专访刘加平:新地域绿色建筑

绿色、地域等先进理念融入建筑是全球建筑行业发展共同面临的问题。刘加平院士认为在学习西方国家先进技术的同时我们应保持充分的文化自信,中国建筑的发展仍充满机遇,应走出自己的新地域绿色建筑之路,并为我们描绘了未来建筑行业的现代技术与地域人文高度融合、绿色理念全社会普及的场景。

刘加平

我于1982年7月本科毕业分配到西安建筑科技大学建筑物理教研室任助教,1984年9月考取本研究室王景云教授的硕士研究生,研究方向为建筑热工与节能。从物理系本科毕业,硕士研究生的研究方向转为建筑物理学,遇到的最大困难是不懂建筑设计,而建筑物理学的研究目的恰恰是要服务于公共建筑、住宅建筑以及工业建筑设计。

专访 刘加平 所有建筑走向绿色是历史的必然

本期策划之初,《建筑创作》杂志主编胡越,副主编张燕、邹雪红,编辑王畅、王梦雪共同采访了中国工程院院士、绿色建筑专家刘加平。访谈的话题由“玻璃”这一材料在建筑建造中的应用,拓展到全建筑领域的绿色技术发展,并延续至对可持续发展的预测与判断。本文经录音整理,双方确认成稿。

椰壳纤维加筋土遗址生态注浆材料的性能

为提升土遗址注浆料的力学性能,以椰壳纤维掺和糯米浆、烧料礓石以及黄土改性注浆料为研究对象,研究了椰壳纤维长度和掺量(质量分数)对土遗址注浆料流动性、收缩性、抗压强度和抗折强度的影响.结果表明:椰壳纤维的掺量和长度越大,浆体的流动性越低,而椰壳纤维的长度与浆体的收缩率无明显相关性;椰壳纤维良好的桥接能力可以有效提高浆体固化后的抗压强度、抗折强度和延性;椰壳纤维的长度和掺量均存在最优值,建议最优配比为纤维长度6 mm、掺量0.5%~0.6%,此时浆体固化后的抗压强度、抗折强度分别提升49.09%和32.08%;过多、过长的椰壳纤维易发生弯折、团聚,导致浆体的流动性和强度大幅降低.

城市轨道交通混凝土抗裂防渗技术研究与应用

抑制混凝土开裂渗漏是保障城市轨道交通地下结构建设质量的重点和难点。以城市轨道交通地下车站为例,分析了混凝土开裂的主要原因,介绍了施工期混凝土抗裂性评估与设计方法,提出了混凝土材料抗裂性能控制指标,以及保障指标实现的材料、施工控制措施,结合实际工程,介绍了成套技术应用效果,为类似工程抗裂防渗建设质量提升提供指导。

一种墙体蓄热量的评价方法研究

针对目前围护结构蓄热性能评价方法和指标不能有效评价蓄热量的问题,该文基于“日间热容”概念和有限差分法,提出一种新的围护结构蓄热性能评价方法和相关指标。该方法可获得围护结构逐时动态蓄热量、不同构造层次的蓄热情况以及材料层和围护结构在一定时间段和一定面积内的累积蓄热量。以一个简化的建筑模型为例,运用该方法得出建筑不同朝向、不同部位围护结构各材料层的蓄热量情况。该文的方法可为建筑围护结构实际蓄热效果提供系统全面的定量评价,为太阳能建筑分朝向、分部位的蓄热设计提供方法和依据。

基于COM-B模型的自我管理方案在维持性血液透析病人中的应用

目的:探讨基于COM-B模型的自我管理方案在维持性血液透析病人中的应用效果。方法:选取进行规律血透的64例病人为研究对象,根据掷硬币法随机分成观察组和对照组各32例。对照组采用透析常规护理方法,观察组在对照组的基础上采用基于COM-B模型的自我管理方案,比较2组病人干预前后自我管理行为、自我感受负担和透析前后体质量增加值。结果:干预后观察组的自我管理总分及各维度分均随时间延长而提高,自我感受负担总分及身体负担、情感负担维度分和体质量增加值均随时间延长而降低(P<0.01),对照组干预前后自我管理、自我负担和体质量增加值比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。干预2个月观察组在执行自我管理和情绪处理维度得分高于对照组(P<0.05)。干预3个月观察组自我管理总分及各维度分均高于对照组,自我感受负担总分及各维度分、体质量增加值均低于对照组(P<0.05~P<0.01)。结论:基于COM-B模型的自我管理方案在维持性血液透析病人中的应用效果显著,能够提升病人自我管理行为、降低自我感受负担,有效降低体重增长值,值得在临床进行干预。

徽州民居建筑空间的性能属性识别及其作用机制

在绿色建筑由技术主导向技术与设计并重转变的行业需求下,研究追溯了建筑空间应答外界气候与调控室内环境的性质与能力。本文聚焦徽州民居,采取定性分析方法识别建筑空间及其性能属性,揭示其作用机制;采取定量模拟方法验证空间性能属性的有效性。上述研究论证了空间具备性能属性,为从空间角度进行绿色设计提供理论依据与方法支持。

建筑学的演变及新时代挑战

基于学科与专业的关系,通过回溯国内外建筑学专业与学科的发展历程,指出建筑学学科的属性、范畴、知识基础与研究目标,提出当前建筑学学科的主要研究内容是跟随社会进步制定、修订或提升建筑设计标准与规范。针对当前城乡建设发展新需求,解析建筑学面临的挑战,并探讨新时代建筑学人才培养改革方向,提出缩短本科学制、取消重复专业学位、设置专业型博士学位等建议。

发泡水泥板的应用背景、现状及前景概述

为深层次、全面了解发泡水泥板诞生背景、应用现状和发展前景,本文对发泡水泥板应用背景、市场需求、技术标准沿变、整体性能、综合成本、应用现状、发展前景进行全方位、多角度、深层次剖析。综合认为:尽管发泡水泥板具有隔热、防火(A1级)、环保、抗老化、强度高等优点,但其研发技术壁垒低,加上劣质产品挡道、厂家恶性竞争等恶劣现象,致使其市场容纳空间已非常狭小。本文将为建筑从业人员全面了解发泡水泥板的“来龙去脉”和实时动态提供最新现实科学依据,为科研工作者研发新型建筑保温材料提供更多理论科学依据。

夏热冬冷地区大型交通建筑条形天窗天然采光优化设计研究

随着我国城镇化不断深入,大型交通建筑的建设需求日益增长。因其立面有限而平面巨大,故主要依赖天窗实现大进深平面的天然采光。因结构构造简化需求,常忽视日照条件差异,照搬相似的一列多排式条形平天窗分布形式,且忽略各类遮阳措施的设置,常易因局部采光不足或眩光导致整体采光不均。夏热冬冷地区作为冬夏两季太阳高度角差异较大的典型地域代表,其对两季天窗采光的优化需求常互相掣肘,该地区大型交通建筑采光与遮阳综合控制故而更为复杂,对其条形天窗与遮阳设计也具有更高的要求。针对上述关键科学问题,选取杭州市某大型铁路客站典型案例开展采光物理实测,总结出该气候区条形天窗分布下此类建筑实际采光问题,并基于大型交通建筑典型模型,围绕天窗与遮阳形式关键变量,通过Rhino平台的Ladybug+Honeybee工具完成了全年动态光环境模拟。结果表明:在夏热冬冷地区,大型铁路客站即使采用常见的条形天窗采光方式,仍可能存在局部照度不足和整体采光均匀度较低的问题,候车厅中央天窗正下方区域常因出现太阳光直射过量导致较大的眩光风险,其照度远大于仍有采光不足风险的天窗外围下方区域。为改善这一现象,应在适度窗地比范围内首先保证适中偏高的天窗宽度,并匹配适中偏大的天窗长度与数量,而尽量避免所有较小的天窗宽度、长度与数量。当天窗窗地比较小时,可采取较大的横向遮阳高度、适中的竖向遮阳角度(正南向)与偏少的竖向遮阳数量;而天窗窗地比较大时则相反,以保证在尽量不降低采光均匀度的前提下最大化采光强度,以实现整体均衡的光环境表现。

基于太阳辐照度实时计算隧道洞外亮度的方法研究

为解决城市隧道运营过程中隧道洞外亮度L20(S)全天逐时变化差异大且实时获取困难的问题,结合3D打印隧道缩尺模型,提出以太阳辐照度为输入变量,将天空亮度、地面景物亮度耦合的L20(S)实时计算方法。以北京芦花路隧道为测量对象,利用隧道缩尺模型代替实际隧道探究地面景物亮度变化规律,建立地面景物亮度与太阳辐照度的量化回归模型;利用太阳辐照度将CIE模型、Perez模型的计算值与实测值进行对比验证,以误差较小、计算较简便的CIE模型作为天空亮度模型,其误差在晴天工况和阴天工况下分别为4.26%、6.11%。对比耦合后的L20(S)计算模型在不同季节、不同天气条件下的计算值与实测值,平均误差均在10%以内,表明该隧道洞外亮度实时计算方法在全季节、全气候条件下具有准确性和适用性。

基于隧道实测试验的南京市机动车污染物排放特征研究

为深入研究水下特长公路隧道机动车尾气污染物的排放及分布特征,对南京应天大街长江隧道的交通特征、环境参数和污染物排放质量浓度进行实测研究。采用摄像采集法统计隧道交通特征,结果表明:车辆交通数据与环境数据均呈现明显的日周期变化规律,早高峰车流量显著大于晚高峰,车速与车流量呈负相关。夜间测试结果表明:1)隧道内部污染物质量浓度沿行车方向的变化趋势为先增后减,由于隧道呈现V形的地势特点,PM_(2.5)质量浓度峰值出现在V形底部;2)受到隧道出口风机开启的影响,CO质量浓度峰值出现位置较PM_(2.5)稍有滞后。昼间测试时风机关闭,污染物质量浓度峰值出现在隧道出口,早高峰期间隧道出口CO和PM_(2.5)的质量浓度峰值分别为31.0 mg/m^(3)和145μg/m^(3),分别为质量浓度限值的3.1倍和2倍。采用皮尔逊(Pearson)相关系数法对各相关参数进行相关性检验,CO质量浓度与汽油车数量呈强正相关,PM_(2.5)质量浓度与柴油车数量呈强正相关,2种污染物质量浓度均与风速呈强负相关。

混凝土环境中β-甘油磷酸钠影响钢筋阻锈行为研究

在混凝土高碱环境中,为了提高混凝土中钢筋抗氯离子侵蚀能力,采用新型环保型有机阻锈剂——β-甘油磷酸钠保护钢筋,达到延长钢筋混凝土结构整体寿命的目的。本文通过采用电化学方法对该种有机阻锈剂作用下,不同阳离子类型的模拟孔溶液中钢筋性能演变过程进行实时监测,并获取相应的关键参数,探究了钝化时期β-甘油磷酸钠与钢筋钝化膜,以及维钝时期,β-甘油磷酸钠、钢筋钝化膜与氯离子之间的作用关系,揭示了该种有机物的阻锈机制。通过OCP、LPR以及EIS电化学测试方法得到的结果表明:β-甘油磷酸钠与钝化膜中Fe氧化物/氢氧化物通过物理化学作用进行结合,使得钢筋表面形成阻锈能力更强的保护膜,从而提高了钢筋抗氯离子侵蚀能力。4种模拟孔溶液中钢筋抗氯离子侵蚀能力分别为NaOH+0.1 mol/Lβ-甘油磷酸钠>饱和澄清Ca(OH)_(2)>NaOH>饱和澄清Ca(OH)_(2)+0.1 mol/Lβ-甘油磷酸钠;其中,NaOH,NaOH+0.1 mol/Lβ-甘油磷酸钠与饱和澄清Ca(OH)_(2)溶液中钢筋相应的临界氯离子浓度(c_(crit))分别为0.02、0.07、0.04 mol/L,而饱和澄清Ca(OH)_(2)+0.1 mol/Lβ-甘油磷酸钠中钢筋未生成有效钝化膜。除此之外,β-甘油磷酸钠加入以Na^(+)为主的模拟孔溶液中,将促进钢筋表面形成更致密的钝化膜,钝化膜形成速率更快,即在72 h就可形成80%以上钝化膜,阻锈效率则高达99.80%;进一步对比分析Na^(+)与Ca^(2+)溶液自身对钢筋抗氯离子侵蚀能力的影响可知,Ca^(2+)溶液更有利于抵抗氯离子侵蚀能力,阻锈效率达到90%以上。

高校研究生科研办公室冬季热舒适及供暖温度分析——以北京某大学为例

高校研究生办公室作为学生科研的主要场所,室内热环境与热舒适对于科研效率、学生健康有着极大影响。选取北京市某高校办公楼作为研究对象,通过问卷调查和现场实测方式探究高校研究生办公室的室内热环境和人员舒适性。结果表明:冬季被调研研究生的服装热阻平均值为1.07 clo,学生已不满足冬季18℃的设计室温,在集中供暖节能运行且学生可以自主调控分体式空调的情况下,科研办公房间的平均温度达到21.4℃,而室内学生的中性温度为21.9℃,热可接受范围为19.1~24.7℃,热偏好温度为24.0℃,热感觉投票为“稍暖(+1.1)”时学生舒适程度最高,学生仍偏向较暖的室内环境,学生积极和间歇地使用空调设备使供暖温度达到其满意的23.5~24.0℃。

低纬度海岛太阳能建筑逆向热工设计方法

为了利用太阳能资源实现超低能耗建筑、创建绿色宜居的岛礁人居环境,课题组首次提出极端热湿条件下建筑“全遮阳”设计原则,创立了以太阳能光伏制冷系统与建筑防热设计相耦合的超低能耗建筑“逆向”热工设计方法,形成了适宜于低纬度海岛的超低能耗建筑新模式。实验及工程实践结果表明:全遮阳设计可大幅降低空调负荷和能耗,以南海美济岛示范建筑为例,经“全遮阳”设计后,该建筑的空调负荷可降低30%以上。若遵从逆向热工设计原则,可显著提高海洋建筑外墙、屋面和窗户的传热系数限值,实现全部依靠太阳能即可将建筑环境控制在舒适水平。低纬度海岛的超低能耗建筑新模式可有效减少对建筑设备的依赖,在建筑本体层面营造更舒适的室内热环境。

基于CRITIC-TOPSIS法的极端热湿气候区溶液再生器运行优化研究

再生器是溶液除湿系统中的关键部件之一,提高再生器综合性能是解决极端热湿气候区高湿问题的有效手段。将指标相关法(CRITIC,Criteria Importance Through Intercriteria Correlation)和优劣解距离法(TOPSIS,Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution)联合,建立CRITIC-TOPSIS模型,用于再生器运行入口参数(空气质量流量、溶液质量流量、温度)的选择评价。以永暑岛礁地区为例,通过再生器处理模型得到基础数据以及4个指标的评价体系,采用CRITIC法求得权重后使用TOPSIS法对220种运行入口参数的组合方案进行评价得到最优解。结果表明,空气质量流量为0.1 kg/s、溶液质量流量为0.3 kg/s、溶液温度为56℃时得分0.885,为永暑地区再生器综合性能最优解;再生量指标的权重为0.4,可作为永暑地区再生器综合性能的代表性指标。

北京高校宿舍供暖前后室内热环境变化及其对学生睡眠热舒适的影响

为探究供暖前后宿舍内热环境差异及其对学生睡眠热舒适的影响,在北京某高校实地调研了8个不同朝向宿舍的室内热环境,并采用问卷调研和睡眠手环监测结合的方式获得了16名高校学生的睡眠质量情况。结果表明:供暖前宿舍内夜间平均温度为(18.6±1.1)℃,供暖初期为(20.2±1.4)℃,满足标准要求;实测期间宿舍夜间相对湿度高于30%,满足舒适度要求;床褥系统总热阻约为3.5~4.9 clo,其中,睡衣热阻大约为0.03~0.40 clo;供暖初期受试者睡前热中性温度为18.0℃,可接受温度范围为16.0~19.8℃,早晨醒后倾向更暖的环境;睡前热感觉与睡眠质量存在显著关联,当受试者睡前热感觉偏暖时,睡眠满意度及深睡眠比例较高,有利于睡眠。

黄河中上游区土地使用结构与布局复合优化

黄河中上游地区生态环境脆弱,空间发展问题突出,探索该区域土地使用结构和布局优化配置是实现黄河流域生态保护和高质量发展的有效途径。该研究以黄河中上游地区为研究对象,基于该区域土地使用、社会经济等数据,运用多目标规划(multi-objective programming,MOP)和PLUS模型模拟了惯性发展、生态保护、经济优先和生态-经济均衡4种情景下研究区未来土地格局和变化趋势,并在平衡生态与经济的目标下提出最优土地使用结构和布局方案。结果表明:1)4种情景下,土地使用比例结构存在较大差异;2)均衡情景下的区域土地使用结构和空间布局方案为最优,其综合效益值最高且达到19481.00亿元,与生态保护情景相比其经济效益(12223.88亿元)增长了4.07%,与经济优先情景相比其生态价值(7257.12亿元)增长了2.32%;经济优先情景下综合效益值为20273.96亿元,是4种情景下最高的。研究可为黄河中上游区域未来土地使用规划编制和土地可持续利用规划提供依据。

基于数值模拟的新拌混凝土竖直泵送流动行为

借助数值模拟研究了3种流动性的混凝土在竖直向上泵送时的管内流动行为,分析了混凝土内部压力和流速的分布规律.结果表明:泵送压力主要受润滑层性质的影响,其纵向分布与管壁阻力沿程变化规律有关,截面中心的泵送压力略高于管壁处;混凝土在管内的流动存在“前进—扩散—滞留堆积—汇聚”的行为特征,并据此分析了润滑层的形成和粗骨料的迁移,解释了泵送离析和堵管的原因.