平行未来的N次元

平行未来的N次元 | 未来所有建筑将会朝着低碳方向转变

来源:浦江创新论坛    作者:浦江君    发布时间:2022-06-06    访问量:106

作为双奥竞技场馆的国家游泳中心,为何再次被世界瞩目。是什么黑科技让这座梦幻建筑,成功地实现了水冰的转换?

我们身边还有哪些低碳建筑呢?

在科技赋能下,又是什么让人类建造月球基地,到太空旅行更近了一步?

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快跟着浦江君一起开启《平行未来的N次元》2022年新篇章~

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《平行未来的N次元》作为一档前瞻性科创访谈节目,今年浦江创新论坛将联合上海科技、文汇报等媒体,邀请环境科学、城市治理、数字经济、健康医疗等相关领域专家展开系列访谈,共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,胡建辉副教授。胡教授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。

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胡建辉副教授认为低碳建筑是实现国家双碳目标的关键内容。通过合理布局建筑空间,用好可再生能源和智能技术,建筑是可以做到零碳排放的。甚至从建筑的全生命周期来看建筑的能源账本还可能有所盈余。

“在未来,建筑将会朝着低碳智能方向转变。”他对此相当笃定。


北京冬奥会让低碳、可持续理念深入人心

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。

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尽管过去了14年,但冰立方的透光度仍然保持在95%以上,这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重要作用。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。

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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。胡建辉副教授说。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,201912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,也以此正式进入冬奥状态,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。

 

从关注单一节点到关注全生命周期

人们对建筑的观念正在发生变化,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。胡建辉副教授说。

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。

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据胡建辉副教授透露,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

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建筑设计需要天马行空的想象力

胡建辉副教授心仪的建筑结构设计师——德国慕尼黑奥林匹克体育场的弗雷奧托(Frei Otto)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。

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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,我们甚至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,人们完全可以颠覆以往的理念,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。胡建辉副教授说。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。


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