从上海世博会看建筑节能技术的发展

从上海世博会看建筑节能技术的发展
20世纪末，世界发展开始趋向多元化，人类更加关注未来的发展。

当人们陷入对全球环境
的焦虑和精神文化普遍匮乏的危机感中，人们开始重新回到出发点，深入理解环境，改变我
们的意识。

因此，无论是1992年塞维利亚世博会、1998年里斯本世博会，还是2000年汉诺威世博会、2005年爱知世博会，都不约而同地把主题确定为“对历史与未来环境”、“人类自
身的进步”以及“科学技术与可持续发展”等全球热点问题上。

那么，对于主题为“城市，让生
活更美好”的上海世博会来说，更是期望通过这项全球性的展览会来呼吁人们关注城市发展与环境资源保护的矛盾与协调，重视建筑“绿色、环保、节能”的思想，努力营造良好的城市生
态环境。

本届世博会的各种建筑、展馆都是以一种全新的思路和方法筹划设计，很多展馆的
设计都注重保护生态环境，遵循3R（ reduce、reuse、recycle）原则，绿色建材和生态环保成为本届世博会建筑的共同特点。

上海世博会在前几届世博会实践基础上更加鲜明地突出了节
能和环保的主题。

一、绿色和可再利用建材
世博会主要是临时性建筑，不可再利用的混凝土和砖石等材料一般很少采用。

高能耗材料，
如钢铁、玻璃等材料，由于具有可再利用、易于预制和装配的特点，在节能技术处理之后也
能广泛使用在世博会的展馆建筑之中。

从近几届世博会的规律来看，木材作为无污染、低能耗、易加工、可再利用和可再生的绿色材料、越来越得到设计师的青睐。

从巴塞罗那到爱知，日本馆已经连续以木材、再生纸，竹材料等作为主要材料，而爱知世博会更是将木材运用到
场馆的各个角落，展示了其对环保的高度重视和独特理念。

本届世博会中运用竹、木材料的
也不乏其例，例如挪威馆、波兰馆等。

挪威馆以“挪威•大自然的赋予”为主题参展上海世博会，由15棵巨大的“树”构成，让人深切体会到大自然赋予挪威的万种风情。

挪威馆设计师莱因哈德和海伦通过将挪威的胶合层木和中国竹子黏合在一起结合成一种新的产品——“黏竹”，使
其成为模型树的原材料，并可在展后再利用。

波兰馆的外表层则是受到传统民间剪纸艺术启
发的独特设计，它选用浸渍激光切割胶合板，安装在一块一块的胶合板建筑模块上，然后再
在模块的表面装上玻璃、聚碳酸酯，以及防水或防紫外线辐射的材料，构成墙体。

在展馆内部，还安装了半透明的PVC或高密度聚乙烯合成纸的材料薄膜，再安装展馆的外部材料。

展
馆外部、入口处的地面和展馆内部都覆盖着一层浸渍木地板(俗称强化地板，经热压、成型的
地板)，形成令人耳目一新的建筑形象。

当然，中国作为森林资源的贫乏国家，上海世博会不可能象爱知世博会广泛运用木材，但我
们力争全面尝试各种低能耗、无污染和可再利用的绿色建材，并在过程中体现3R原则。

象
西班牙馆实体结构就采用了钢建筑材料，在外墙处理上运用了西班牙风格的柳条编织品，并
借助西班牙不同地区能工巧匠之手，展示其瑰丽的民俗图案，而对于总面积达8000平方米
的大厅，考虑到节能问题，展厅内也主要采用了竹子和半透明纸等可再生资源作为材料。

芬
兰馆结构主体也为钢结构，窄长的成品立面在现场组装完成，水平支撑结构采用了胶囊形态
的木质构架。

室内墙体结构是木质龙骨木瓦面层，木瓦由再生材料构成（塑料和纸的混合材料），建筑的外幕墙和内廷幕墙是特殊织物。

所有的建筑构件都是可以拆解和再组装的。

而
上海世博会的日本馆这次在结构选材方面则完全不同于往年几届惯用木材的作法，采用了一
种屋顶、外墙等结合成一体的半圆形轻型结构，展馆外部由可发电的超轻型薄膜包围，透光
性的双层外膜配以内部的太阳电池，实现了高效导光、发电，可以充分利用太阳能资源。

日
本馆设计方的信条始终包含着重要的一点就是“在节能、节材、节水、可再生能源和保护环境等各方面探索更优化设计。

”而瑞士馆在材料的选择上则更趋于环保，瑞士馆采用一种幕帷覆盖整个结构体系，它是由自然的原材料以高科技的手法制成——采用经过特殊处理的可降解
的大豆蛋白质纤维。

它们很容易塑造成型，只需要按照所需的形状加热定型即可。

展会结束后，这些纤维很容易分解成水和二氧化碳，零污染地释放到环境之中。

剩余的残渣可作为园
林绿化的肥料。

二、自然通风和采光
展馆建筑空间进深很大，人工照明和机械通风消耗大量能源，其产生的热量还增加空调负担，带来参观者的不适。

上海世博会各展馆在建筑自然通风和采光方面也进行了重点设计。

例如
作为世博会永久性建筑，“一轴四馆”——世博轴、中国馆、主题馆、世博中心和演艺中心在
这方面就着重考虑了。

先说世博轴，世博轴在解决采光通风上引入了“阳光谷”的概念。

地下
空间给人的印象大多是昏暗与沉闷，然而世博轴的“阳光谷”使得这一问题迎刃而解。

6个巨
型圆锥状“阳光谷”分别分布在世博轴的入口及中部，它们的独特形态能够帮助阳光自然倾斜
入地下，既利于提高空气质量，又能节省人工照明带来的能源消耗。

世博中心通过采用先进
的幕墙系统——玻璃结合铝板、陶板、石材等形式不同的组合幕墙，呼吸式玻璃幕墙系统(又
称双层幕墙或热通道幕墙)和低辐射中空玻璃等新一代产品，满足人们在室内对充足阳光和清
新空气的追求。

瑞士馆和意大利馆基于自身材料的特点在采光处理上独具特色。

瑞士馆由于
结构表面采用了幕帷，幕帷足够透明，能让光和空气穿透，同时屋顶草场上连续运转的缆车
座椅会产生自然风，给空间带来更高的舒适度。

而意大利馆的创新之处就在于使用了新型的
材料透明水泥，借助这种水泥里的光学纤维，可以产生出含蓄的半透明视觉效果，使得整个
外立面以部分透明和部分半透明的形象展现在观众面前。

而建筑中的光伏玻璃不仅可以提高
太阳能的利用率，集成到光伏玻璃外壳中的一些元素还可以有效防止有害物质的辐射。

不论
白天还是夜晚，馆外的观众都能够感受到来自馆内的活力，反之，馆内的观众也可以随时洞
悉馆外的一切。

意大利馆在高新科技创新方面的成就，建筑材料的创新、生物气候学的运用、建筑构造以及对水和光的大胆使用等方面确实成为了意大利文化和创意的里程碑。

三、保温隔热与节能
上海世博会高度重视建筑主体的节能，提高围护结构的保温隔热性能，减少能源的散失。

具
体措施包括隔热玻璃，双层玻璃，中空隔热金属板等比较传统的办法。

同时，还研究探索了
一些新颖的办法。

例如世博会主题馆通过生态绿墙来调节室内温度，在其东西立面设置面积
达5000平方米的垂直生态绿化墙面，这是迄今世界上最大的生态墙。

夏季，可利用绿化隔
热外墙阻隔辐射，并使外墙表面附近的空气温度降低，降低传导；冬季，既不影响墙面得到
太阳辐射热，同时可形成保温层，使风速降低，延长外墙的使用寿命。

世博演艺中心则依靠
其飞碟外围的绿坡为场馆延地下空间保温隔热，事实上也是屋顶覆土技术的一次应用。

同时，它飞碟状的外观也体现出了生态节能的理念，演艺中心的下层圆弧表面形成了自遮阳体系，
在高温季节避免阳光直射。

世博中心的建筑外墙也采用自遮阳系统，在炎热的夏日，可以阻
挡一部分直射的阳光，减少过多热量进入室内，既减少能耗，又创造了舒适的室内环境。

芬
兰冰壶馆则同时采用自然通风系统和进风系统来调节室内气温以达到减少空调使用的目的。

“冰壶”的墙壁和顶部的开口促进了自然通风；它的进风系统可以将室外水面的冷空气收集起
来并循环到室内进行降温，内庭院的厚实墙体在主入口的坡道处形成自然的流线。

新型轻质
墙面减少了日照引发的热强度，同时，墙体和屋顶上的开放式“窗户”有助于自然的、虹吸式
的通风，太阳的热量被空间的分割和窗户的滤光作用缩小并降低，而房顶种上植物则用来均
衡热负荷，调节室温。

四、能源综合利用
世博会园区内采用的是冰蓄冷空调，分区域集中冷站，太阳能光伏发电等技术，体现了前瞻
性和实用性。

公共活动中心项目之中，就在屋面设置了约2兆瓦的太阳能光伏发电独立系统，将太阳能转换为电能。

例如主题馆屋面就大面积铺设了太阳能板，采用并网发电运行方式，
将太阳能发电传回城市电网中。

太阳能总发电量2.57兆瓦(1兆瓦等于1000千瓦)，为目前国
内最大的单体面积太阳能屋面。

太阳能板面积达3万平方米，年发电量可达250万度，每年
减少二氧化碳排放量约2500吨。

中国国家馆则不仅利用了太阳能技术，在馆顶、外墙上都
装上太阳能电池，实现照明用电全部供给外，还将采用制冰技术降低电负荷，使得建筑的节
能系统能耗比传统模式降低25%以上。

世博中心通过低温送风系统、冰蓄冷系统等设计，降
低空调的运行能量，保证了室内空气质量的同时也达到了节能的目的。

世博演艺中心则通过
低耗能的环保材料，LED新型光源代替传统照明，利用江水冬暖夏凉的特点引入黄浦江水形
成新型高效节能的空调系统等技术方法使建筑比传统模式耗能降低。

世博轴利用江水源、地
源热泵也实现了使其冬暖夏凉的特点。

世博轴设计巧妙利用了它巨大公共通道的下面桩基及
底板铺设的700公里长的管道，形成地源热泵。

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源，既可供热又可制冷的高效节能空调系统，由此可利用世博轴靠近黄浦江的优势，引入黄浦江水作冷热源，用全生态绿色节能技术营造舒适宜人的室内环境。

与使用太阳能板不同，瑞士馆相当一部分建筑能耗将用一种新型光电池提供。

与其他的光发电技术不同的是它是通过人工光合作用将光能转换成电能的。

这种发电机制的优点在于成本很低，而且减少了制造过程中对环境的污染。

与常见的光伏电池相比，这种电池在不太强烈的光照下也能很稳定地工作，非常适合上海的天气。

在雨水收集方面，各场馆也都设有雨水收集系统，主要是实现雨水的循环利用，利用天然的雨水进行绿化浇灌、道路冲洗。

总之，各场馆都在世博会园区里充分展现了其节能、环保、绿色的生态理念。

每一次世博会都会给我们带来一次强烈的视觉冲击，很多新的技术和新观念也是由这些标新立异的博览建筑推向世界的。

从“人—自然—科技”为主题的汉诺威世博会到以“自然的睿智”为主题的爱知世博会，生态、环保、和可持续发展越来越成为当前人类关注的焦点，而上海世博会的主题“城市，让生活更美好”更促使设计师对人类自身与城市环境之间的关系进行更深入的思考，因此在本届世博会的场馆设计中，绿色建材和生态环保技术的运用也成为了它们共同的特点。

笔者相信上海世博会将为未来城市化进程提供一个生态和谐城市的蓝本，为建筑节能技术的发展也提供了一个理想的实践平台。

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