人體熱能建筑

夏爾曼·李 丁穎

可利用人體熱能的斯德哥爾摩中央火車站

在巴黎市中心，一座乳白色外墻的七層轉(zhuǎn)角建筑與波堡大街的其他建筑融為一體。而距它幾步之遙的蓬皮杜藝術(shù)中心，一座有著20世紀(jì)奢華建筑風(fēng)格的當(dāng)代博物館，讓這里聞名于世。相比之下，這座位于波堡大街2號的建筑顯得十分不起眼，從外面也看不出有何特別之處，但它卻有著非比尋常的設(shè)計(jì)。2015年以來，這座建筑一直通過吸收附近地鐵站內(nèi)來往乘客的體熱為整棟大樓供暖。

地鐵隧道內(nèi)的溫度通常比室外高10℃左右。該熱量提取系統(tǒng)由社會住房建設(shè)公司Paris Habitat設(shè)計(jì)，其氣候和能源策略師吉納維芙·利托特表示，熱量主要來自站內(nèi)流動的乘客和運(yùn)行的車輛。利托特說：“大樓地下室與地鐵隧道之間有樓梯，所以裝置可以利用現(xiàn)有的通道傳輸熱量。隧道內(nèi)提取的熱空氣會通過熱交換器將水加熱，為整棟大樓供暖。”

這些余熱滿足了波堡大街20套公寓和樓下商業(yè)場所高達(dá)35%的供熱需求。利托特補(bǔ)充說，這樣的區(qū)域供暖系統(tǒng)要比獨(dú)立供暖更有助于減少碳排放。

巴黎的項(xiàng)目并非唯一，全球各地都在研發(fā)創(chuàng)新節(jié)能項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)碳減排。

房屋和建筑設(shè)施占用了超過1/3的全球最終能源消費(fèi)，并產(chǎn)生了高達(dá)40%的能源相關(guān)碳排放。而國際能源署的數(shù)據(jù)顯示，目前只有1/10的供暖能源屬于可再生能源。因此，供暖工程存在巨大的節(jié)能減排空間。但目前可再生能源的發(fā)展一直十分緩慢。據(jù)國際能源署預(yù)測，只有讓清潔供熱技術(shù)的覆蓋率在2030年之前翻一番，才能有50%的幾率將全球變暖控制在1.5℃以內(nèi)。

巴黎波堡大街2號的建筑利用附近地鐵站的人體熱能供暖。

| 下一站，清潔供暖 |

人體是建筑物內(nèi)最常見的熱源。那些常有人群聚集的建筑最適合將這些缺少流動、被人體溫暖的熱空氣加以利用。熙熙攘攘的火車站已被證明是最適合利用人體熱能的場所。

瑞典繁忙的斯德哥爾摩中央火車站因利用人體熱能供暖而出名。疫情前，那里每天的人流量約為25萬人次。收集的熱量被用于附近一座17層大樓的供暖，幫助該建筑降低約10%的能耗。

大樓的投資人羅杰·比約克說：“我們用海水來冷卻這座大樓和斯德哥爾摩中央火車站的通風(fēng)系統(tǒng)?；厮臏囟群芨?，都是被人體熱量加熱的。之后，這些水會被循環(huán)利用于區(qū)域供暖系統(tǒng)?！?/p>

除了人體熱能，區(qū)域供暖系統(tǒng)還使用了其他可持續(xù)能源，包括地?zé)?、生物質(zhì)燃料產(chǎn)熱以及工業(yè)建筑的余熱。這些熱量會通過地下管道輸送至全國各地的家庭和建筑中。

隆德大學(xué)建筑服務(wù)部門的高級講師烏拉·詹森表示，區(qū)域供暖已成為建筑供暖的有效方式。2017年，瑞典50%的住宅供暖都利用了熱泵和區(qū)域余熱。詹森說，上世紀(jì)70年代的能源危機(jī)推動了瑞典的能源創(chuàng)新。當(dāng)時，中東戰(zhàn)爭促使阿拉伯產(chǎn)油國對美國和荷蘭實(shí)行石油禁運(yùn)，導(dǎo)致油價(jià)飆升。在政府的強(qiáng)力推行下，區(qū)域供暖最終成為瑞典城市發(fā)展的重要組成部分。

火車站并不是唯一一種適合利用人體熱能的公共場所。美國明尼蘇達(dá)州的一家購物中心自1991年開業(yè)以來，就沒有安裝過中央供暖系統(tǒng)。這是一個大膽的選擇，要知道，當(dāng)?shù)?月份的最低溫度可達(dá)零下15.5℃。

但事實(shí)是，日均超過10.9萬人次的顧客、約3.2萬平方米的天窗、數(shù)千盞燈以及其他裝置所提供的熱量讓購物中心在整個冬季都保持著舒適的溫度。美國購物中心公關(guān)副總裁丹·賈斯伯說：“很多員工從一大早就要開始工作。當(dāng)他們在早上6點(diǎn)至8點(diǎn)左右進(jìn)入大樓時，整個購物中心已經(jīng)非常暖和了。”

如今，對建筑供暖的要求變得愈發(fā)細(xì)致而嚴(yán)格，這讓那些依賴于捕獲偶然熱源的設(shè)計(jì)備受考驗(yàn)。以醫(yī)院為例，熱調(diào)節(jié)就是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。醫(yī)院里四處走動的人們和大批耗能設(shè)備都可以大量產(chǎn)熱，然而，這些熱量必須被精準(zhǔn)分配，以確保院內(nèi)擁有恒定、舒適和安全的溫度——這對體弱的病人尤其重要。

德國法蘭克?；粝Ｋ固蒯t(yī)院就采用了這種供暖方式。整座大樓高六層，安裝了1000多扇三層玻璃窗，這讓它成為第一家使用該設(shè)計(jì)的醫(yī)院。全院約有1000個床位，由于醫(yī)療設(shè)備對能源的需求量較大，其能耗是同等規(guī)模住宅建筑的三至四倍。

病房溫度通過改善隔熱設(shè)計(jì)恒定在22℃。三層玻璃窗可以阻擋室外冷空氣的滲入，降低建筑的供熱需求。此外，醫(yī)院還安裝了通風(fēng)系統(tǒng)用來提前加熱從室外流入的新鮮空氣，以保持室內(nèi)溫度并防止出現(xiàn)異味。

| 被動房 |

像醫(yī)院、車站這樣繁忙的大型公共建筑可以借助很多人的熱量供暖，那么人數(shù)很少的私人住宅怎么辦？這種供暖方式的設(shè)計(jì)可追溯至幾十年前。1990年，德國建筑師沃爾夫?qū)べM(fèi)斯特建造了第一座“被動房”，其設(shè)計(jì)旨在大幅縮減熱量損耗?！拔覀冊?0世紀(jì)70年代末意識到，歐洲超過1/3的能源都消耗在了建筑供暖上。在我曾從事研究的物理系，每個人都知道，好的隔熱設(shè)計(jì)幾乎能節(jié)省以上所需的全部能耗。”費(fèi)斯特說。

被動房設(shè)計(jì)對保溫的要求極高，要配有外墻保溫、雙層或三層玻璃、有熱回收功能的通風(fēng)系統(tǒng)，還要避免“熱橋”?！盁針颉睍篃崃客高^導(dǎo)熱性較好的建筑材料流失到室外。將盡可能多的熱量留在室內(nèi)能夠降低建筑的供暖需求，讓像日光照射、室內(nèi)人體散熱和設(shè)備產(chǎn)熱等“被動”熱源發(fā)揮出更大的作用。

在被動房的設(shè)計(jì)中，人體熱能雖然只是眾多元素中的一個，但卻是很重要的一個。費(fèi)斯特稱自己的丹麥同事曾開玩笑說：“天氣預(yù)報(bào)說周末要大降溫。不如我們邀請一些朋友來暖暖房子吧？”

瑞典擁有發(fā)達(dá)的區(qū)域供暖基礎(chǔ)設(shè)施。

美國的一家購物中心自開業(yè)以來，就沒有安裝過中央供暖系統(tǒng)。

費(fèi)斯特創(chuàng)立的被動房研究所稱，這類房屋相較傳統(tǒng)建筑可節(jié)約90%的熱能，比新建建筑節(jié)約75%的能耗。據(jù)費(fèi)斯特估算，家庭式被動房設(shè)計(jì)需要額外投入8%的成本。自20世紀(jì)90年代被動房誕生以來，很多國家都采用了這種設(shè)計(jì)。

| 設(shè)計(jì)中的“人”|

雖然人體熱能是一種創(chuàng)新、可持續(xù)的能源，但它的使用也有局限性。利托特表示，利用基礎(chǔ)設(shè)施開展的人體熱能供暖項(xiàng)目所面臨的最大挑戰(zhàn)就是沒有合適的實(shí)施空間?！斑@類項(xiàng)目最適合那些靠近地鐵擴(kuò)建線的新建筑，因?yàn)樗鼈冊谝?guī)劃初期就可以結(jié)合地鐵的改造方案?！钡@樣的前瞻性規(guī)劃很少見。目前，利托特的公司還沒在法國找到第二個可以開展此類項(xiàng)目的地方。

除了位置因素，麻省理工學(xué)院建筑技術(shù)與機(jī)械工程學(xué)教授利昂·格里克斯曼還提出：“有些人很注意節(jié)約能源，有些人對此卻不太在意。而且，即使我們設(shè)計(jì)出了非常節(jié)能的建筑，但若人們不知道正確的使用方法，也無濟(jì)于事?！备窭锟怂孤ㄗh各國政府制定節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，建立可實(shí)施的示范項(xiàng)目，并對其進(jìn)行監(jiān)測以觀察節(jié)能效果。

德國法蘭克?；粝Ｋ固蒯t(yī)院采用的保溫設(shè)計(jì)降低了建筑的供熱需求。

詹森表示，盡管人體熱能項(xiàng)目的推廣困難重重，但這種能源的未來是充滿希望的。她說：“人體熱能也許無法滿足空間內(nèi)全部的熱量需求，但仍是一個很重要的熱源，常被用于熱交換器中預(yù)熱空氣或在熱泵中重復(fù)利用。在建筑的能源模擬實(shí)驗(yàn)中，人體熱能從未缺席。所以，未來已經(jīng)來了?！?/p>

我們通常認(rèn)為，建筑設(shè)計(jì)就是要適應(yīng)人類，但卻不易想到，當(dāng)我們自己也成為設(shè)計(jì)中的一部分時，這些建筑物將變得更環(huán)保、更舒適。

[編譯自BBC網(wǎng)站]

編輯：馬果娜