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刘加平:所有建筑走向绿色是历史的必然

刘加平:中国工程院院士;中国建筑学会副理事长;

西安建筑科技大学建筑学院院长(名誉);

西安建筑科技大学设计研究总院院长。

Q:“玻璃” 在一段时间里被认为是现代建筑标志性的材料,金属+玻璃,代表着工业化和现代化。

但随着能源危机、环境污染、全球气候变化等问题的出现,绿色可持续的建筑已经成为当代建筑发展的主流。玻璃由于其独特的物理性能,在建筑上的使用受到了一定的限制,特别在中国,许多城市都制定了限制使用玻璃幕墙的法规。但在许多发达国家,玻璃幕墙仍被大量使用,新技术和新产品不断涌现。有资料显示在一些地区,综合考虑热工、通风、采光的能耗,采用玻璃幕墙的建筑更节能。

您能否从绿色可持续的角度谈谈您对玻璃幕墙的看法。

刘加平:现代科技进步促使玻璃材料的品质和性能取得巨大提升,玻璃的类型多到使人眼花缭乱,也使得玻璃产品进入到了社会生产和生活的方方面面。几乎可以说,还没有哪个行业能够离开玻璃材料。玻璃,特别是玻璃幕墙是现代建筑的重要标志之一。不论是何种建筑,也不论其体量大小和等级高低,不使用玻璃是不可想象的。

建筑设计巧妙且合理地使用玻璃,对建筑师来说是一门“功夫”。那么,如何利用好玻璃呢?首先得掌握玻璃的类型和各自所具备的性能。常见到的玻璃类型包括普通平板玻璃、钢化玻璃、防弹玻璃、光学玻璃等,而在建筑中普遍使用的还是普通平板玻璃。

以使用量最大的浮法平板玻璃为例,它首先具有透视功能(即可见光可以很高比例平行透过玻璃,实现建筑内外的可视性),其次具有透射功能(即在太阳光线中,不仅可见光部分可以透过,波长小于可见光的紫外部分也可以透过),再次从能量传输的角度来看,太阳辐射能的绝大部分可以穿透普通平板玻璃,但红外辐射透射率很低——玻璃的透视功能使得大空间、大进深建筑的自然采光能够得以实现,而自然采光是现代建筑必须具备的基本属性;透射功能和能量传输功能叠加,可形成温室效应。

而缺点在于,普通平板玻璃材料的热传导率较高,导热系数在0.8W/m ∙ K左右,与普通实心砖的导热系数相近,而远高于聚乙烯等保温材料;其厚度在3mm-8mm,保温性能较差。当平板玻璃与窗框组合在一起成为窗户时,其保温性能取决于窗框构造和玻璃的层数。高等级窗户的传热系数可以降到1.5 甚至更低,可以满足低能耗建筑的需求,但价格昂贵。

玻璃幕墙是普通平板玻璃窗的进化产品,根据其构造的不同,热工性能也有较大差异。合理使用玻璃幕墙,在大型公共建筑方案构思创作中确实是个难题。主要困难在三个方面:

一是在北方采暖地区,大面积使用玻璃幕墙,如果等级不够高,会产生较高的室内外传热损失,供热负荷会偏大,采暖能耗也会增大;
二是在夏季,如果大面积使用玻璃幕墙,在幕墙遮阳系数不够高的情况下,太阳辐射通过幕墙进入室内,会增大空调负荷,抬高空调运行能耗;
三是太阳直射光线透过幕墙进入室内,会产生较强的眩光,恶化室内光环境。

如何既能大面积使用玻璃幕墙又能避免出现上述问题呢?我认为有这么几点。

1)应尽可能避免全玻璃幕墙建筑方案,不论在哪个气候区都有冬夏季的差异,很难两全。
2)如果必须做成全玻璃幕墙,就需要考虑增加建造成本,使用高等级双层幕墙。就目前的玻璃幕墙技术水平,只要价格允许,热性能还是可以做到满足绿色建筑标准要求的。
3)一般公共建筑,哪个立面做成幕墙,靠近幕墙部分的室内空间应作为对室内热环境没有要求或要求很低的辅助空间。
4)南方地区尽可能不要在东西朝向立面做幕墙。

至于玻璃作为建筑物的外表皮,以其质感表达某个地区或某个社会群体的精神或意志等,则另当别论。

Q:在建筑业内,许多标志性建筑往往为了满足人们过高的欲望,而耗废了大量的资源和能源,然后又用高科技手段去降低能耗。有观点认为,降低人的欲望是最佳的绿色可持续策略。您如何看待这个问题?

刘加平:我个人以为这种观点不准确。首先,不能否定一个地域或一个城市的标志性建筑,这属于社会学和人类文化学的范畴。然后才能谈到耗费资源和能源的问题。

耗费,普遍意义上指的是浪费,即为了达到某种功能使用了许多不该使用、或者多使用了资源和能源。当建筑物设计合理,而运用一些价格较高的智能化技术以降低消耗,这无可厚非。关键在于,地标性建筑数量不会很多。做个不恰当比喻:再穷的家庭,过年时候还是要点亮灯笼的,尽管点亮灯笼不适合于日常的照明功能。

但我们经常遇到的现象是,在很多地标性建筑方案竞赛评审中,送审的概念方案要么是整体构思很好、功能空间组织合理、外形也靓丽,但绿色技术性能指标很差,或者压根就没考虑;要么是绿色技术性能指标很好,建筑的基本功能属性、人流组织、外貌形态太差,甚至丑陋。

一般来说,前者会被选中。那在进一步深化中怎么办呢?用所谓的高技术手段来“装扮” “粉饰”成一个绿色建筑设计,代价是大幅增加成本,所以在后期施工中很多就没有实施。这种现象很普遍。

Q:每当谈论绿色可持续的建筑时人们往往会想到许多新技术、新设备,但在实际使用过程中许多新技术甚至比传统技术还差。这里可能涉及技术的合理性、数据采集的质量、计算模型的科学性、设备老化后的效率、运维管理的水平等诸多问题。您如何看待绿色可持续建筑的高技术和低技术问题?

刘加平:技术应无高低贵贱之分。

人类跟随技术的进步采用新技术手段,解决建筑中难以解决的问题,这是常态,也是社会进步的一个方面。例如利用温湿度传感器实现室温自动调节,利用半导体材料制成光伏器件,利用太阳能获取电力等等。

但是,这并不代表可以完全替代被认为是“低技术”的产品和方法。例如,无论是哪种价格高、性能卓越的新玻璃产品用在窗户上,只要是单层(5mm左右),它的保温性能就要远比普通的双层玻璃窗差,而普通双层玻璃窗的价格更低廉。

如何选取新技术和新产品,成本、耐久性是很重要的指标。在低层建筑中,在相同热性能指标前提下,应该优先选用厚重型墙体,而不是那些所谓的新技术新产品,因为一般来说砖石类材料的耐久性非常好。

技术产品的高和低也有时代性。举个比较特别的例子:有一种售价30多元自动夜光灯,内置红外和声音传感器,放在客厅或卫生间,远处“看见”夜间走动的人就亮,离开后几秒钟就关闭,使用起来非常方便,特别节能,两节五号电池能够持续使用一年左右。与市场上很多高技术和产品比起来,其性能要高很多。

最近三十多年以来,信息技术的进步推动了各行各业的发展,但是用于建筑环境调节和建筑节能等方面的技术和产品,在原理上并没有大的创新,而只是计算测量更准确了。所以说,只要传统的低技术能解决的问题就没必要用所谓的昂贵的高技术。

Q:在实践过程中我们经常会遇到将一些在居住或办公建筑中比较成熟的可持续策略应用在体育或表演建筑上的情况。您觉得绿色可持续的建筑设计是否存在一种普遍性的技术路径?还是需要有针对性地进行定制设计?

刘加平:从建筑技术角度,特别是适应于建筑设计的角度,技术专家总期望研究开发一些普遍适用、能够大面积推广的技术和产品,但事实上这是相当困难的。每一种可以节约建筑的能源消耗的技术和产品,都有其适用前提和范围。以建筑外墙的保温层为例,气候条件不同、建筑类型不同、运行使用方式不同时,外墙的保温层设置差异很大:

1)我国长城以北地区的城镇居住建筑,冬季气候严寒,须采用集中连续采暖模式,而夏季气候温和,则普遍采用家用分体式空调,间歇运行。规范中写的很清楚,居住办公类建筑必须设置保温层,尽可能做外保温或夹心保温,保温性能指标越高越好。但这一地区的机场航站楼就没有必要照搬,原因很简单,航站楼建筑空间尺度大,围护结构中的轻质透明部分占比高,冬季供热方式为空调系统送暖,每日周期性使用,实体墙由室内向室外传热引起的热损失在供热能耗总额中占比较低,单纯提高墙体保温性能,解决不了多大问题;

2)而在长城以南、南北分界线以北地区,居住建筑在冬季也采用集中供热方式,但冬季室内外温差相对较小,为了节约供热用能,外墙也应该设置外保温或夹心保温,但并不是越大越好,原因也很简单,把外墙做到完全绝热,供热能耗依然存在,外门、窗户、门窗缝隙、门窗开启等都会产生室内外热交换。令人啼笑皆非的是,在西安等很多城市受所谓的“被动式超低能耗建筑技术”影响,很多居住建筑外墙外保温层(泡沫石棉层)已经做到25公分以上,真是哭笑不得;

3)而在我国南方地区,大型、大空间公共建筑的空调能耗主要用于排除室内照明等电器余热和进入室内的太阳辐射热量,因此一味地给大型公共建筑围护结构贴隔热层,除了受到太阳辐射直射的东西山墙以外,对于降低空调能耗作用不大,而遮阳,包括屋顶架空、外窗外门外墙遮阳,就成为更有效的手段;

4)在体育场馆、大型观演建筑中强行推广外墙外保温等适应于居住建筑的“节能技术”,其结果也不言而喻。至于现状说为何会这样?一句话,主管部门被那些“绿色技术”企业绑架了。

Q:请您对绿色可持续建筑的发展做一个预测。

刘加平:中国在推行绿色建筑方面处于国际前列。绿色建筑的核心是:建筑物在建造过程,特别是被使用和运行过程中,不论是按单位面积、单位时间,或是按人均,能源、水等资源的消耗量,污染物、废弃物、CO2 等排放量,都很小。 而这些指标与建筑物的外部形态、空间组织、平面布局、建筑构造等都有密切关联。

做一个假设:以现在的国民经济发展水平和人均收入,当每度电、每吨水的价格提高10 倍,每吨污染物的排放补偿费是现在的10倍,可以想象上述指标低的建筑物一定受到欢迎,高质量的建筑环境才能得以为继,才能可持续发展。

中国在推行绿色建筑方面在国际上是处于前列,所以我比较自信,所有建筑走向绿色是历史的必然,只不过在不同的国家和地区发展进程不尽相同。

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