智慧城市之殇—— 尊贵的零碳建筑请从老破小开始

面对越来越多亟需修缮的“远古”建筑，微改还是重建，引起了越来越多的社会关注。来自美国、加拿大、欧洲的多个创新案例表明修缮建筑能推进能源改造进程，实现降低能耗的目标。然而从个例到推广，却是困难重重。或许另一种欧洲模式可能是解决这一问题的有效方法。市场渴求着“高端”的技术，但人们往往需要的只是简单的东西。现实没有计划的那么美好，只有及时结合创新的技术、前瞻的政策和落实的资金，才能打破目前的僵局。

改造低能效的老旧建筑虽然缺乏吸引力，但比许多尖端技术方案更环保。   

纽约市住房管理局（NYCHA）管辖下年久失修的老旧公寓和住宅不能立即传达创新的理念。作为纽约最大的“房东”，每16个纽约客就有1人住在NYCHA管辖的公共住房内。经过几十年的延迟维护和糟糕的管理，NYCHA的建筑已经濒临崩溃。随着一系列基础设施的损坏，例如电梯的损坏、休闲空间被拆散以及破败的外墙，NYCHA近年来遭遇了一系列关于霉菌侵袭和伪造铅检查的丑闻。2012年的桑迪飓风又导致了新的损失，洪水淹没了位于建筑物地下室的电力和供暖系统。这些被遗弃的公共住房处于当地规划者所说的 "因忽视而被拆除 "的建筑之列。倘若要使这些建筑恢复到良好的维修状态，估计需要400亿美元甚至更多的资金，每个单元至少需要18万美元。

多年前，这些公共住房内的厨房就藏有创新的证据。90年代末，NYCHA意识到许多住宅单元的冰箱基本上都是 "耗能大户"，效率极低、老化严重且有高昂的成本。因此，NYCHA在与当地公用事业部门的合作,为家电制造商举办了一次竞赛，要求他们创造出体积更小、更高效更适合公寓的产品；获胜者将获得NYCHA以及其他对每年至少20,000台的购买计划感兴趣的住房管理部门的特别授权。最终，Maytag当时新颖的Magic Chef冰箱获得最终胜利。这款冰箱通过提高能源效率和减少排放，帮助NYCHA削减成本。NYCHA在1995年至2003年期间购买了15万台冰箱。这是一个利用机构影响力和市场力量来推动创新的典范案例。

现在，NYCHA希望在供暖和制冷方面也实现相同的目标。“The Clean Heat for All（全民清洁取暖挑战）” 比赛要求制造商研发低成本、易于安装的热泵技术，用于建筑改造。拟议的设备需要安装在一个标准的窗框内，将取代无处不在的窗式空调机。新设备需要在不使用制冷剂或直接燃烧化石燃料的情况下，有效地加热和冷却公寓。作为2.5亿美元资本计划的一部分，NYCHA通过承诺购买并安装至少24,000台获胜的机型来支持这次竞赛。同时，纽约州能源研究与发展局（NYSERDA）正在帮助招募全州乃至全国的其他住房机构签署协议并承诺购买新设备。NYSERDA的住房脱碳主管Emily Dean说：“我们期望在下一次我们必须满足大规模市场需求时，可以重复利用这一机制。”

对于代理机构、获胜的公司以及社会本身来说，该赌注可能是巨大的。但投资于建筑中更高效的供暖和制冷对人类和地球都有好处。找到一种公平的方式，共同应对气候挑战所需的规模和速度，这将具有变革性。

Gradient 是为 NYCHA 挑战提交设计的初创公司之一。它的工程师兼首席执行官Vincent Romanin解释说：“美国每年有 800 万人购买窗式空调，全球暖通空调行业每年有1000亿美元的产值。 到2050年，地球上的空调设备数量将增加三倍---大部分将是我们正在尝试推进的小型房间的空调”。“这是一个巨大的市场信号，可以加速这些技术的发展”。

这不是NYCHA和NYSERDA希望在未来几年实现的唯一技术飞跃。RetrofitNY 是一项耗资3000万美元的试点计划，旨在支持一种新型的整体建筑能源改造，能将气密、防风雨的面板安装到老旧建筑的外部。这是一种由Energiespron（意为“能量飞跃”）的非营利组织在荷兰发明和实施的技术。

这种最新科技不仅会大幅度减少能源消耗，而且可以在不要求居民搬离情况下完成改造。第一个即将完成的测试项目是位于布鲁克林的Casa Pasiva，在经历了全球疫情的延期后，将于2022年10月全面开放。

RiseBoro Community Partnership是支持Casa Pasiva项目的非营利开发商。它的可持续发展和建设主管Ryan Cassidy说：“几年前，在我们的投资组合中进行此类改造似乎是不可行的。虽然现在可能要多花点钱，但我们拥有手段和方法。”

从历史上看，许多人认为老旧住房需要的唯一创新是拆除然后建造新的“绿色”建筑。但改造现有建筑物比拆除它们并建造新建筑物更具可持续性。气候危机使减少碳排放变得紧迫，任何认真的计划都需要投入大量资金来改造老旧、能源效率低的住房。无论从资金还是碳排放的角度来看，拆除建筑的成本都太高了。

建筑能耗，尤其是老化和低效的建筑能耗，将近占美国全国能源消耗40%。美国一半以上的可租赁建筑拥有半个多世纪的历史。美国能源部估计，到2050年，美国1.3 亿座建筑中的75%仍将继续存在和使用。建筑改造和升级的速度不够快。美国能源部认为，每年仅有230万套房屋能得到升级。每年大约需要改造300-600万套才能达到排放目标。这意味着开发商和业主迫切需要成熟、高效、经济型的解决方案，以及为这些方案提供资金和政策支持。

The Clean Fight 是清洁能源初创公司的企业孵化器，专注于更可持续的住房解决方案。来自The Clean Fight 的项目主管撒切尔贝尔表示：“市场上已经有许多我们需要的建筑减碳方案，我们正在努力支持那些可以快速发展的想法。创新难，但实践更难！” 

需要大力动员才能应这个巨大的住房挑战。但到目前为止，传统的科技革新者们在这个领域还没有取得他们在其他行业内的那种成功。 软银集团支持的硅谷住房创业公司Katerra曾吹嘘它从根本上改造了建筑流程，但在筹集30 亿美元后却倒闭了。 这是一个强有力的象征，表明初创公司在面对这个必须应对劳动力、地方法规、供应链问题和建筑规范等诸多变量因素的行业有重重困难。再如Social Construct是一家诞生于旧金山颇具影响力的 Y Combinator 的初创公司。它试图通过自动化和人工智能来简化多户住宅的建设，但它去年因疫情带来的压力申请了破产。

图、Katerra & Social Construct

一系列关于推动气候行动的项目已经开始了，如NYCAH的尝试和努力、加拿大和欧洲更先进的以公众为中心的模式、缅因州“热泵走进家庭”等当地激励计划。或是耗资 1.2亿美元、旨在帮助推进加州到2045 年实现碳中和的使命、大获成功的TECH Initiative。这些项目都表明硅谷的创新模式可能无法解决地球上最重要的问题之一。这并不完全只是公共和私有的问题，但耐心的资本和以政策为重点的干预，可以带来更多的公平，甚至或许能比快速行动和打破常规带来更快的减排效果。正如Cassidy谈到 Casa Pasiva项目时所说的，居民可以按下没有炫酷科技的按钮和控制器，居民真正需要的是住宅的隔热和密闭，而“不是贩卖给风险投资的东西”。

专注于清洁能源的智库RMI的零碳建筑团队成员Yu Ann Tan表示:“一部分市场需求长期的、可负担的、可持续的住房，而另一部分市场则需求利润驱动的住房，后者不适合用于长久考虑住房存量”。“时间是关键。住房管理部门不能等一个类似“救命稻草”的技术解决方案或一大笔可能无法落实的资金”。

在上个世纪的大部分时间里，住房和建筑技术有一个不变的愿景：让事物更加机器化和自动化。这个想法是通过预制或模块化的施工来引入工厂精度，主要是在受控的环境中完成，而不是在凌乱的施工现场。这将导致可复制的组件模型就像乐高积木一样可互换和容易组装。就连Frank Lloyd Wright也花了数年时间来调整和测试他自己的美国系统建造的预制房屋。Thomas Edison也有类似的想法。

但高速增长的初创公司Katerra设想了更宏大的目标---它在美国各地建立一系列工厂，大量生产组装件和预制件。Karerra曾有数百个项目订单，并不断扩张规模，引入木材甚至灯泡来建造：这是一个垂直整合的公司创造的垂直建筑。创始人Michael Marks和联合创始人Fritz Wolff设想把科技供应链和制造方面的经验带到一个新的行业，然而这家曾经估值60亿美元的公司却在去年夏天宣布破产。

Michelle Knapp是FunForm（建筑改造的初创公司）的联合创始人。她认为“Katerra的创始人对这个行业充满了傲慢和蔑视，对自己的模式没有真正的远见”。“今置将不善，一败涂地，即使他们使用机器人制造Edsel（福特1960年推出的一款失败车型），他们也只是在制造Edsel”。

据连续创业家、世纪之家（爱尔兰非现场建筑先驱）的创始人Gerard McCaughey称该公司与许多美国技术人员有一个共同的盲点:它忽视了海外开拓的创新。美国建筑商更喜欢用现成的原材料就地建造木结构建筑（想象一下一辆堆满了现场的原材料的福特皮卡可以把原材料送的很远），但在亚洲和欧洲受到材料限制的建筑商已经完善了预制和模块化技术。Katerra忽略了这些通过一个又一个的具体领域积累成了专业知识的例子。相反，它试图重新发明轮子，把复杂的建造过程的每个方面都放在内部，同时建造太多不同的模型，造成了巨大的成本超支。

McCaughey与Katerra领导人会谈后表示:“困扰的不是你了解了多少。他们非常确定你需要做一些事情，但他们错了。场外并不是一招鲜就可以解决的。先会爬，后会走，我们公司最没有经验的人比Katerra的领导更了解场外建设。”

Energiesprong 通过安装新的保温墙体、屋面以及新的设备，将老式的联排住宅转变成为净零能耗住宅的项目在荷兰和欧洲各地改造了数以千计的房屋，它依赖于Stroomversnelling（快速加速）网络。在Stroomversnelling网络中，承包商、住房协会、零部件供应商，甚至是金融家都密切联系。这种协调程度甚至是Katerra庞大的系统都无法匹配。

目前，Energiesprong 系统可以在大约10天内重建一座建筑。其他的创业公司和建筑公司也提供免费的升级服务。例如，荷兰的Factory Zero 公司生产带有电锅炉、热泵和太阳能连接的屋顶预制模块。这对老建筑的环保化几乎做到“即插即用”。

这是一个更大的欧洲模式的一部分，该模式以雄心勃勃的排放政策开始，并通过Horizon Europe 等项目为改造和新建建筑提供激励政策和资金支持。实际上它补贴了新的建筑方法，并为创新的门窗和暖通空调系统（HVAC）创造了市场。它成功的一个关键因素是，政府愿意为住房补贴和公共住房的升级提供资金。这些住房通常也是战后急需改善的塔楼和联排别墅。但欧洲也有其他显著的优势：各个国家和欧洲的建筑规范都更加标准化，包括一些渐进式的法规，以推动被动式节能屋标准的实施。被动式节能屋是一种具有超高效的隔热和通风建筑，大大减少了采暖和制冷所需的能源。整个住宅系统规模更小，也更标准化，更容易支持更多的实验。Energiesprong构筑的是单一的建筑模型、少数几家承包商以及一小片区域参与者。

仅在美国一个城市里，协调工作的难度将会成倍增加，更不用说整个国家了。西雅图的可持续建筑专家、设计工作室和Larch Lab智库的创始人 Michael Eliason说:“欧洲采取了霰弹法为各种项目提供了大量资金。”这是一种将风险分散到不同创意之间的方法，而不是将风险资本集中在少数几家一心一意高速增长的初创企业身上”。“美国最终会变成一支狙击步枪，Katerra的失败影响了整个预制建筑行业

加拿大的一个新兴模式试图复制欧洲的模式。加拿大安大略省市政住房管理局(City Housing Hamilton)最近利用国家住房基金对 Ken Soble Tower 进行了全面改造。这是一栋建于1967年、现已年久失修的海滨老年高楼。这个项目包含了外部包层，新的高效窗户，供暖和煤气灶的电气化，使建筑达到了被动式建筑的标准。通过极端的效率，能源使用量减少了94%，冷却和加热一个单位所需的总能源相当于三个白炽灯泡。新的优雅凸窗提供了窗边座位、开阔视野以及充足日照，这表明能源改造能够不以牺牲审美为代价。

ERA建筑事务所的Graeme Stewart是该项目的负责人，他研究了美国数百座类似的世纪中期高层建筑。他表示该项目为制造高科技窗户和幕墙的加拿大公司提供了业务，表明这样的工作可以帮助国内培育更多绿色建筑项目。他甚至带头创建了Tower Renewal Partnership，一个致力于在加拿大各地进行改造翻新的组织。但CityHousing Hamilton的开发经理Sean Botham说，即便他们看到了大楼居民的所有的好处——更好的空气质量、感染控制、心理健康和认知功能以及“社会住房看不到的风景”，但该机构不太可能在没有更多资金支持的情况下，支付8%的成本溢价来升级其投资组合中的其他建筑。

Stewart表示：“欧洲版的这种建筑已经不再是童话，这是一件严肃的事情”， “每个司法管辖区都有自己的做法。在北美，高绩效是一种负担。这是如何成为整个大陆的当务之急的？”

至少在美国，在可预见的未来，任何进展似乎都注定要分散。美国总统乔·拜登雄心勃勃地提议 “重建得更好”(Build Back Better) 的计划，包括投资数十亿美元进行翻新。但这些提议获得通过的前景，即使以零零星星的方式，也很渺茫。RMI（落基山研究所）的Tan认为尽管参议院在2021年11月通过的基础设施法案中为气候变化提供的50亿美元将产生影响，一些分散的私人公司正在对其资产进行改造：全球房地产业私募股权金牛投资控股有限公司（Taurus Investment Holdings）的一个项目RENU在收购其投资组合中的新建筑时进行能源改造审计，认为热泵和节能升级是增加资产价值和降低维护成本的一种方式。但这是一个例外，能源改造需要更多的紧迫性。

但由于建筑法规和激励措施往往是美国州政府和市政府的权限，像NYCHA和NYSERDA正在进行的实验变得更加重要。纽约市的《第97号地方法》(Local Law 97) 将于2024年生效，这是纽约市为数不多的几部法律之一，为大型建筑业主设定了激进的排放目标，如果他们不遵守，将被处以巨额罚款。

Knapp曾参与过一个早期的RetrofitNY项目，他表示在美国，要使镶板改造方案发挥作用，改革住房创新的资金来源和渠道，在整个建筑环境中都面临着无数的挑战。从一个建筑类型、经济动机和建筑文化如此不同的国家引进一个概念，这本身就有挑战。

根据NYCHA发言人的说法，NYCHA的脱碳努力受到一些问题的阻碍，包括建筑的年代，电力升级的需要，以及缺乏面板选项的成本和性能数据。尽管如此，NYCHA已经在布朗克斯区的Fort Independence测试热泵和Watson Avenue 1471号测试新款电磁炉，这预计会得到更广泛的采用。第一个改造纽约建筑的项目是位于皇后区的Ravenswood大楼，计划在2024年3月之前完成对这座六层48单元建筑的改造。

NYSERDA的院长表示：“我们看到市场的供应端有很多兴趣，商业模式正在转变。”“我们看到了新一类解决方案供应商的诞生，他们为建筑提供全面的碳中和改造，并提供性能保证和更棒的价格保证”。

真正的问题是，通过创新、雄心勃勃的政策和支持性资金获得的效率是否能够及时结合在一起，在目前的改造工作中取得真正的进展。Tan表示一些研究人员甚至研究了如何将医疗资金用于翻修，因为改善空气质量和减少霉菌对居民的健康有非常深远的影响。

她指出，一个名为“Philadelphia's Built to Last（费城建业长青）”的项目，可以作为许多此类项目未来获得资金的一个很好的模板。该项目是费城能源管理局(Philadelphia Energy Authority)的一个项目，着眼于低收入房主可以利用的各种激励措施，从天气保护福利到高效电器返利。该项目主任Alon Abramson表示，该项目因疫情而推迟，现在正在对25个不同的住房进行工作，协调承包商、要求和项目时间表，以帮助恢复往往严重破旧的住房。

对于居住在正在翻新的房屋中的人们来说，像失去供暖、烤箱失灵，或管道破裂导致自来水无法供应的现象经常发生。Abramson表示，人们经常需要为由于绝缘性能差、材料便宜、维修延期而产生的巨额的能源账单买单。他的经历也反应了能源成本(包括财政和环境成本)对那些最贫穷的人们造成的巨大负担。这是一个很难解决的问题。

 Alon Abramson说：“我们需要让住房减碳，但系统性问题相当严重，”Alon Abramson说，“在这些住房中安装热泵是一个技术问题——这是个基础问题。但是更大的问题在于,很多贫困住房连窗户都没有。”