扎根西部 服务高原——西建大青藏高原太阳能建筑团队三代学人访谈

王俊/WANG Jun

采访人单位：西安建筑科技大学

青藏高原等边疆地区是维护我国领土安全的前沿阵地。高原气候条件严苛、冬季漫长，常规能源匮乏、供给困难，人居环境品质提升和生态环境保护面临极大挑战。但青藏高原太阳能资源极为丰富，极具作为清洁供暖的技术条件，对当地太阳能资源充分开发利用，可成为提升藏区人民宜居水平、节约常规能源、减少碳排放和保护自然环境的全新途径。

自2005年起，以中国工程院院士刘加平为代表的西安建筑科技大学青藏高原太阳能建筑研究团队三代学人，扎根西部，服务高原，立志为青藏高原地区建成“靠太阳就能取暖”的房子，在低压缺氧环境下室内外设计参数体系、地域性藏式被动式太阳能建筑设计原理与方法、全链条太阳能供暖节能关键技术等方面取得多项创新性研究成果，形成了青藏高原特有的以主被动太阳能为主的区域性近零能耗建筑技术体系，在基本不消耗常规能源的基础上，使得青藏高原居住环境品质达到宜居标准。

如今，在该团队的持续研究和技术引领下，青藏高原近零能耗太阳能建筑体系已进入全面普及阶段，相继在青海刚察、玉树，西藏拉萨、浪卡子、当雄、日喀则等地建设各类太阳能供暖试验/示范工程20余处，面积约20万m2，推广近1000万m2，受益人群超过50万人，对当地宜居生活水平提升、生态环境保护起到良好的促进作用。

2020年6月28日，西藏自治区科学技术奖励大会在拉萨举行，该团队牵头完成的“西藏高原可再生能源供暖关键技术创新与应用”成果荣获西藏自治区科学技术一等奖，而30万奖金全部捐回西藏用于扶贫。

1 刘加平访谈

问：是什么样的契机让团队开启了服务藏区的科研之旅？

刘加平：很早就在教科书中知道拉萨市是阳光之城，是国内外太阳能最丰富的地方。由于此前未去过青藏高原，感觉那是一个神秘的地方。在国家标准《民用建筑热工设计规范（GB50176）》中，将西藏自治区的拉萨、山南、日喀则等地区划为寒冷气候区，阿里和那区等地区划为严寒气候区，但均未区划为采暖区。2005年初，作为西安建筑科技大学“支援西藏，为当地培养建设人才和业务骨干，异地举办工程研究硕士班”的授课导师组成员，终于有机会踏上那片美丽的土地。到达当晚，在住所室内没有看到供暖设备，很是担心晚上受冻。实际体验后发现，室内寒冷的程度依然在可忍受的区间内。周末课余时间，参观了拉萨周边的城乡居民住宅看到一个奇怪的现象：市区的住宅建筑，设计基本上没有考虑被动利用太阳能。村里的藏民住宅，虽然考虑了太阳能取暖，但冬季室内热环境远离热舒适区。授课结束时，一个“太阳能富集区超低能耗建筑设计研究”重点项目建议构思基本完成。

问：团队初期遇到了哪些困难，做了哪些准备工作？

刘加平：2005年初至今，我已经进藏近30次。初期在拉萨河周边乡村的实地调研和测试曾遇到很多困难，包括团队成员不同程度的高原反应，语言交流不畅，藏族村民的不信任等。但由于我们获得了国家自然科学基金重点项目支持，当地政府主管部门还是给予许多支持。记得2006年夏天，遇到当时担任西藏自治区住房与城乡建设厅副厅长的住建部援藏干部田国民，他听说我们要做的事以后，倾其所能对研究工作和实地测试调研给予了全力支持，特别是美国华盛顿州立大学建筑学院院长等师生一行10人与我们团队师生在拉萨等地的联合考察调研，没有田国民副厅长的细心周到的安排，是不可能完成甚至不可能进行的。随着工作的逐渐深入，我们也与许多藏族村民成为了好朋友，为全面完成研究任务奠定了坚实的基础。

2 刘艳峰访谈

问：当年是抱着怎样的信念参与到项目研究的？

刘艳峰：跟随刘加平院士做科研为我们树立了一种情怀和一种价值观，那就是我们在贫困地区、边疆地区，做陕北窑洞也罢、为青藏“送暖”也罢，都是致力于提高弱势群体的生活条件，以改善他们的人居环境为己任，虽然在那些艰苦的地方，不会形成明显的经济价值、个人收益，但我们的科研可以转化为标准，转化为社会公益，这时候自身的学术价值就体现出来了。我们就是以这样的一种信念和情怀，带着硕士生、博士生七八十人，不断地去西藏做调研、做测试，和藏族同胞吃住在一起，一些藏族同胞刚开始也是心有戒备的，但后来和我们都成为了很好的朋友。虽然当时确实很苦，高原反应造成的头晕恶心，卫生和医疗条件也跟不上，那种情况下，没有一定的信念，可能真的坚持不下来。

问：什么时候首次开启了系统化的工程建设？目前“示范点”现状如何？

刘艳峰：2008年，我带领团队与青海当地科研单位联合申报项目，为海北藏族自治州刚察县解决100户藏族牧民的定居工程提供技术支持，首次进行了规模化“工程实验” 。那时，我们把本该属于项目组的100万研究经费，全部投入到了工程建设中，而团队的所有研究花费都是自掏腰包。我们的愿望很简单，就是要为牧民盖好房子，盖成我们想要的房子！

2019年底，西藏浪卡子县城区实现太阳能光热集中供暖，成为中国首个整个地区完全依靠太阳能的规模化区域采暖“示范地”。现在去就可以看到，特别震撼，23,000m2的太阳能集热场一望无际，实现了不用煤、不用气、不用电就能温暖整个县城逾80,000m2的千家万户。

问：主被动组合式太阳能建筑是利用怎样的原理？

刘艳峰：我们研发的这套太阳能建筑系统，采用主被动式相结合的原理，也就是白天靠太阳加热墙体、窗户等收集热量，晚上把热量按照“科学配比”供给所需的室内空间，墙体既能采集太阳加热空气，又能实现新鲜空气对流，实现采集到的太阳能热量最大化利用。

1 青藏高原气候环境极端

2 刘加平院士（中）、刘艳峰教授（左）、王登甲教授（右）

3 高原藏区传统建筑、牛粪炉、牛粪墙

把基本原理搞清楚、关键技术方法找到以后，随后要找到合适的技术组合方式去用，我们提出一套类似组合拳的方法叫全链条优化方法。首先规划的时候，就要关注地点的选择，比如每个建筑的朝向关系到能源的利用。而建筑体型的设计，既要符合当地的藏族的风格，也要最大化利用太阳能，墙体可以根据被动太阳能利用原理进行相应的开发，以实现南向房间不需要采暖系统便可以满足基本要求，而仅需要给北向房间的夜间时段供暖就够了，这样可以大大节省太阳能供暖系统投资费用。晚上温度其实需要一定程度的自然降低，缓慢降低，这是符合人体的生理需求的。藏民的生活特点是以家庭为单位，主要活动区域都是客厅或者主卧室，所以我们通过大量实地调研掌握了藏民行动规律，从而进行热量分配。

4 青海刚察县农牧民定居点太阳能示范工程

5 西藏浪卡子县太阳能集中供暖工程

6 青藏高原系列太阳能供暖示范工程

7 分时分区热环境调节思路及末端技术

8 高原太阳能供暖系统故障分析

而且，我们进一步形成了从村镇规划、建筑设计开始到建筑保温、被动太阳能增温、主动太阳能供暖、建筑分时分区调节等成套的太阳能建筑供暖方案，可以应用于大规模集中供暖，也适合单个的一村一户。

问：还有哪些技术发明为当地居民带来了“温暖”？

刘艳峰：我们形成的针对性的技术专利有20多项。举几个例子吧，通常而言，建筑供暖并非给房间本身供暖，是给房间的人供暖，我们根据人体睡眠热舒适特征，发明了一种昼夜两用型“暖床”，既能白天当散热器，又能晚上当暖床取暖器。考虑到藏区人民祖祖辈辈对寒冷环境的适应性，不能一下子供暖温度太高。所以，晚上可以只给卧室供到12～15℃，甚至只给床体供暖，周围形成一道热帷幕，温度刚刚够用就好。此外，还开发出架空供暖地板、对流辐射供暖墙、相变取暖器等类似的灵活高效散热末端技术，既符合人体生理需求，又节约供暖能源。

除了太阳能送暖，以后可能还要实现送氧、送湿……让青藏高原地区建筑室内的温度、湿度、氧浓度，都非常健康、舒适，我们要让青藏高原的人们生活得更幸福，要让每年数以万计奔赴此地的建设者、旅游者享受到无异于内地的舒适的室内环境，真正实现幸福宜居。

3 王登甲访谈

问：作为第三代学人是从什么时候开始参与项目研究的？

王登甲：我跟随导师刘艳峰教授首次进藏是2007年7月，那时我还在读研一，我们坐着火车从西安到拉萨，一晃就是十多年过去，到现在已经记不清去过多少次了。那时我们每次去都走了很多的路，仗着年轻身体好，夏天去的时候还能吃得消，后来因为研究需要，我们几乎都是冬天去，头痛、呕吐，晚上基本上睡不着觉，那种感觉太难忘了。

如果说2010年甚至更早之前属于知识积累阶段，到2015年之前是技术储备阶段，那么之后便进入了大规模的应用阶段，直到现在西藏太阳能供暖工程已经遍地开花。基于前期的理论和技术开发，我们很荣幸获得了2019年度西藏自治区科学技术一等奖，这只是我们开展西藏建筑节能和清洁供暖工作的一个逗号而已。接下来，面对大量的太阳能示范工程项目，如何保障其安全可靠、长期稳定运行便成为关键，近一年多我们又多次赴青藏高原开展太阳能供暖系统故障诊断与分析检测研究，已经取得了一定的成效。

问：后期全面推进可再生能源供暖技术优化应该做哪些工作？

王登甲：太阳能供暖技术最大的难题是可靠性、稳定性和成本问题，在青藏高原地区，还有极端特殊环境引起的系列“高原病”问题。前期把这些工程都建好了，但是要把这些工程用好、用准，让它安全可靠运行，如何更加精细化、智能化，就是我们要考虑和解决的现实问题。我们后续做的主要工作是如何克服太阳能供暖系统在高原的特殊性问题，如何实现太阳能光热与光伏、风电等可再生电力的有机互补，如何发挥好大规模水体蓄热的热汇能力，实现建筑热环境分时分区按需精准控制，达到常规能源近零能耗运行等，全面提升青藏高原建筑综合宜居环境水平，这些都是我们继续深入研究的动力所在，为在高原地区建筑领域率先实现“碳中和”做出持续努力。