Leon Glicksman 在设计建筑时注重提升能源效率。和麻省理工学院的许多同事一样，他手中也有一系列高科技成果。他开发气凝胶板材以改善隔热性能，并开发软件工具为建筑师提供指导。这位建筑学与机械工程教授表示，在全球范围内，既有建筑的改造和新建建筑的建设都将同时需要这两类技术。
不过，尽管这类应用颇具吸引力，Glicksman 补充说，解决方案并不一定要出自实验室。有时答案就像开窗通风一样简单，关键在于知道何时开窗。归根结底，他所有工作的核心，正是这种知识的普及：即如何使系统实现最优运行，或证明不同方法的有效性。
隐形的问题
Glicksman 的研究重点是隔热，具体而言是控制热量通过墙体的流动及其散失。解决热量流动不理想的问题，是一种相对容易且必要的方案。Glicksman 表示，仅中国每年就在建设1000万套住房单元；十年内，该国新增的建筑面积将相当于所有欧洲国家的总和；印度也正在推进雄心勃勃的住房建设项目。面对如此庞大的建设规模，在项目启动之初就解决供暖和制冷问题，将是最审慎、最具成本效益的做法。
但这种主动性并非总是可行。美国拥有1亿套住房单元，但每年仅新建100万套。于是，改造现有存量建筑便成为迫切需求。Glicksman 表示，有些结构相对容易向墙体中填充更多隔热材料，但另一些结构，例如砌体建筑，则无法做到这一点。
一种选择是使用气凝胶。这项技术并非新技术，但Glicksman与麻省理工学院材料科学与工程教授 Lorna Gibson合作开发了一种耐火隔热板。其纳米级孔隙可捕获空气分子，减少热量通过墙体的传递，使温暖或凉爽的空气能够留存在室内，从而降低对机械系统的依赖。
尽管解决方案看似简单，但挑战依然存在。Glicksman 表示，从定性角度看，由于隔热材料不可见，因此不太引人注目，而人们往往更青睐外观上引人注目的方案。从定量角度看，气凝胶质轻且强度较低。结构必须足够坚固，才能将板材固定在一起，然后再填充隔热材料。Glicksman 就该项目与一家大型化工公司合作。该公司不看好其经济性，因此项目并未推进。“但我认为，如果想将气凝胶用于这些用途，我们在克服其中若干难题方面取得了一些进展，”他说。“我们成功地将气凝胶的隔热性能与传统墙板的结构刚性结合了起来。”
Glicksman 补充说，找到实用的板材仍然是一项迫切任务。无论是新建还是既有建筑，都需要价格可承受的隔热方案。在印度和巴基斯坦北部等国家，一些人负担不起供暖或制冷设备。极端温度不仅对住房造成不利影响，冬季学校还不得不停课数月。
这些板材将发挥两项作用。它们既能让学校持续开课、提供受教育的机会，也能使人们在生活水平提高时，已经习惯并投入使用这项技术。“仅仅应用一种廉价的隔热系统，就可能从根本上改变那一地区的教育计划，” Glicksman 表示。
另一种可能性是，由 MIT Tata Center 支持的印度一个近期项目，正在测试结合隔热与结构功能的新型屋顶设计。Glicksman 表示，初步迹象显示，当与夜间自然通风及外墙隔热相结合使用时，在一天中最炎热的时段，室内温度比室外低5至7摄氏度。
借助自然风力
技术有时确实是所需的解决方案，但Glicksman表示，它并非唯一的办法。以自然通风为例：正如Glicksman所解释的，开窗通风显而易见且有效。障碍在于，许多建筑并不具备这一条件。Glicksman 正与日本和中国的开发商合作，开发能够将室外空气引入室内的新型建筑结构。供暖和空调系统仍将保留，但Glicksman采用的是多种要素的组合：引入风扇，在夜间抽入空气；白天关闭窗户，以留住凉爽空气；并铺设混凝土地板，无需空调即可维持白天舒适的温度。他表示，这样一来，对机械系统的依赖至少可以减少一半，旧金山和波士顿的一些建筑已实现了这一效果。
Glicksman 在东京市中心一栋建筑中采用的另一种低技术方案是开放式平面布局。将其与中央风道相结合，可形成烟囱效应，使凉风循环流动，并排出废气。Glicksman 表示，这种设置是交叉对流自然通风的良好替代方案，尤其适用于风力不足以穿过低层楼层的地方。
这些方法面临的挑战在于教育。人们认为它们不够有效，但根本问题往往在于系统设计不当，或者更基础地说，系统运行不当。Glicksman 表示，有一次，某栋建筑的供暖和制冷设备在不知情的情况下同时运行。这一问题产生了双重影响：建筑从未达到最高效率；而且由于人们从未见到真正的成效，对任何形式的变革都会滋生怀疑，他说。
开好局
Glicksman 表示，与大多数问题一样，要将建筑缺陷降至最低，并没有万能良方。在理想情况下，最接近的解决方案是综合设计，即在项目初期同步安装窗户、地板、电器、照明以及供暖和制冷系统。这一做法合理，并能消除运行上的重叠，但需要更多前期投入。由于采用综合设计，增加的成本可能不大，但这笔支出往往由并不承担水电等公用事业费用的开发商承担。
同样，关键仍在于教育，以及建立必要的激励机制。就中国和印度而言，结合其建筑规模预测，希望说服政府相信：长期能效与更舒适的工作环境及更高的劳动生产率相关。此外，还有一种更为普遍的诉求。“如果人们意识到被动式手段也能营造舒适的环境，他们就不会那么热衷于全年使用空调，”Glicksman 表示。“也许我们可以开始将指针朝正确的方向拨动。”
作为这一推动工作的一部分，Glicksman 开发了一款软件，使建筑师和设计师在绘制方案时，能够看到与日照水平、窗户布置、气流、舒适度和节能相关的不同性能情景。该技术不会确定最优设计，但会提供建议。
最终，这可能带来更明智的建设决策；随后，技术还可以对建筑进行监测。故障和能量损失点可被记录、精确定位并加以修复。这种解决方案可能小到调整某一区域的空调，或确保夜间通风口已正确关闭。与气凝胶隔热一样，这些未必是令人兴奋的内容，但往往最具成效。Glicksman 说道：“有时候，简单就是好。”
本文与 MIT News合作发布。刊发本文并不代表世界经济论坛认同其中观点。
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作者：Steve Calechman 为 The MIT Liaison Program 成员。
图片：展示位于巴西利亚的普拉纳尔托宫（Planalto Palace）景观。REUTERS/Ueslei Marcelino.
