重視，但是當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、設計困難等，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)至對可持續(xù)發(fā)展的預測和判斷。

 

01

 

建筑中的玻璃

 

“玻璃” 在一段時間里被認為是現(xiàn)代建筑標志性的材料，金屬+玻璃，代表著工業(yè)化和現(xiàn)代化。但隨著能源危機、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)成為當代建筑發(fā)展的主流。玻璃由于其獨特的物理性能，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)的角度談談您對玻璃幕墻的看法？

 

劉加平：現(xiàn)代科技進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)品進入到了社會生產(chǎn)和生活的方方面面。

 

幾乎可以說，還沒有哪個行業(yè)能夠離開玻璃材料。玻璃，特別是玻璃幕墻是現(xiàn)代建筑的重要標志之一。不論是何種建筑，也不論其體量大小和等級高低，不使用玻璃是不可想象的。

 

建筑設計巧妙且合理地使用玻璃，對建筑師來說是一門“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。

 

玻璃由于其獨特的物理性能，在建筑上的使用受到了一定的限制。當下合理使用玻璃幕墻，在大型公共建筑方案構(gòu)思創(chuàng)作中確實是個難題。

 

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?，太陽輻射能的絕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、大進深建筑的自然采光能夠得以實現(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。

 

而缺點在于，普通平板玻璃材料的熱傳導率較高，導熱系數(shù)在0.8W/m ? K左右，與普通實心磚的導熱系數(shù)相近，而遠高于聚乙烯等保溫材料。其厚度在3mm-8mm，保溫性能較差。當平板玻璃與窗框組合在一起成為窗戶時，其保溫性能取決于窗框構(gòu)造和玻璃的層數(shù)。高等級窗戶的傳熱系數(shù)可以降到1.5 甚至更低，可以滿足低能耗建筑的需求，但價格昂貴。

 

玻璃幕墻是普通平板玻璃窗的進化產(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)作中確實是個難題。主要困難在三個方面：

 

在北方采暖地區(qū)，大面積使用玻璃幕墻，如果等級不夠高，會產(chǎn)生較高的室內(nèi)外傳熱損失，供熱負荷會偏大，采暖能耗也會增大；

 

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入室內(nèi)，會增大空調(diào)負荷，抬高空調(diào)運行能耗；

 

太陽直射光線透過幕墻進入室內(nèi)，會產(chǎn)生較強的眩光，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？我認為有這么幾點：

 

一、應盡可能避免全玻璃幕墻建筑方案，不論在哪個氣候區(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，使用高等級雙層幕墻。就目前的玻璃幕墻技術(shù)水平，只要價格允許，熱性能還是可以做到滿足綠色建筑標準要求的；

 

三、一般公共建筑，哪個立面做成幕墻，靠近幕墻部分的室內(nèi)空間應作為對室內(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)感表達某個地區(qū)或某個社會群體的精神或意志等，則另當別論。

 

02

 

綠色可持續(xù)策略

 

在建筑業(yè)內(nèi)，許多標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：有觀點認為，降低人的欲望是最佳的綠色可持續(xù)策略。您如何看待這個問題？

 

劉加平：我個人以為這種觀點不準確。首先，不能否定一個地域或一個城市的標志性建筑，這屬于社會學和人類文化學的范疇。然后才能談到耗費資源和能源的問題。

 

耗費，普遍意義上指的是浪費，即為了達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。當建筑物設計合理，而運用一些價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，地標性建筑數(shù)量不會很多。做個不恰當比喻：再窮的家庭，過年時候還是要點亮燈籠的，盡管點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，在很多地標性建筑方案競賽評審中，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)性能指標很差，或者壓根就沒考慮；要么是綠色技術(shù)性能指標很好，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，前者會被選中。那在進一步深化中怎么辦呢？用所謂的高技術(shù)手段來“裝扮” “粉飾”成一個綠色建筑設計，代價是大幅增加成本。所以在后期施工中很多就沒有實施，這種現(xiàn)象很普遍。

 

03

 

建筑技術(shù)無高低之分

 

每當談論綠色可持續(xù)的建筑時人們往往會想到許多新技術(shù)、新設備，但在實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、計算模型的科學性、設備老化后的效率、運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)應無高低貴賤之分。

 

人類跟隨技術(shù)的進步采用新技術(shù)手段，解決建筑中難以解決的問題，這是常態(tài)，也是社會進步的一個方面。例如利用溫濕度傳感器實現(xiàn)室溫自動調(diào)節(jié)，利用半導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為是“低技術(shù)”的產(chǎn)品和方法。例如，無論是哪種價格高、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比普通的雙層玻璃窗差，而普通雙層玻璃窗的價格更低廉。

 

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。在低層建筑中，在相同熱性能指標前提下，應該優(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，因為一般來說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)品的高和低也有時代性。舉個比較特別的例子：有一種售價30多元自動夜光燈，內(nèi)置紅外和聲音傳感器，放在客廳或衛(wèi)生間，遠處“看見”夜間走動的人就亮，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)的進步推動了各行各業(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，而只是計算測量更準確了。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)建筑設計難以推廣

 

在實踐過程中我們經(jīng)常會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)的建筑設計是否存在一種普遍性的技術(shù)路徑？還是需要有針對性地進行定制設計？

 

劉加平：從建筑技術(shù)角度，特別是適應于建筑設計的角度，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，但事實上這是相當困難的。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、運行使用方式不同時，外墻的保溫層設置差異很大：

 

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)，間歇運行。規(guī)范中寫的很清楚，居住辦公類建筑必須設置保溫層，盡可能做外保溫或夾心保溫，保溫性能指標越高越好。但這一地區(qū)的機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)外溫差相對較小，為了節(jié)約供熱用能，外墻也應該設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、大型觀演建筑中強行推廣外墻外保溫等適應于居住建筑的“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：請您對綠色可持續(xù)建筑的發(fā)展做一個預測

 

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，特別是被使用和運行過程中，不論是按單位面積、單位時間，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)。

 

做一個假設：以現(xiàn)在的國民經(jīng)濟發(fā)展水平和人均收入，當每度電、每噸水的價格提高10 倍，每噸污染物的排放補償費是現(xiàn)在的10倍，可以想象上述指標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)展進程不盡相同。

 

劉加平：中國工程院院士；中國建筑學會副理事長；西安建筑科技大學建筑學院院長（名譽）；西安建筑科技大學設計研究總院院長。