卡塔爾世界杯：戶外裝空調(diào)是“有錢任性”？事情沒這么簡單！

四年一次的足球世界杯正在中東國家卡塔爾火熱舉行。

不同以往，這次說“火熱”不只是對緊張的賽事本身的形容，也是對賽事舉辦地炎熱氣候的客觀描述。

卡塔爾屬于熱帶沙漠氣候，全年只分為夏、冬兩季。

這里夏季氣溫高達(dá) 43℃，完全不適合舉辦足球比賽，所以第 22 屆世界杯才破天荒地挪到冬天舉辦。

可即使在冬季，也就是現(xiàn)在，這里每天的最高氣溫也超過 30℃。

圖片來源：網(wǎng)絡(luò)

為了讓體育場內(nèi)保持舒適的溫度，免得運(yùn)動(dòng)員、觀眾在這“火熱”里中暑，主辦方采取了“豪橫”的降溫方式——“吹空調(diào)”。

這事乍聽之下估計(jì)非常費(fèi)電，非常不環(huán)保，不過，先別急著下定論。要知道，為了節(jié)能、舒適地“吹空調(diào)”，那里的人們可是下過一番苦功夫。

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從外觀考慮降溫

為了迎接 2022 年世界杯，卡塔爾全國上下一共動(dòng)用了 8 座大型體育場，其中有 7 座為新建，1 座為翻新。

除了一座靠近海邊的球場可以利用自然通風(fēng)，不需要制冷以外，其余球場都安裝了空調(diào)系統(tǒng)。

這些空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵人物，是卡塔爾大學(xué)工程學(xué)院的教授：沙特·阿卜杜勒·加尼（Saud Abdulaziz Abdul Ghani） 博士，人送外號“冷博士（Dr. Cool）” [1]。

這位就是“冷博士”沙特·阿卜杜勒·加尼。圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]

想讓露天的體育場降溫，就得盡可能減少它接收的太陽輻射，并把場內(nèi)的冷空氣留住，這就需要從體育場的形狀開始設(shè)計(jì)。

“冷博士”的團(tuán)隊(duì)一方面通過計(jì)算機(jī)軟件模擬不同形體的建筑內(nèi)部的熱環(huán)境；

另一方面利用 3D 打印技術(shù)制作出體育館的模型，放置在風(fēng)洞中進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)測試，以調(diào)整體育場的大小、高度和形狀。

最終的成果，就是本次世界杯比賽的體育場一個(gè)個(gè)都形似“冷氣泡泡”，頂部開口都沒有設(shè)計(jì)得過于開敞，而是呈微微收攏的形態(tài)。

減少熱空氣進(jìn)入的同時(shí)，也減少內(nèi)部冷空氣的逸散，并且盡可能多地在看臺區(qū)投下陰影，遮擋烈日。

有的場館還配備了可伸縮的屋頂，可以根據(jù)天氣調(diào)節(jié)進(jìn)光量，遇到惡劣天氣還可以直接關(guān)閉屋頂[2]。

卡塔爾世界杯賽事場館，除了可移動(dòng)的974體育場，其他體育場都安裝了“豪橫”的冷卻系統(tǒng)。圖片來源：體育場數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站StadiumDB.com，漢化：科普中國

另外，場館的頂部大多采用了淺色材料，以最大限度反射太陽輻射，避免吸收過多熱量。

深色衣服比淺色衣服吸熱的道理你一定不會陌生。

所以就連原本以游牧民族的傳統(tǒng)黑帳篷設(shè)為設(shè)計(jì)靈感的阿爾拜特體育場（Al-Bayt Stadium），最終也將黑色的頂棚改為了白色。

可不要小看這個(gè)措施，這一簡單的改變就能將球場的內(nèi)部溫度降低 5℃！[1]

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內(nèi)部，用上“局部降溫”

為了舒適且節(jié)能的目標(biāo)，接下來要進(jìn)一步縮小需要降溫的范圍。畢竟沒有必要把整個(gè)體育場上空全部變冷，只需要冷卻觀眾席和運(yùn)動(dòng)員所在的區(qū)域（大約地面以上兩米的范圍）就好了。

“冷博士”稱之為 targeted or spot cooling ——“針對性的降溫”或者“局部降溫”。

于是，經(jīng)過凈化和冷卻的空氣被看臺座椅下方的格柵和球場周圍的大噴嘴送到人們身邊。

變渾濁的廢氣通過空氣循環(huán)系統(tǒng)抽走回收，進(jìn)行重新冷卻和過濾后，再被重新送入，如此循環(huán)往復(fù)。

只需要在比賽開始前兩小時(shí)打開空調(diào)系統(tǒng)，就可以讓觀眾和球員處在涼爽舒適的 24℃ 左右的環(huán)境中體驗(yàn)精彩的賽事。

由于冷空氣密度更大，會停留在低處。這種將已經(jīng)冷卻的空氣回收循環(huán)的方式，比直接從外部吸入悶熱的空氣更加節(jié)能高效。

阿爾賈努布體育場看臺座椅下方噴出涼風(fēng)。圖片來源：thenationalnews.com

那么這些冷卻空氣是怎么產(chǎn)生的呢？

它有賴于球場配套的新型冷卻系統(tǒng)。

和我們熟悉的家用空調(diào)系統(tǒng)不同，這套系統(tǒng)可以利用太陽能驅(qū)動(dòng)，以循環(huán)水作為媒介，將水冷卻到 7℃ 并儲存起來，為體育場內(nèi)的空氣降溫。

“冷博士”表示，這套新型的空調(diào)系統(tǒng)將運(yùn)動(dòng)場降溫所消耗的能源，僅為將同等面積的商場用常規(guī)空調(diào)降溫消耗能源的 40%。

如果全部采用太陽能發(fā)電場的電能，還能大大降低其碳排放。

從實(shí)際運(yùn)行效果上看，這套系統(tǒng)展現(xiàn)出了強(qiáng)勁的制冷效果，有時(shí)候甚至有些過于強(qiáng)勁了，導(dǎo)致球迷們不得不多帶上一件外套去觀看比賽。

03

開放式空調(diào)吹上步行街

除了為體育場降溫，這套新型空調(diào)系統(tǒng)也被推廣到了卡塔爾其他的公共建筑領(lǐng)域。

最近就有熱心網(wǎng)友就發(fā)現(xiàn)，卡塔爾的步行街地面居然有空調(diào)出風(fēng)口，在給街道源源不斷地輸送冷氣。

體育館好歹還有個(gè)頂棚，在街道這么開敞的空間開空調(diào)，簡直就是咱們小時(shí)候做的數(shù)學(xué)題：

一邊給游泳池加水，另一邊給游泳池放水??！真的是有錢就可以這么任性嗎？

網(wǎng)友們熱議的這個(gè)給街道吹空調(diào)的地方就是位于卡塔爾首都多哈的著名旅游景點(diǎn)卡塔拉文化村的卡塔拉廣場（Katara Plaza）。

整個(gè)項(xiàng)目占地 38000 平方米，于 2016 年開業(yè)，是世界上第一個(gè)使用開放式空調(diào)的商業(yè)購物中心[3]。

地面上深色的長條形就是地面的冷氣出風(fēng)口。圖片來源：timeoutdoha.com

作為當(dāng)?shù)氐母邫n商業(yè)區(qū)，這里的街道和建筑都設(shè)計(jì)精美，但炎熱的天氣讓人對逛街游玩望而卻步。

為了提高街道空間的使用率，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合技術(shù)專家， 結(jié)合體育場空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，也采用了計(jì)算機(jī)模擬等技術(shù)手段，為項(xiàng)目量身定做了一套“主被動(dòng)結(jié)合”的戶外空調(diào)系統(tǒng)。

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空調(diào)里的綠色建筑技術(shù)

等等，什么是“主被動(dòng)結(jié)合”？被動(dòng)、主動(dòng)都是什么？這就要說到綠色建筑領(lǐng)域常用的一對技術(shù)路線好搭檔——“被動(dòng)式設(shè)計(jì)” 和“主動(dòng)式系統(tǒng)”。

簡單來說，通過對建筑構(gòu)件的設(shè)計(jì)和建筑材料的選擇，利用當(dāng)?shù)刈匀坏墓庹铡⑼L(fēng)、蒸發(fā)等條件，來提升建筑性能的策略，叫做“被動(dòng)式設(shè)計(jì)（passive design）”。

而通過安裝的高性能、綠色環(huán)保的機(jī)電設(shè)備以提升建筑性能的策略，被稱作“主動(dòng)式系統(tǒng)（active system）”。

后者能夠彌補(bǔ)前者調(diào)節(jié)不到的部分，用最少的能源進(jìn)一步提高環(huán)境質(zhì)量。

所以綠色建筑領(lǐng)域有個(gè)說法叫：“被動(dòng)式優(yōu)先，主動(dòng)式優(yōu)化”，雙管齊下就叫“主被動(dòng)結(jié)合”。

還記得開頭介紹的體育場嗎？

對體育場的大小、高度、形狀、遮陽構(gòu)件等部位進(jìn)行設(shè)計(jì)就屬于被動(dòng)式設(shè)計(jì)；而體育場安裝的太陽能驅(qū)動(dòng)、局部降溫、冷氣循環(huán)過濾的新型空調(diào)系統(tǒng)，則屬于主動(dòng)式系統(tǒng)。

卡塔拉廣場也采用了獨(dú)特的被動(dòng)式設(shè)計(jì)。

它利用了地下溫度比較冷涼的特點(diǎn)，將冷氣系統(tǒng)放在地下空間進(jìn)行循環(huán)和輸送，再搭配上高效的、清潔能源驅(qū)動(dòng)的空調(diào)系統(tǒng)，一樣能起到了節(jié)能減排的效果。

圖中藍(lán)色部分為冷氣輸送管道和出風(fēng)口。圖片來源：Qatar Design Consortium

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任重道遠(yuǎn)的碳中和

從不少報(bào)道中可以看出，不管是體育場還是商業(yè)街，卡塔爾花在此次世界杯上的金錢可謂是天文數(shù)字，所以網(wǎng)友才有了“有錢任性”的調(diào)侃。

確實(shí)，綠色建筑的模擬、實(shí)驗(yàn)、選材、設(shè)備等一次性投入看似明顯高于一般的建筑。

但不管是討論建筑的經(jīng)濟(jì)性，還是環(huán)境效益，都得從建筑的全壽命周期來看，而不是只聚焦于某一階段。

如果把綠色建筑的運(yùn)行的幾十年甚至上百年期間，節(jié)約的能耗、資源、碳排放，獲得的額外收入（例如增加了營業(yè)的時(shí)間等）、資源回收的收益等等都換算成金錢，算一筆全壽命周期的總賬，那么綠色建筑也并沒有你想象的那么昂貴。

大部分研究認(rèn)為，一棟綠色建筑全壽命周期產(chǎn)生的額外收益最終都遠(yuǎn)大于初期的額外投入[4]。

比起金錢，其實(shí)更難平衡的是碳排放導(dǎo)致的對全球氣候的影響。

雖然體育場空調(diào)系統(tǒng)為運(yùn)動(dòng)員和游客們提供了舒適的環(huán)境，但這一措施也引起了不少人對能耗和碳排放的擔(dān)憂。

卡塔爾世界杯體育場的結(jié)構(gòu)工程師阿巴斯·錢塞?。ˋbbas Chamseddine）就認(rèn)為，世界杯體育場館的空調(diào)系統(tǒng)無疑會造成浪費(fèi)。

就算它能在冬季比賽過程中提供或多或少的幫助，室外空調(diào)降溫系統(tǒng)也不太可能成為主流 [5]。

伯克利地球氣候數(shù)據(jù)科學(xué)家澤克·豪斯費(fèi)爾（Zeke Hausfather）則表示，“卡塔爾是世界上除極地之外變暖最快的地區(qū)之一，如果我們不采取行動(dòng)來減少溫室氣體排放，世界其他地區(qū)恐怕也會逃不脫相似的命運(yùn)?！盵6]

事實(shí)上，本次世界杯的主辦方早就定下了舉辦第一屆“碳中和”世界杯的目標(biāo)，也確實(shí)在建筑設(shè)計(jì)、清潔能源、綠色交通、資源回收再利用等多個(gè)方面做出了努力和創(chuàng)新。

但從整體上看，賽事消耗的碳排放仍然不容小覷。

你可能想不到，根據(jù) 2021 年國際足聯(lián)發(fā)布的《卡塔爾世界杯溫室氣體核算報(bào)告》，本次世界杯賽事中碳排放最大的部分不是來自給體育場開空調(diào)，甚至也不是來自碳排放大得多的體育場建造環(huán)節(jié)。

據(jù)估計(jì)，建造體育場館造成的碳排放只占了本次賽事總碳排放的大約四分之一。

那么，帶來大量碳排放、不環(huán)保的環(huán)節(jié)是什么呢？

是參賽人員、觀賽人員、工作人員和志愿者的旅行交通，尤其是遠(yuǎn)距離的國際航班。據(jù)估計(jì)，交通帶來的碳排放大約占到了總碳排放的一半[7]。

圖片來源：參考文獻(xiàn)[7]

看來要解決更長遠(yuǎn)更大范圍的環(huán)境問題，還需要更多方面的努力。

而作為負(fù)責(zé)任的消費(fèi)者，咱們每個(gè)人又可以從哪些方面著手行動(dòng)起來呢？

參考文獻(xiàn)：

[1] FIFA. Dr. Cool: The mastermind behind Qatar 2022's air-cooled stadiums [EB/OL].(2019-12-16)[2022-11-27] https://www.fifa.com/tournaments/mens/worldcup/qatar2022/news/dr-cool-the-mastermind-behind-qatar-2022-s-air-cooled-stadiums

[2] Qatar Foundation. Cooling technology used in Qatar's World Cup stadiums powered by QF research [EB/OL].(2022-03-21)[2022-11-27] https://www.qf.org.qa/stories/cooling-technology-used-in-qatars-world-cup-stadiums-powered-by-qf-research

[3] Hilson Moran. Katara Plaza [EB/OL].[2022-11-27] https://www.hilsonmoran.com/project/katara-plaza/

[4] 孫彤宇, 劉莎, 史文彬. 凈零能耗建筑的未來意義及其實(shí)施路徑[J]. 建筑技藝, 2020(8):6.

[5] Ivana Hindi. Outdoor AC in Qatar: Reality or Pipe Dream? [EB/OL].(2015-03-24)[2022-11-27] https://stepfeed.com/outdoor-ac-in-qatar-reality-or-pipe-dream-1908

[6] Steven Mufson. Facing unbearable heat, Qatar has begun to air-condition the outdoors[EB/OL].(2019-10-16)[2022-11-27]

[7] FIFA World Cup 2022?. Greenhouse gas accounting report [EB/OL].(2015-03-24)[2022-11-27].https://www.qatar2022.qa/sites/default/files/2022-08/greenhouse-gas-accounting-report-en.pdf

作者 | 萬麗 香港中文大學(xué)建筑學(xué)院建筑學(xué)博士、副研究員

審核 | 羅志剛 中國建筑科學(xué)研究院數(shù)據(jù)中心研究院 工業(yè)技術(shù)高級工程師

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