The Innovation Energy | 健康低碳建筑呼唤创新理论和技术

TheInnovation创新

2024-06-29 00:01

破解健康低碳建筑营造难题：机理跨多个学科，贯通认知难；控制跨多个行业，贯通实施难。

导读

人们每天80%以上时间在建筑内度过，人一刻也离不开呼吸。因此，室内空气质量对人的健康、舒适和工作效率有极其重要的影响¹。研究发现：2020年全球建筑消耗36%终端用能(final energy)，排放37%的耗能相关 (energy-related) CO₂³和大量污染物；全球每年因室内空气污染导致的早死人数超过500万人，我国2017年因室内空气污染造成的疾病负担折合经济损失就高达2.88万亿人民币，占当年GDP的3.45%²。因此，营造健康低碳建筑不仅是全球可持续发展的需要，也是我国落实“健康中国“和“双碳目标“国家战略的重要内容。

图1 营造健康低碳建筑需基于新思路的理论与技术突破及跨学科合作新范式

人一生80%以上的时间在建筑内度过，因此室内空气质量对人的健康、舒适度和工作效率有重要影响。目前，中国、印度等发展中国家的室内空气质量问题严峻，危害全球半数以上人的健康。研究发现：2020年全球建筑消耗36%终端用能(final energy)，排放37%的耗能相关 (energy-related) CO₂³和大量污染物；全球每年因室内空气污染导致的早死人数超过500万人，我国2017年因室内空气污染造成的疾病负担折合经济损失就高达2.88万亿人民币，占当年GDP的3.45%²。因此，营造健康低碳建筑不仅是全球可持续发展的需要，也是我国落实“健康中国“和“双碳目标“国家战略的重要内容。作者根据近年来的研究和实践，对健康低碳建筑营造提出以下几点建议：

(1) 健康与低碳不可割裂，更不能对立。应首先满足人的健康舒适需求，在此基础上再尽可能节能降碳，这应成为健康低碳建筑营造的基本原则。

(2) 亟待研发价格和准确度能满足需求的甲醛、苯系物和TVOC的在线监测技术和探头，这是破解我国室内空气污染状况难以准确估计问题的关键，也是深入揭示污染物暴露与人健康结局关系的关键。

(3) 亟待研发充分利用有利气候条件（包括太阳能）的节能降碳材料和技术。太阳能电池和热镜玻璃在过去几十年中获得长足发展，并正在建筑中广泛应用；各种暖通空调系统性能也不断提升，其系统能效COP已不断逼近理论极限。但节能低碳建筑围护结构对气候响应材料（变热物性材料）的研发提出新的要求，不仅需要充分利用有利气候条件、屏蔽不利气候条件，而且要求价格低廉，便于推广应用。与此同时，需研发光-储-直-柔建筑，并和电动汽车等匹配，使得建筑用电/能负荷能很好匹配电网或可再生能源的供给。

(4) 建筑健康低碳水平的大幅提升需要基于新思路的创新理论。传统工程热力学聚焦热功转换过程且基于平衡态，传统传热传质学只能对过程强化却无法最优化，室内空气温度、湿度和多种污染物浓度的优化控制（非平衡态的复杂传热传质过程）缺乏理论指导；借鉴分析力学的最小作用量原理和泛函分析方法可构建建筑分析热质学，这在解决上述问题时已显示出独特的优越性，但相关研究无论在广度上还是在深度上都需不断拓展和完善。

(5) 利用人工智能技术，对开展跨学科研究和跨行业合作至关重要。互联网、物联网已成为我们生活的重要部分。人工智能、服务机器人也迅猛发展，已开始进入人们的日常生活，还将成为今后建筑不可或缺的组成部分。材料科学、能源科学、建筑设计、人工智能和医学的研究者从健康低碳建筑设计阶段到建筑运行阶段都要充分合作。如能这样，必将带来未来健康低碳建筑的真正突破！

总结与展望

建立健康低碳建筑新理论，研发相关新技术，并注意利用人工智能技术和机器人技术，使得材料科学、能源科学、建筑设计、人工智能和医学等学科的研究者从健康低碳建筑设计阶段到建筑运行阶段充分深度合作。这必将深入揭示人和建筑间的关系，带来未来健康低碳建筑的真正突破！

参考文献

1. Morawska, L., Allen, J., Bahnfleth, W., et al. (2004). Mandating indoor air quality for public buildings. Science 383(6690): 1418-1420. DOI: 10.1126/science.adl0677.

2. Liu, N., Liu, W., Deng, F., et al. (2023). The burden of disease attributable to indoor air pollutants in China from 2000 to 2017. Lancet Planet Health 7(11): e900-e911. DOI: 0.1016/S2542-5196(23)00215-2.

3. United Nations Environment Programme. (2021). 2021 Global status report for buildings and construction: Towards a zero-emission, efficient and resilient buildings and construction sector, Nairobi. https://globalabc.org/sites/default/files/2021-10/GABC_Buildings-GSR-2021_BOOK.pdf.

责任编辑

邵琪苏州大学

刘心昱中国科学院大连化学物理研究所

本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Energy第1卷第2期以Editorial发表的“Call for innovative theory and technologies for healthy and low-carbon buildings” (投稿: 2024-05-11；接收: 2024-05-20；在线刊出: 2024-05-22)。

DOI: https://doi.org/10.59717/j.xinn-energy.2024.100030

引用格式：Zhang Y. (2024). Call for innovative theory and technologies for healthy and low-carbon buildings. The Innovation Energy 1(2), 100030.

作者简介

张寅平，男，清华大学建筑学院教授，国家基金委杰青和创新群体项目负责人，北京市室内空气质量重点实验室主任。长期从事室内空气环境研究。发表SCI论文300余篇, h因子73(WoS), 入选ELSEVIER颁布的中国高被引作者榜单和全球前2%顶级科学家终身科学影响力榜单。现任国际室内空气科学院主席、中国环境科学学会常务理事和室内环境与健康分会主任委员，Energy and Buildings, National Science Open, Carbon Neutrality副主编，Environ. Inter., Sustain. Cities and Society, Innovation Energy,《科学通报》和《中国科学：工程科学》的中英文刊编委；获教育部自然科学一等奖和北京市科技进步一等奖（均为第一完成人）、日本井上宇市亚洲国际贡献奖、全国优秀科技工作者。

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The Innovation 简介

The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球58个国家；已被151个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有200位编委会成员，来自22个国家；50%编委来自海外(含39位各国院士)；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI，中科院分区表(1区)等收录。2023年影响因子为33.2，2023年CiteScore为38.3。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。

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