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北京林業大學材料科學與技術學院教授高穎演講:《木結構建筑與人居環境》

2022-07-08 15:24:03來源:中房網

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??中房網訊  2022年7月6日 由中國房地產業協會、國際竹藤中心、中國林產工業協會、中國林業科學研究院木材工業研究所、中國木材保護工業協會發起的“首屆現代木竹結構建筑與人居產業論壇”在北京正式啟幕。 論壇以“順勢筑質量新高、合力謀低碳未來”為主題,集聚行業優秀產學研力量,分享國內外現代木結構最新研究成果,研討現代木竹結構建筑技術發展與應用的焦點與痛點。在此次論交流會上,北京林業大學材料科學與技術學院教授高穎主要從以下三個方面進行了演講。

??一是舒適和健康。她從木結構建筑的特點入手,分享了木材可以調節環境濕度、有利于視聽覺舒適,神經松馳、減少細菌滋生等相關實際案例。

??二是綠色與低碳,綠色、生物質的特性。她指出,木結構建筑、木質建材有綠色和低碳的效果。

??三是節能與環保。她認為,木材跟鋼筋、混凝土相比,木材的綜合性能更強,比如在抗壓、抗拉等綜合性能方面,木材具有最優越的性能。

??此外,據清華大學國際工程項目管理研究院報告顯示,如果用木結構替代鋼結構,可以節省27.75%的能源和39.2%的水,如果用木結構代替混凝土可以節省45.24%的能源和46.17%的水,木結構比輕鋼結構降低9%到10%的能耗,所以,木結構建筑的天然節能力非常顯著。

??以下為文字實錄:

??高穎:尊敬的線上和線下的各位領導、各位專家以及關注和支持木結構發展的各位同仁,大家下午好!非常高興今天有這個機會相聚在一起,來探討木結構建筑與人居產業的論壇。

??我是兩周以前跟朱彩清秘書長聯系,我們聯系的時候就說到有這樣一個論壇,剛好那時候我剛剛結束了在林大的選修課—木結構建筑與人居環境,非常契合這個主題,我欣然受命,今天有機會在這里跟大家一起交流,也把我將近20年從事木結構建筑的產業、國內外的一些情況,在這里跟大家用20分鐘的時間分享一下,其實更期待我們在線下以及在未來能夠就木結構建筑以及人居的話題進行更多的交流和探討。

??今天我就三個方面跟大家進行探討和交流,說到木結構大家最重要的認識,從我個人來說大概有這三個方面:一是舒適和健康,因為它是一種生物質材料,是一種綠色建材,天然的生物質材料,最初給我們的感受就是舒適和健康。二是綠色與低碳,綠色、生物質的特性;三是節能與環保。希望通過這三個方面的交流,跟大家達成一個小小的共識。

??一、舒適與健康

??1.調節濕度

??這些材料我主要是引用日本學者研究的成果,這也是我在課堂上面給大家分享的。木結構建筑健康、舒適,其實不只是說看它的顏色和主觀感受,是有很多科學依據的。首先,木材作為一種生物質材料可以調節濕度,調節濕度是因為它有管孔,外面的空氣濕度高的時候,木材可以吸收水分,當外界的濕度降低時,木材可以通過管孔釋放水氣。國外的科學家做了這樣一個研究,從三種材料進行對比,膠合板、塑料薄膜、百葉箱,百葉箱是外界自然濕度的變化,外面濕度變化的時候,隨著時間的變化,太陽出來的時候,濕度降低,太陽落山以后濕度變高,是這樣一個自然規律。塑料薄膜隨著外面環境的變化,自然的跟著它的變化。我們看膠合板是一種木質材料,濕度基本保持不變,在外界環境50%的時候,無論是太陽生氣還是落下,它保持他的濕度基本不變。所以生物的這種調節作用,作為人居環境的時候,可以充分的去設計和利用。

??2.視覺舒適

??木材看起來非常舒適,視覺感官非常好。其實它也有科學依據,不僅是木材的紋理、顏色是暖色調,木材本身有這樣的特殊功能,也可以叫特異功能,是可以吸收紫外線,反射紅外線。紫外線對于人體皮膚、視覺、視網膜都有一定的破壞作用,所以夏天會防曬,戴各種墨鏡,這時候木材有天然的阻隔紫外線作用。我們看它的分光反射率可以看到,木材是綠色這條線,木材的分管反射率在紫外線階段非常低,被吸收非常多,到了可見光波段以后,分管反射率在提高,到了紅外線就升得非常高,跟其他的混凝土、鋁合金比較而言,吸收紫外線的能力比較強,同時紅外線反射以后,讓人視覺比較溫暖。所以我們看到木材很溫暖的時候,不只是顏色給我們帶來溫暖的感覺,其實還有它的科學性能帶給我們舒適感。

??我們看到木材舒適,這也是國外科學家做的研究,通過人的主觀感受度,你看到了木材或者木質環境,通過腦部的血流量以及脈搏變化來檢測,人體舒適度,用了三重情況,室內裝修木材占到30%、45%、90%的時候,最終的結果是人體大概在室內環境面積占45%的時候,人體感覺是較為舒適的,通過人體的主觀感受以及生理變化檢測以后得到的結論。所以,內部的裝修,包括建筑適度的采用木結構、木材進行裝飾裝修和建造,會對人的身心非常有益。

??3.聽覺舒適

??木材也是生物質帶管孔的材料,是一種天然的有利于聽覺的材料。這也是國外科學家做的一個研究,用木結構建造的音樂廳做了檢測,基本上由木結構建造的音樂廳,最佳混響時間都分布在這條線的上下,天然是一種對于聽覺非常有利的材料。木材可以適度的吸收和反射聲音,所以我們的聲音可以聽起來更加圓潤動聽。國家大劇院大家可以觀察一下,歐洲的高級音樂廳都是這樣,木質材料使用非常廣泛。

??4.觸感舒適

??我們現在通過各種研究發現,用木材、金屬和絲綢三種材料進行觸覺研究以后發現,通過脈搏和血壓來檢測,觸摸到不同材料以后身體的感受,最終結論是和金屬相比,木材、絲綢的天然材料,在人體應急變化是非常低的,對于人才來說,木材、絲綢更有利于我們的身心。

??5.利于神經松馳

??因為樹木可以揮發出很多有機物,比如芬多精,可以讓我們沉浸、放松,通過腦部的血流量、血壓檢測以后,結論是樹木的芳香可以對人體的放松和沉浸起到促進作用。

??6.減少細菌滋生

??不同的木材可以產生不同的抑菌效果,當然跟樹種有關,分類比較多。我們通過對柏木的研究發現,放了柏木精油的木材里,細菌的存活率大概只有2天左右,如果沒有放精油,25天的時候細菌還很活躍。所以通過這樣的一些實驗以后可以通過的使用合適的樹種和木材對于室內和生存環境產生良好的效果。右邊也是,不同的樹種,比如柏木可以抑制蟲螨的產生。因為樹種不同,效果也不一樣,我們充分用好各種樹種,促進人居環境的提升。

??二、綠色與低碳

??木結構建筑還有木質建材有綠色和低碳的效果。

??1.木材是天然可再生的綠色建材

??在現代社會想建一棟建筑,最常用的結構材料有:混凝土、磚瓦結構、鋼材、木材。這幾種材料剛才張宏教授講的時候我印象就特別深,他就做了一個對比,生產一噸混凝土的時候,要釋放一噸二氧化碳,其他的幾種結構形式都是類似的,在建材生產過程中,是排放二氧化碳的,但是木材在生長過程中是吸收二氧化碳的,剛才張宏教授也講到了相同的數據,我們相互印證了。

??2.木材具有天然的固碳特性

??從小樹苗成長到參天大樹,最后采伐下來作為建材使用的時候,每生長一立方米木材的時候,吸收了一噸二氧化碳。采伐下來以后,這些碳就儲存在木材里面,采伐以后重新種上小樹苗,生長過程中重新去吸碳、固碳,然后再采伐下來,形成這樣的良性循環。所以我們一直希望能夠倡導,希望建立木材使用的良性循環。

??3.木結構建筑是碳的儲存庫

??剛才張宏教授也談到,它會排放氧氣,無論是樹還是花花草草,每生長出一立方米的木材,還會排放出0.75噸的氧氣,這是目前已經基本達成共識的數據。吸收二氧化碳、排放氧氣以后,所有的碳就儲存在木材里面,可以做木結構建筑、家具、木質建材等等,最后這些碳就固化在所有的建材里面。所以現在我們也在倡導,合理的使用木質建材,將會對我們的人居環境產生非常有利的促進作用。

??4.木結構建筑將碳匯從森林擴展到城市建筑

??如果從森林、木材的角度探討碳的儲存的問題,這張想跟大家分享在整個大環境下,我們的碳庫其實是通過一種生物質碳源慢慢的風化形成的一種能源物質,最終大氣碳儲存量慢慢減少,隨之我們儲存的這些碳通過城市、工業、交通等等發展,我們大量使用化石能源、使用礦物質建材以后,加速了能源消耗以及碳排放,所以在整個過程中,整個社會形成了非常大的碳庫消耗。

??作為一種補充,木結構建筑或者木竹建材最終會形成非常好的碳匯效應,最終作為有益的補充,補充我們的陸地碳儲存。在座的有專家,這方面我個人需要學習的地方還很多,作為一種觀念和理念來說,我覺得這是一種我們對待地球負責任的一種態度。

??這是友綠網、預制建筑網統計發布的全球十大碳中和建筑統計,我們發現十大碳中和建筑可以說遍布各地、各個國家,非常重要的弓形,就是十個碳中和建筑里面,有八個碳中和建筑或多或少的使用了木材,木結構占有的比例非常之高,以木質建筑為主的。我們現在很多的建筑不只是純木建筑,今天上午陳總的報告我也在聆聽,也談到現在的木結構建筑是一種跟鋼、混凝土等等的組合建筑,我們宜木則木,適合木的地方用木,這是我們的理念。這十大碳中和建筑非常充分的證明木材在碳儲存方面的能力和貢獻。

??這棟建筑剛才武處長也給我們介紹了,這個建筑在武處的帶領一下,在加拿大林創支持之下,我們跟城建一起緊密合作研究的。當時我們跟林創的秦總,在這幾棟建筑上花了心血,以木結構為主的在雄安新區白洋淀服務中心的三棟木結構建筑,我們對它進行了碳排放計算,計算完以后跟等效的鋼凝混凝土建筑相比,木結構建筑在建造階段的碳排放降低大約10%,如果考慮木材在生長過程中的固碳效果,碳排放可以比等效混凝土建筑降低19%。我們做這個只是對在建材生長階段,其他的階段我們認為可能它的運輸、使用階段差別不是特別大,所以我們就專門把建材階段進行了單獨的研究。其他兩個方面我們也計算了,這里我們只分享建材生產階段。

??這三棟建筑我們進行了對比,因為基礎都是混凝土的,主體建筑進行對比以后,發現木結構建筑的固碳效果和降低碳排放的能力讓我們有點吃驚,如果考慮在建材生產階段,考慮固碳甚至可以降低40%以上。因為碳排放因子庫目前不是特別完善,我們全世界找了木結構建筑碳排放因子,同時還有一些計算方法,包括國內標準里面沒有包括回收階段等等這樣的問題存在,但是我們盡可能把它進行一個研究。

??這是加拿大UBC建筑的18層學生公寓,這個碳排放測算相對比較準確,這個高層建筑里面碳排放、碳固存的效果更明顯,這棟建筑里面存儲了1753噸二氧化碳,非常形象。

??三、節能與環保

??木材跟鋼筋、混凝土相比,三大建材里面統計以后發現,作為建筑材料,木材的綜合性能更強,比如抗壓、抗拉等等綜合性能來說,木材具有最優越的性能。在清華大學國際工程項目管理研究院的一個報告,他們研究以后發現如果用建造階段的能源水的消耗,如果用木結構替代鋼結構,可以節省27.75%的能源和39.2%的水,如果用木結構代替混凝圖可以節省45.24%的能源和46.17%的水,木結構比輕鋼結構降低9%到10%的能耗。所以,木結構建筑的天然節能力非常顯著。

??這些照片是木結構建筑的施工照片以及建筑垃圾回收照片,現場非常干凈,基本都是干作業,粉塵的污染天然就沒有。有一次到日本的木結構工地上需要脫鞋才能進入工地,非常干凈。

??右邊的照片是在日本的積水房屋拍的,是資源循環中心,把所有現場施工的建筑垃圾打包分類,然后回收到資源循環中心,分門別類運到各個地方,拆下來的管就是管,線放在一起,防火石膏板放在一起,釘放在一起,分類回收以后進行加工利用,號稱零垃圾。

??談到建筑垃圾,我個人也一直在憂慮這樣的事情,除了資源以后,建筑垃圾何去何從,木材是可持續的,如果拆除回收以后,至少可以把木材放在自然界,讓它自然降解。現在每年建筑垃圾的增量達到數十億噸,對于環境是非常大的威脅。如果未來可能的情況下,木結構建筑作為一種選擇,在適合的地域、適合的領域、適合的建筑形式上采用,我想對于人居環境將會是一種非常有利、友好的貢獻。

??這張也是木結構建筑在回收利用,采伐下來、利用以后再回收利用的循環照片,現在雖然木結構建筑量還不大,但是我們要考慮來世,現在是今生,這是我們對它的一個設計。

??以上就是今天的報告,非常感謝大家!希望有機會跟大家多多交流,謝謝!

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