人体热能建筑
作者：丁 颖/编译 阅读人数62
可利用人体热能的斯德哥尔摩中央火车站
朋友，来帮忙暖暖房子吧！
在巴黎市中心，一座乳白色外墙的七层转角建筑与波堡大街的其他建筑融为一体。而距它几步之遥的蓬皮杜艺术中心，一座有着20世纪奢华建筑风格的当代博物馆，让这里闻名于世。相比之下，这座位于波堡大街2号的建筑显得十分不起眼，从外面也看不出有何特别之处，但它却有着非比寻常的设计。2015年以来，这座建筑一直通过吸收附近地铁站内来往乘客的体热为整栋大楼供暖。
地铁隧道内的温度通常比室外高10℃左右。该热量提取系统由社会住房建设公司Paris Habitat设计，其气候和能源策略师吉纳维芙·利托特表示，热量主要来自站内流动的乘客和运行的车辆。利托特说：“大楼地下室与地铁隧道之间有楼梯，所以装置可以利用现有的通道传输热量。隧道内提取的热空气会通过热交换器将水加热，为整栋大楼供暖。”
这些余热满足了波堡大街20套公寓和楼下商业场所高达35%的供热需求。利托特补充说，这样的区域供暖系统要比独立供暖更有助于减少碳排放。
巴黎的项目并非唯一，全球各地都在研发创新节能项目来实现碳减排。
房屋和建筑设施占用了超过1/3的全球最终能源消费，并产生了高达40％的能源相关碳排放。而国际能源署的数据显示，目前只有1/10的供暖能源属于可再生能源。因此，供暖工程存在巨大的节能减排空间。但目前可再生能源的发展一直十分缓慢。据国际能源署预测，只有让清洁供热技术的覆盖率在2030年之前翻一番，才能有50%的几率将全球变暖控制在1.5℃以内。
下一站，清洁供暖
人体是建筑物内最常见的热源。那些常有人群聚集的建筑最适合将这些缺少流动、被人体温暖的热空气加以利用。熙熙攘攘的火车站已被证明是最适合利用人体热能的场所。
瑞典繁忙的斯德哥尔摩中央火车站因利用人体热能供暖而出名。疫情前，那里每天的人流量约为25万人次。收集的热量被用于附近一座17层大楼的供暖，帮助该建筑降低约10%的能耗。
大楼的投资人罗杰·比约克说：“我们用海水来冷却这座大楼和斯德哥尔摩中央火车站的通风系统。回水的温度很高，都是被人体热量加热的。之后，这些水会被循环利用于区域供暖系统。”
除了人体热能，区域供暖系统还使用了其他可持续能源，包括地热、生物质燃料产热以及工业建筑的余热。这些热量会通过地下管道输送至全国各地的家庭和建筑中。
隆德大学建筑服务部门的高级讲师乌拉?詹森表示，区域供暖已成为建筑供暖的有效方式。2017年，瑞典50%的住宅供暖都利用了热泵和区域余热。詹森说，上世纪70年代的能源危机推动了瑞典的能源创新。当时，中东战争促使阿拉伯产油国对美国和荷兰实行石油禁运，导致油价飙升。在政府的强力推行下，区域供暖最终成为瑞典城市发展的重要组成部分。
巴黎波堡大街2号的建筑利用附近地铁站的人体热能供暖。
火车站并不是唯一一种适合利用人体热能的公共场所。美国明尼苏达州的一家购物中心自1991年开业以来，就没有安装过中央供暖系统。这是一个大胆的选择，要知道，当地1月份的最低温度可达零下15.5℃。
但事实是，日均超过10.9万人次的顾客、约3.2万平方米的天窗、数千盏灯以及其他装置所提供的热量让购物中心在整个冬季都保持着舒适的温度。美国购物中心公关副总裁丹· 贾斯伯说：“很多员工从一大早就要开始工作。当他们在早上6点至8点左右进入大楼时，整个购物中心已经非常暖和了。”
如今，对建筑供暖的要求变得愈发细致而严格，这让那些依赖于捕获偶然热源的设计备受考验。以医院为例，热调节就是一项巨大的挑战。医院里四处走动的人们和大批耗能设备都可以大量产热，然而，这些热量必须被精准分配，以确保院内拥有恒定、舒适和安全的温度——这对体弱的病人尤其重要。德国法兰克福霍希斯特医院就采用了这种供暖方式。整座大楼高六层，安装了1000多扇三层玻璃窗，这让它成为第一家使用该设计的医院。全院约有1000个床位，由于医疗设备对能源的需求量较大，其能耗是同等规模住宅建筑的三至四倍。
病房温度通过改善隔热设计恒定在22℃。三层玻璃窗可以阻挡室外冷空气的渗入，降低建筑的供热需求。此外，医院还安装了通风系统用来提前加热从室外流入的新鲜空气，以保持室内温度并防止出现异味。
被动房
像医院、车站这样繁忙的大型公共建筑可以借助很多人的热量供暖，那么人数很少的私人住宅怎么办？这种供暖方式的设计可追溯至几十年前。1990年，德国建筑师沃尔夫冈·费斯特建造了第一座“被动房”，其设计旨在大幅缩减热量损耗。“我们在20世纪70年代末意识到，欧洲超过1/3的能源都消耗在了建筑供暖上。在我曾从事研究的物理系，每个人都知道，好的隔热设计几乎能节省以上所需的全部能耗。”费斯特说。
被动房设计对保温的要求极高，要配有外墙保温、双层或三层玻璃、有热回收功能的通风系统，还要避免“热桥”。“热桥”会使热量透过导热性较好的建筑材料流失到室外。将尽可能多的热量留在室内能够降低建筑的供暖需求，让像日光照射、室内人体散热和设备产热等“被动”热源发挥出更大的作用。
在被动房的设计中，人体热能虽然只是众多元素中的一个，但却是很重要的一个。费斯特称自己的丹麦同事曾开玩笑说：“天气预报说周末要大降温。不如我们邀请一些朋友来暖暖房子吧？”
费斯特创立的被动房研究所称，这类房屋相较传统建筑可节约90%的热能，比新建建筑节约75%的能耗。据费斯特估算，家庭式被动房设计需要额外投入8%的成本。自20世纪90年代被动房诞生以来，很多国家都采用了这种设计。
瑞典拥有发达的区域供暖基础设施。
美国的一家购物中心自开业以来，就没有安装过中央供暖系统。
设计中的“人”
虽然人体热能是一种创新、可持续的能源，但它的使用也有局限性。利托特表示，利用基础设施开展的人体热能供暖项目所面临的最大挑战就是没有合适的实施空间。“这类项目最适合那些靠近地铁扩建线的新建筑，因为它们在规划初期就可以结合地铁的改造方案。”但这样的前瞻性规划很少见。目前，利托特的公司还没在法国找到第二个可以开展此类项目的地方。
除了位置因素，麻省理工学院建筑技术与机械工程学教授利昂·格里克斯曼还提出：“有些人很注意节约能源，有些人对此却不太在意。而且，即使我们设计出了非常节能的建筑，但若人们不知道正确的使用方法，也无济于事。”格里克斯曼建议各国政府制定节能标准，建立可实施的示范项目，并对其进行监测以观察节能效果。
詹森表示，尽管人体热能项目的推广困难重重，但这种能源的未来是充满希望的。她说:“人体热能也许无法满足空间内全部的热量需求，但仍是一个很重要的热源，常被用于热交换器中预热空气或在热泵中重复利用。在建筑的能源模拟实验中，人体热能从未缺席。所以，未来已经来了。”
我们通常认为，建筑设计就是要适应人类，但却不易想到，当我们自己也成为设计中的一部分时，这些建筑物将变得更环保、更舒适。
德国法兰克福霍希斯特医院采用的保温设计降低了建筑的供热需求。
原文作者：夏尔曼·李
[编译自BBC网站]
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