刚刚结束的这一年可能是人类历史上永远都不可能忘记的一年。对于中国人民来说,太多的事情在这一年发生了,对建筑节能和建筑环境营造的专业工作者们来说,这一年至少有如下四件大事对未来将产生深远影响:持续了两年的新冠肺炎疫情,到了2021年年底,全球新冠病毒肺炎的日增长量已经从以前的几十万增加到几百万,人类该如何和这个赶不走的病毒开展持久战?低碳战略已经紧锣密鼓地在全国敲响,其所对应的能源革命将给我们的社会持续健康发展、经济稳步的增长和人民生活带来非常大的变化,中国人民该怎样在完成这场能源革命的同时实现我们的强国之梦?冬奥会即将开幕,伴随系统的筹备工作,即将在全民推广开的冰雪运动将极大地促进冰雪设施的建造,这也为建筑环境营造和运行节能提出新的课题和挑战;“十三五”的科研任务相继结题,“十四五”科研任务又开始新的布局,怎样凝聚 “十三五”的主要成果,使其直接在当前的建筑节能和建筑环境营造中发挥作用?按照这些年的规则,今年这本报告的主题是公共建筑节能,这恰好与上面这四件大事密切关联,所以也就成为这本报告的主要内容。
新型冠状病毒是否有可能通过空气传播,公共建筑的空调和通风系统如何搭建、如何运行,在过去的一年中就先后多次成为大众关注的热点和焦点。经过两年多的大量案例分析和实战演练,学术界在这样的一个问题的认识上基本形成了清晰的观点。本报告专门安排一节(2.5)来讨论这一问题,并深入讨论通风换气与运行节能的辩证关系。相比以往对此的认识,需要强调的是,对于公共场所来说,如何安排新风量和通风方式以满足防疫要求,要看是否有明确的潜在感染人群。如果有明确的潜在感染人群,例如医院病房的病人、国际机场落客入境人员以及核酸取样室中被取样人员等,通风的任务就是要尽可能使被保护者不要触及流经潜在感染人群的空气。这时需要全新风运行,且一定要通过恰当的气流组织实现这一任务。此时的通风换气量要求并不是很大。而当不存在明确的潜在感染人群时,例如商场、飞机场、高铁站等大量人员聚集处,任何一个人都有可能是感染者,但同时也是被保护对象。此时通风换气的中心任务就是尽可能通过大量的通风换气对人员聚集处的空气进行足够的稀释。这需要大量的通风换气量,但并不全是全新风,只要提供足够的洁净空气量就可满足稀释要求。这就形成两种场合下完全不同的通风策略。尤其对于无明确感染人群的大量公共场所,当前的寒冬季节、马上就要来临的炎热夏季,怎样在满足防疫的要求下提供满意的热湿环境,且不造成空调系统的过高能耗,上述原则应该是该问题的解。
如联合国秘书长安东尼奥·古特雷斯所讲,气候平均状态随时间的变化是比新冠肺炎疫情对人类影响更大的问题。而实现低碳的战略目标,不单单是为了应对气候平均状态随时间的变化的挑战,也是生态文明下人类发展的新模式。只有这样,才能彻底摆脱困扰我们多年的化石能源问题,实现能源的可持续发展。公共建筑作为建筑节能和低碳发展的重要领域之一,是实现建筑低碳的重要战场。为此,本报告在第2章系统地安排了相关联的内容,列出低碳发展对公共建筑提出的新问题、新要求。以前从节能的方面出发,我们提出:对建筑本体,要通过被动式设计来减少需求;对机电系统,要通过主动式优化来提高效率。现在对建筑本体应该在被动式设计的基础上再加上一个要求:怎样优化建筑形式从而更多地安装表面光伏,使建筑从单纯的能源消费者转变为能源的产消者?对于机电系统,则有四个要求:全面电气化以取消化石能源,提高系统效率以降低能源消耗,提倡分散方式以避免过量供应,发展柔性用电以实现风电、光电的有效消纳。上述2+4的要求是公共建筑为满足低碳目标的根本原则。我们在后面介绍系统、单项技术和最佳案例的第3、4、5章中,尽可能按照这2+4的原则来选材。然而,很遗憾的是满足这些新增加原则(多装光伏、全面电气化、分散、柔性)的成熟技术和案例真的不多,多数属于正在研究开发、尚未成熟的项目。所以,经过专家评议和反复挑选,最终上榜的最佳案例还主要是高效冷冻机房、提高系统效率这些传统的节能提效问题。这也就更说明低碳发展的策略为我们这样的领域提出来太多的新课题、新任务,要求我们去研究、开发进而实践。希望在下一次公共建筑节能专题,也就是2026年的节能报告中能够全面地汇报从这些根本原则出发的新成果。
即将在北京开幕的冬奥会是我国首次举办的冬季奥林匹克盛会。围绕冬奥会开展的大规模冰雪项目场地的建设,也为冰雪运动场馆环境营造与运行控制提出了新的问题和挑战。为实现3亿人走进冰雪运动,冰雪场馆建设将成为今后体育设施建设中的新课题。为此,本报告特别邀请几位滑冰场馆建设的主持者编写了介绍滑冰场馆建设的专篇。其中新建的1.2万平方米速滑馆就是典型案例。低碳发展给制冷行业提出的新挑战是采用绿色工质替换全球变暖潜值(GlobalWarming Potential,GWP)高的制冷工质。这次的万余平方米冰场采用二氧化碳作为制冷剂和载冷剂,冰面盘管内采用二氧化碳直接蒸发方式。这样不仅彻底实现了绿色制冷工质替代问题,还由于是相变释冷,冰表面温度非常均匀,从而营造出更符合比赛要求的冰面。期待一个月后从这个表面温度均匀的冰场上刷新出更多的世界纪录。这个冰场是世界上第一个采用二氧化碳直接蒸发的万平方米冰场,它为今后全面的冰雪场馆建设提供了非常好的经验和示范。相信通过冬奥会场馆建设的洗礼,冰雪运动场馆将成为中国基建新的建设领域,让中国人民和世界人民都更多地享受冰雪运动带来的快乐。
2021年还是丰收的一年。由科技部支持的与公共建筑节能相关的重大科学技术项目先后结题。为此,本报告收录了大型交通场站节能、公共建筑的群智能控制管理,这两个“十三五”重大科学技术项目中与公共建筑紧密关联项目的成果介绍。机场、高铁车站和地铁将仍然为今后十年间国家基建的重点。从双碳战略出发,怎样做好这些重点工程的建设,怎样从建筑规划设计、室内环境参数选定、机电系统形式等多方面出发,整体优化,更好地实现低能耗和低碳的目标,是今后这类项目需要重视和深入考虑的问题。群智能则是十余年来我国创新发展出来的新的建筑自动化体系,其核心是去中心、扁平化,硬件软件高度融合,且真正的完成即插即用,即下载即运行。这是试图解决多年来困扰建筑智能化领域难题的一条新路,希望群智能技术能够解开这一难题,使智能建筑得以在大众手中轻轻松松实现并发挥其预想的作用。
邀请更多的清华大学以外的专家学者参与到本报告的工作中,使这个系列报告能汇集全行业专家的智慧,反映全行业专家的认识,是我们从始至终追求的目标。在完成这本报告的工作中,我们就尽可能邀请全社会各相关专家参与工作,包括一些章节的写作,以及最佳工程案例的评审。衷心感谢这些校外专家的热情投入和无私奉献。除作为章节作者而署名的专家外,参加最佳案例评审的行业专家有:中国建筑科学研究院环能院徐伟院长、中国建筑设计研究院潘云钢总工、中国城市建设研究院郝军副总工程师、中国建筑西南设计研究院戎向阳总工、天津市建筑设计研究院伍小亭总工、北京特种工程设计研究院李兆坚研究员。
在这里还要感谢三十几位推荐参选最佳案例评比的专家和推荐者。今年是第十次评选最佳工程案例,尽管这是民间评选,既无奖金也没有官方认可的荣誉,但有这样多的项目热情参加评选,说明社会和行业对这一评选活动的认可。感谢大家的热情参加,感谢大家花费时间、精力来整理数据和撰稿。本着一切从严的原则,经过几轮的评选,虽然最终只有七个项目入选,但其他参评项目也起到重要的推动作用。希望更多的同行从现在起,积极发现、挖掘和整理新的项目,争取在4年后作为又一轮的最佳案例入榜。在此我深深地感谢大家。