扎根西部 服務(wù)高原
——西建大青藏高原太陽能建筑團隊三代學(xué)人訪談

王俊/WANG Jun

采訪人單位：西安建筑科技大學(xué)

青藏高原等邊疆地區(qū)是維護我國領(lǐng)土安全的前沿陣地。高原氣候條件嚴苛、冬季漫長，常規(guī)能源匱乏、供給困難，人居環(huán)境品質(zhì)提升和生態(tài)環(huán)境保護面臨極大挑戰(zhàn)。但青藏高原太陽能資源極為豐富，極具作為清潔供暖的技術(shù)條件，對當?shù)靥柲苜Y源充分開發(fā)利用，可成為提升藏區(qū)人民宜居水平、節(jié)約常規(guī)能源、減少碳排放和保護自然環(huán)境的全新途徑。

自2005年起，以中國工程院院士劉加平為代表的西安建筑科技大學(xué)青藏高原太陽能建筑研究團隊三代學(xué)人，扎根西部，服務(wù)高原，立志為青藏高原地區(qū)建成“靠太陽就能取暖”的房子，在低壓缺氧環(huán)境下室內(nèi)外設(shè)計參數(shù)體系、地域性藏式被動式太陽能建筑設(shè)計原理與方法、全鏈條太陽能供暖節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)等方面取得多項創(chuàng)新性研究成果，形成了青藏高原特有的以主被動太陽能為主的區(qū)域性近零能耗建筑技術(shù)體系，在基本不消耗常規(guī)能源的基礎(chǔ)上，使得青藏高原居住環(huán)境品質(zhì)達到宜居標準。

如今，在該團隊的持續(xù)研究和技術(shù)引領(lǐng)下，青藏高原近零能耗太陽能建筑體系已進入全面普及階段，相繼在青海剛察、玉樹，西藏拉薩、浪卡子、當雄、日喀則等地建設(shè)各類太陽能供暖試驗/示范工程20余處，面積約20萬m2，推廣近1000萬m2，受益人群超過50萬人，對當?shù)匾司由钏教嵘⑸鷳B(tài)環(huán)境保護起到良好的促進作用。

2020年6月28日，西藏自治區(qū)科學(xué)技術(shù)獎勵大會在拉薩舉行，該團隊牽頭完成的“西藏高原可再生能源供暖關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用”成果榮獲西藏自治區(qū)科學(xué)技術(shù)一等獎，而30萬獎金全部捐回西藏用于扶貧。

1 劉加平訪談

問：是什么樣的契機讓團隊開啟了服務(wù)藏區(qū)的科研之旅？

劉加平：很早就在教科書中知道拉薩市是陽光之城，是國內(nèi)外太陽能最豐富的地方。由于此前未去過青藏高原，感覺那是一個神秘的地方。在國家標準《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范（GB50176）》中，將西藏自治區(qū)的拉薩、山南、日喀則等地區(qū)劃為寒冷氣候區(qū)，阿里和那區(qū)等地區(qū)劃為嚴寒氣候區(qū)，但均未區(qū)劃為采暖區(qū)。2005年初，作為西安建筑科技大學(xué)“支援西藏，為當?shù)嘏囵B(yǎng)建設(shè)人才和業(yè)務(wù)骨干，異地舉辦工程研究碩士班”的授課導(dǎo)師組成員，終于有機會踏上那片美麗的土地。到達當晚，在住所室內(nèi)沒有看到供暖設(shè)備，很是擔(dān)心晚上受凍。實際體驗后發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)寒冷的程度依然在可忍受的區(qū)間內(nèi)。周末課余時間，參觀了拉薩周邊的城鄉(xiāng)居民住宅看到一個奇怪的現(xiàn)象：市區(qū)的住宅建筑，設(shè)計基本上沒有考慮被動利用太陽能。村里的藏民住宅，雖然考慮了太陽能取暖，但冬季室內(nèi)熱環(huán)境遠離熱舒適區(qū)。授課結(jié)束時，一個“太陽能富集區(qū)超低能耗建筑設(shè)計研究”重點項目建議構(gòu)思基本完成。

問：團隊初期遇到了哪些困難，做了哪些準備工作？

劉加平：2005年初至今，我已經(jīng)進藏近30次。初期在拉薩河周邊鄉(xiāng)村的實地調(diào)研和測試曾遇到很多困難，包括團隊成員不同程度的高原反應(yīng)，語言交流不暢，藏族村民的不信任等。但由于我們獲得了國家自然科學(xué)基金重點項目支持，當?shù)卣鞴懿块T還是給予許多支持。記得2006年夏天，遇到當時擔(dān)任西藏自治區(qū)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)廳副廳長的住建部援藏干部田國民，他聽說我們要做的事以后，傾其所能對研究工作和實地測試調(diào)研給予了全力支持，特別是美國華盛頓州立大學(xué)建筑學(xué)院院長等師生一行10人與我們團隊師生在拉薩等地的聯(lián)合考察調(diào)研，沒有田國民副廳長的細心周到的安排，是不可能完成甚至不可能進行的。隨著工作的逐漸深入，我們也與許多藏族村民成為了好朋友，為全面完成研究任務(wù)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2 劉艷峰訪談

問：當年是抱著怎樣的信念參與到項目研究的？

劉艷峰：跟隨劉加平院士做科研為我們樹立了一種情懷和一種價值觀，那就是我們在貧困地區(qū)、邊疆地區(qū)，做陜北窯洞也罷、為青藏“送暖”也罷，都是致力于提高弱勢群體的生活條件，以改善他們的人居環(huán)境為己任，雖然在那些艱苦的地方，不會形成明顯的經(jīng)濟價值、個人收益，但我們的科研可以轉(zhuǎn)化為標準，轉(zhuǎn)化為社會公益，這時候自身的學(xué)術(shù)價值就體現(xiàn)出來了。我們就是以這樣的一種信念和情懷，帶著碩士生、博士生七八十人，不斷地去西藏做調(diào)研、做測試，和藏族同胞吃住在一起，一些藏族同胞剛開始也是心有戒備的，但后來和我們都成為了很好的朋友。雖然當時確實很苦，高原反應(yīng)造成的頭暈惡心，衛(wèi)生和醫(yī)療條件也跟不上，那種情況下，沒有一定的信念，可能真的堅持不下來。

問：什么時候首次開啟了系統(tǒng)化的工程建設(shè)？目前“示范點”現(xiàn)狀如何？

劉艷峰：2008年，我?guī)ьI(lǐng)團隊與青海當?shù)乜蒲袉挝宦?lián)合申報項目，為海北藏族自治州剛察縣解決100戶藏族牧民的定居工程提供技術(shù)支持，首次進行了規(guī)?；肮こ虒嶒灐?。那時，我們把本該屬于項目組的100萬研究經(jīng)費，全部投入到了工程建設(shè)中，而團隊的所有研究花費都是自掏腰包。我們的愿望很簡單，就是要為牧民蓋好房子，蓋成我們想要的房子！

2019年底，西藏浪卡子縣城區(qū)實現(xiàn)太陽能光熱集中供暖，成為中國首個整個地區(qū)完全依靠太陽能的規(guī)模化區(qū)域采暖“示范地”?，F(xiàn)在去就可以看到，特別震撼，23,000m2的太陽能集熱場一望無際，實現(xiàn)了不用煤、不用氣、不用電就能溫暖整個縣城逾80,000m2的千家萬戶。

問：主被動組合式太陽能建筑是利用怎樣的原理？

劉艷峰：我們研發(fā)的這套太陽能建筑系統(tǒng)，采用主被動式相結(jié)合的原理，也就是白天靠太陽加熱墻體、窗戶等收集熱量，晚上把熱量按照“科學(xué)配比”供給所需的室內(nèi)空間，墻體既能采集太陽加熱空氣，又能實現(xiàn)新鮮空氣對流，實現(xiàn)采集到的太陽能熱量最大化利用。

1 青藏高原氣候環(huán)境極端

2 劉加平院士（中）、劉艷峰教授（左）、王登甲教授（右）

3 高原藏區(qū)傳統(tǒng)建筑、牛糞爐、牛糞墻

把基本原理搞清楚、關(guān)鍵技術(shù)方法找到以后，隨后要找到合適的技術(shù)組合方式去用，我們提出一套類似組合拳的方法叫全鏈條優(yōu)化方法。首先規(guī)劃的時候，就要關(guān)注地點的選擇，比如每個建筑的朝向關(guān)系到能源的利用。而建筑體型的設(shè)計，既要符合當?shù)氐牟刈宓娘L(fēng)格，也要最大化利用太陽能，墻體可以根據(jù)被動太陽能利用原理進行相應(yīng)的開發(fā)，以實現(xiàn)南向房間不需要采暖系統(tǒng)便可以滿足基本要求，而僅需要給北向房間的夜間時段供暖就夠了，這樣可以大大節(jié)省太陽能供暖系統(tǒng)投資費用。晚上溫度其實需要一定程度的自然降低，緩慢降低，這是符合人體的生理需求的。藏民的生活特點是以家庭為單位，主要活動區(qū)域都是客廳或者主臥室，所以我們通過大量實地調(diào)研掌握了藏民行動規(guī)律，從而進行熱量分配。

4 青海剛察縣農(nóng)牧民定居點太陽能示范工程

5 西藏浪卡子縣太陽能集中供暖工程

6 青藏高原系列太陽能供暖示范工程

7 分時分區(qū)熱環(huán)境調(diào)節(jié)思路及末端技術(shù)

8 高原太陽能供暖系統(tǒng)故障分析

而且，我們進一步形成了從村鎮(zhèn)規(guī)劃、建筑設(shè)計開始到建筑保溫、被動太陽能增溫、主動太陽能供暖、建筑分時分區(qū)調(diào)節(jié)等成套的太陽能建筑供暖方案，可以應(yīng)用于大規(guī)模集中供暖，也適合單個的一村一戶。

問：還有哪些技術(shù)發(fā)明為當?shù)鼐用駧砹恕皽嘏保?/p>

劉艷峰：我們形成的針對性的技術(shù)專利有20多項。舉幾個例子吧，通常而言，建筑供暖并非給房間本身供暖，是給房間的人供暖，我們根據(jù)人體睡眠熱舒適特征，發(fā)明了一種晝夜兩用型“暖床”，既能白天當散熱器，又能晚上當暖床取暖器?？紤]到藏區(qū)人民祖祖輩輩對寒冷環(huán)境的適應(yīng)性，不能一下子供暖溫度太高。所以，晚上可以只給臥室供到12～15℃，甚至只給床體供暖，周圍形成一道熱帷幕，溫度剛剛夠用就好。此外，還開發(fā)出架空供暖地板、對流輻射供暖墻、相變?nèi)∨鞯阮愃频撵`活高效散熱末端技術(shù)，既符合人體生理需求，又節(jié)約供暖能源。

除了太陽能送暖，以后可能還要實現(xiàn)送氧、送濕……讓青藏高原地區(qū)建筑室內(nèi)的溫度、濕度、氧濃度，都非常健康、舒適，我們要讓青藏高原的人們生活得更幸福，要讓每年數(shù)以萬計奔赴此地的建設(shè)者、旅游者享受到無異于內(nèi)地的舒適的室內(nèi)環(huán)境，真正實現(xiàn)幸福宜居。

3 王登甲訪談

問：作為第三代學(xué)人是從什么時候開始參與項目研究的？

王登甲：我跟隨導(dǎo)師劉艷峰教授首次進藏是2007年7月，那時我還在讀研一，我們坐著火車從西安到拉薩，一晃就是十多年過去，到現(xiàn)在已經(jīng)記不清去過多少次了。那時我們每次去都走了很多的路，仗著年輕身體好，夏天去的時候還能吃得消，后來因為研究需要，我們幾乎都是冬天去，頭痛、嘔吐，晚上基本上睡不著覺，那種感覺太難忘了。

如果說2010年甚至更早之前屬于知識積累階段，到2015年之前是技術(shù)儲備階段，那么之后便進入了大規(guī)模的應(yīng)用階段，直到現(xiàn)在西藏太陽能供暖工程已經(jīng)遍地開花?；谇捌诘睦碚摵图夹g(shù)開發(fā)，我們很榮幸獲得了2019年度西藏自治區(qū)科學(xué)技術(shù)一等獎，這只是我們開展西藏建筑節(jié)能和清潔供暖工作的一個逗號而已。接下來，面對大量的太陽能示范工程項目，如何保障其安全可靠、長期穩(wěn)定運行便成為關(guān)鍵，近一年多我們又多次赴青藏高原開展太陽能供暖系統(tǒng)故障診斷與分析檢測研究，已經(jīng)取得了一定的成效。

問：后期全面推進可再生能源供暖技術(shù)優(yōu)化應(yīng)該做哪些工作？

王登甲：太陽能供暖技術(shù)最大的難題是可靠性、穩(wěn)定性和成本問題，在青藏高原地區(qū)，還有極端特殊環(huán)境引起的系列“高原病”問題。前期把這些工程都建好了，但是要把這些工程用好、用準，讓它安全可靠運行，如何更加精細化、智能化，就是我們要考慮和解決的現(xiàn)實問題。我們后續(xù)做的主要工作是如何克服太陽能供暖系統(tǒng)在高原的特殊性問題，如何實現(xiàn)太陽能光熱與光伏、風(fēng)電等可再生電力的有機互補，如何發(fā)揮好大規(guī)模水體蓄熱的熱匯能力，實現(xiàn)建筑熱環(huán)境分時分區(qū)按需精準控制，達到常規(guī)能源近零能耗運行等，全面提升青藏高原建筑綜合宜居環(huán)境水平，這些都是我們繼續(xù)深入研究的動力所在，為在高原地區(qū)建筑領(lǐng)域率先實現(xiàn)“碳中和”做出持續(xù)努力。