專(zhuān)訪(fǎng)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(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(wèn)題，如資源浪費(fèi)、設(shè)計(jì)困難等，未來(lái)仍有很長(zhǎng)一段路要走。本文通過(guò)采訪(fǎng)國(guó)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(huà)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(cè)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(wèn)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(guó)，許多城市都制定了限制使用玻璃幕墻的法規(guī)。

 

問(wèn)：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(lèi)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(shuō)，還沒(méi)有哪個(gè)行業(yè)能夠離開(kāi)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(lái)說(shuō)是一門(mén)“功夫”。那么，如何利用好玻璃呢？首先得掌握玻璃的類(lèi)型和各自所具備的性能。常見(jiàn)到的玻璃類(lèi)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(jiàn)光可以很高比例平行透過(guò)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(yáng)光線(xiàn)中，不僅可見(jiàn)光部分可以透過(guò)，波長(zhǎng)小于可見(jiàn)光的紫外部分也可以透過(guò)）。再次從能量傳輸?shù)慕嵌葋?lái)看，太陽(yáng)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(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(hù)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(hù)的傳熱系數(shù)可以降到1.5 甚至更低，可以滿(mǎn)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(yáng)系數(shù)不夠高的情況下，太陽(yáng)輻射通過(guò)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(yáng)直射光線(xiàn)透過(guò)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(wèn)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(mǎn)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(méi)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(mǎn)足人們過(guò)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(wèn)：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(wèn)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(lèi)文化學(xué)的范疇。然后才能談到耗費(fèi)資源和能源的問(wèn)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(wú)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(guò)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(jìng)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(méi)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(lái)說(shuō)，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(lái)“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(méi)有實(shí)施，這種現(xiàn)象很普遍。

 

03

 

建筑技術(shù)無(wú)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(guò)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(wèn)題。

 

問(wèn)：您如何看待綠色可持續(xù)建筑的高技術(shù)和低技術(shù)問(wèn)題？

 

劉加平：技術(shù)應(yīng)無(wú)高低貴賤之分。

 

人類(lèi)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(wèn)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(yáng)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(wú)論是哪種價(jià)格高、性能卓越的新玻璃產(chǎn)品用在窗戶(hù)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?lái)說(shuō)磚石類(lèi)材料的耐久性非常好。

 

技術(shù)沒(méi)有高低之分，只要傳統(tǒng)的低技術(shù)能解決的問(wèn)題就沒(méi)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(jiàn)”夜間走動(dòng)的人就亮，離開(kāi)后幾秒鐘就關(guān)閉，使用起來(lái)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(chǎng)上很多高技術(shù)和產(chǎn)品比起來(lái)，其性能要高很多。

 

最近三十多年以來(lái)，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(méi)有大的創(chuàng)新，而只是計(jì)算測(cè)量更準(zhǔn)確了。所以說(shuō)，只要傳統(tǒng)的低技術(shù)能解決的問(wèn)題就沒(méi)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(guò)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(wèn)：您覺(jué)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(zhuān)家總期望研究開(kāi)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(lèi)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(guó)長(zhǎng)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(xiě)的很清楚，居住辦公類(lèi)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(chǎng)航站樓就沒(méi)有必要照搬，原因很簡(jiǎn)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(wèn)題；

 

 

二、而在長(zhǎng)城以南、南北分界線(xiàn)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(jiǎn)單，把外墻做到完全絕熱，供熱能耗依然存在，外門(mén)、窗戶(hù)、門(mén)窗縫隙、門(mén)窗開(kāi)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(guó)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(yáng)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(yáng)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(yáng)，包括屋頂架空、外窗外門(mén)外墻遮陽(yáng)，就成為更有效的手段；

 

 

四、在體育場(chǎng)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(shuō)為何會(huì)這樣？一句話(huà)，主管部門(mén)被那些“綠色技術(shù)”企業(yè)綁架了。

 

 

05

 

結(jié)語(yǔ)

 

問(wèn)：請(qǐng)您對(duì)綠色可持續(xù)建筑的發(fā)展做一個(gè)預(yù)測(cè)

 

劉加平：中國(guó)在推行綠色建筑方面處于國(guó)際前列。綠色建筑的核心是：建筑物在建造過(guò)程，特別是被使用和運(yùn)行過(guò)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(guó)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(guó)在推行綠色建筑方面在國(guó)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(guò)在不同的國(guó)家和地區(qū)發(fā)展進(jìn)程不盡相同。

 

劉加平：中國(guó)工程院院士；中國(guó)建筑學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)；西安建筑科技大學(xué)建筑學(xué)院院長(zhǎng)（名譽(yù)）；西安建筑科技大學(xué)設(shè)計(jì)研究總院院長(zhǎng)。