未来建筑不仅有望零排放“能源账本”还可有所盈余 2022浦江创新论坛平行未来的N次元

  作为“双奥竞技场馆”的国家游泳中心，如何成功地实现了水冰的转换？当人类要在月球长期定居，又需要什么样的建筑基地？我们身边还有哪些低碳建筑？

  今年的浦江创新论坛以“低碳：全世界创新新使命”为主题，邀请了一批致力于低碳研究的专家畅谈。近日，在2022浦江创新论坛平行未来的N次元栏目上，上海交通大学长聘教轨副教授胡建辉聚焦低碳建筑，进行了一场充满未来感的访谈。在他看来，只要空间布局合理、用好可再次生产的能源和智能技术，建筑是能做到零碳排放的。甚至从整个建筑的生命周期来看，建筑的“能源账本”还可能有所盈余。

  北京2022年冬奥会上，运动健将在“冰立方”中摘金夺银，屡屡刷新世界纪录，这座银白的冰雪场馆给人留下深刻印象，其实它就是由2008年北京奥运会的“水立方”变化而来，“水立方”是一座低碳建筑，相比于传统公共建筑，水立方和冰立方的建筑功能和工作模式使得能耗和碳排放大幅度降低。

  尽管过去了14年，但“冰立方”的透光度仍就保持在95%以上，是因为建筑面积和屋顶包裹着一层像“泡泡”一样的高分子薄膜材料ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物），这样一种材料的重量只有玻璃的1/10，厚度只有玻璃的一半，它有自洁性，就像荷叶一样表面不吸水，雨水可以直接把表面灰尘带走；另外，它还是一种100%可回收的材料。

  “冰立方”科学的空间划分也对建筑低碳起到了及其重要的作用。要知道，观众席温度不可能和冰面附近温度相同，观众区需要加热。“冰立方”的分区加热满足能量高效利用的要求，让能耗更低。另外，可视化的观众舒适度反馈系统，让建筑更“了解”观众需求。

  “材料、结构、控制技术，是建筑降低能耗的三个方面，水立方不愧于低碳建筑典范。”胡建辉说。据他观察，冬奥会另一个重要意义是科普了低碳、可持续的建筑理念。在举行冬奥会之前，这座场馆已经转换了三次，2019年12月，这里举办中国青少年冰壶公开赛，并完成了赛道认证。2020年夏季再次转换为水立方模式。2021年世界轮椅冰壶锦标赛前夕，“水立方”只花了19天时间，再次完成“水冰转换”，也以此郑重进入“冬奥状态”，它的高效、节能深深折服了建筑设计师、运动员和观众以及工程建设人员，绿色低碳建筑理念深入人心。

  “人们对建筑的观念正在发生明显的变化，以前人们想要更高、更大、更特别的建筑，但它们消耗了大量资源，排放了许多碳，现在人们不只关注建造的过程，更关注建筑的全生命周期。”胡建辉说。

  公共建筑运维期的能耗占建筑总能耗的30%以上，想要成为低碳建筑，减少运维能耗是必不可少的。如果把建筑的全生命周期看成一本无形的“碳账本”，那么光伏建筑一体化、建筑固体废弃物回收再利用等新材料、新技术的应用，可以让账本里的“碳盈余”越来越丰厚。

  据胡建辉透露，到2025年国家要求公共建筑屋顶中的光伏覆盖率力争达到50%，目前主要有两种手段增加光伏覆盖率，一种是BAPV（光伏附加在建筑上），一种是BIPV（光伏集成在建筑中）。试想一下，光伏与建筑融为一体，建筑在为人们遮风挡雨的同时，也在吸收太阳能，转化为电能和热能。“据测算，一块光伏板大约7年能收回成本，而它的使用周期在25年以上。”他说。

  光伏建筑一体化同时加快了建筑的智能化进程，因为加装了光伏后，势必要有一套传感控制管理系统，如家用能量管理系统（Home Energy Management System）来测量建筑到底发了多少度电，降低了多少碳排放。因此，未来的建筑一定会朝着低碳化、信息化的方向演进，建筑也会变得更低碳、更智能、更“懂你”。

  胡建辉倾佩的建筑结构设计师——德国慕尼黑奥林匹克体育场的弗雷·奧托教授引领了“大跨空间结构”的理念。他还曾经提出要为常驻北极的科研工作者建造一个“北极之城”的超大穹顶方案，这个当时看起来超级科幻的概念，如今正成为当下全球大型公共建筑主流选择。

  当下，中国的建筑业正孕育着变革，低碳建筑有很多突破口，它与能源、机械、电气、计算机都有交集，我们还可以从植物学角度去规划与众不同的建筑类型。建筑也未必都是固定和坚硬的，柔性材料、数字技术、智能控制的出现，人们可完全颠覆以往的理念，设计出柔性又舒适，甚至装拆便携、机动快捷的建筑结构。

  “我鼓励青年人要有天马行空的想象力，敢于从新的切入点进入这个赛道，自主创新往往能取得突破性的成就。”胡建辉教授说。他心系星辰大海，期望能根据中国航天“探月”取回来的月球土壤样本中获得信息，利用膜结构技术，去设计适合人类探索、居住的月球基地。随着中国探月工程的不断前进，他觉得这一梦想会有实现的一天。

  《平行未来的N次元》是今年浦江创新论坛推出的一档前瞻性科创访谈节目，将邀请环境科学、城市治理、数字化的经济、健康医疗等相关领域专家展开系列访谈，一同探讨并展望“低碳”时代的科技赋能、产业变革和行业机遇。

  本期邀请到建筑结构领域的青年科学家胡建辉教授。他长期致力于国家双碳需求下特大型城市中公共建筑转型的基础研究。