在疫情防控中，不僅有醫(yī)護(hù)人員奮戰(zhàn)在一線，還有一群“空調(diào)人”在貢獻(xiàn)力量。

暖通空調(diào)的學(xué)科全稱是供熱、供燃?xì)�、通風(fēng)及空調(diào)工程，系統(tǒng)維系建筑內(nèi)的暖氣、空調(diào)、通風(fēng)、照明等運(yùn)行。為了節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心主任江億圍繞能源利用、建筑模擬分析、人體熱舒適等方向開展探索，致力于創(chuàng)造各種適宜的室內(nèi)環(huán)境，成為我國人工環(huán)境學(xué)的倡導(dǎo)者之一。

暖通空調(diào)領(lǐng)域的科研成果，也成了抵擋疫情肆虐的堅(jiān)實(shí)之盾。2003年春天，北京大學(xué)人民醫(yī)院因非典疫情發(fā)生院內(nèi)感染而封閉，空蕩蕩的門診樓內(nèi)，出現(xiàn)了一群讓人意想不到的身影——江億帶領(lǐng)清華大學(xué)建筑學(xué)院團(tuán)隊(duì)通過模擬空氣流動狀態(tài)，摸清了非典病毒在門診樓內(nèi)的傳播軌跡，率先為非典疫情下空調(diào)系統(tǒng)安全運(yùn)行提供了“中國方案”。相關(guān)科研數(shù)據(jù)被運(yùn)用在此次抗擊新冠肺炎疫情守護(hù)方艙醫(yī)院內(nèi)醫(yī)護(hù)人員的安全中。

將暖通空調(diào)技術(shù)用于蔬果保鮮、地鐵通風(fēng)等民生領(lǐng)域，開發(fā)出國際通用的能耗模擬軟件，發(fā)明建筑控制管理平臺群智能架構(gòu)，圍繞“零碳”運(yùn)行目標(biāo)提出“光儲直柔”新型配電方式……40余年來，作為我國暖通空調(diào)領(lǐng)域的首位院士，江億親歷了這一專業(yè)從“冷”到“熱”的過程，見證、實(shí)踐和推動著我國建筑節(jié)能、環(huán)保、低碳領(lǐng)域的發(fā)展。近日，江億榮獲2022年北京“最美科技工作者”稱號。

清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心主任江億

破解果蔬保鮮難題

1969年，還沒讀完初中的江億就被分配到內(nèi)蒙古插隊(duì)，“這段經(jīng)歷是我人生的巨大轉(zhuǎn)折點(diǎn)，我進(jìn)入了一個(gè)完全不一樣的社會�！卑朕r(nóng)半牧的五年時(shí)間里，江億徹底融入了鄉(xiāng)間生活，從老鄉(xiāng)那里學(xué)到了大量的人生經(jīng)驗(yàn)，連口音都帶上了些許當(dāng)?shù)氐奈兜�，“直到現(xiàn)在，我閑下來也總要去農(nóng)村轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，這樣心里才踏實(shí)�！�

后來，江億考入清華大學(xué)暖通專業(yè)深造，但他從未忘記那段帶著泥土氣息的生活經(jīng)歷。用科研為老鄉(xiāng)們解決民生問題，“干點(diǎn)真活兒”，是他一以貫之的信條。大學(xué)期間，江億實(shí)際只在清華園里學(xué)習(xí)生活了半年，其余的“課程”其實(shí)是在二七車輛廠、878電子廠的車間里上的。爬風(fēng)道、鉆冷卻塔、進(jìn)鍋爐房……在“工廠大學(xué)”里，他和同學(xué)們邊勞動邊學(xué)習(xí)，直接參與到工程項(xiàng)目中，解決生產(chǎn)中“恒溫恒濕”等特殊環(huán)境要求�！爸�識不是蹲在屋里學(xué)出來的，是干活干出來的，要結(jié)合實(shí)踐。在工廠里我實(shí)實(shí)在在地感覺到，我們學(xué)的東西真的有用，真能解決師傅們生產(chǎn)中急需解決的關(guān)鍵問題。趕緊把知識弄明白了，就能盡快用在生產(chǎn)上。”

上世紀(jì)80年代初，在清華大學(xué)就讀熱能系空調(diào)專業(yè)研究生的江億接到了一個(gè)課題。

秋季蘋果大量產(chǎn)出時(shí)，市場供大于求，果農(nóng)手中的蘋果大量積壓，賣不出好價(jià)錢。而由于缺乏合適的存儲條件，一旦過季，消費(fèi)者就無法買到品質(zhì)良好的蘋果。江億回憶道：“到了春節(jié)，老百姓家里想買點(diǎn)蘋果過年，只能買到口感發(fā)‘面’的品種，其實(shí)這就是因?yàn)閮Σ貤l件達(dá)不到，把原本的脆蘋果放‘面’了�！�

那時(shí)，山村大多尚未通電，修建冷庫存儲的方法自然是行不通。利用當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境條件，營造出能夠維持蘋果的口感、營養(yǎng)成分的環(huán)境，是最為可行的思路。山西省的果樹專家祁壽椿為窯洞改造了通風(fēng)孔，在一定程度上降低了存儲溫度。為了進(jìn)一步改善存儲環(huán)境，應(yīng)山西省農(nóng)科院邀請，江億來到山西參與方案的熱環(huán)境優(yōu)化。

人工環(huán)境營造，就是通過各種技術(shù)手段，創(chuàng)設(shè)出一個(gè)與室外溫度、濕度不同的環(huán)境。在山西的窯洞內(nèi)，江億和其他果蔬專家運(yùn)用塑料薄膜、硅橡膠窗等常見的材料，共同研發(fā)出氣調(diào)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了窯洞內(nèi)通風(fēng)、透氣、控溫。用氣調(diào)技術(shù)貯存秋季收獲的蘋果，能維持至少半年的新鮮度，果實(shí)的硬度、營養(yǎng)成分等指標(biāo)依然優(yōu)秀。

這項(xiàng)技術(shù)徹底改變了當(dāng)時(shí)的果蔬行業(yè)，在山西省、河南省、山東省等蘋果產(chǎn)區(qū)迅速普及開來，果農(nóng)的收入大幅增加，各地的消費(fèi)者也能更方便地買到香、甜、脆的蘋果。直到現(xiàn)在，山西、河南等地還有果農(nóng)用著這種“土法子”造出的“土窯洞”，一年四季的儲藏溫度都能控制在0℃至6℃，保鮮效果堪比高級冷庫。這項(xiàng)技術(shù)讓國外專家都感到驚訝：“在沒通電的地方也能做到這樣，簡直不可思議！”

被譽(yù)為“百菜之王”的白菜，是北方家家戶戶過冬必備的。但白菜放久了，常會出現(xiàn)掉葉、腐爛的情況，為了保鮮，需要隔幾天就倒垛一次，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。江億和北京蔬菜所的專家合作，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致白菜腐爛的“罪魁禍?zhǔn)住薄�—乙烯�?/span>

原因找到了，便可以有針對性地解決問題。此前，白菜存放堆垛前，需要工人用拍子挨個(gè)拍打白菜，用人力盡量促使白菜中的乙烯排出。而江億設(shè)計(jì)出一套新方案，白菜收獲后就地挖出地窖，底部搭起架子懸空碼放，在最下方鋪設(shè)風(fēng)道。通過合理的碼放設(shè)計(jì)，控制好地窖內(nèi)的溫度、濕度，只需定期開啟鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)，空氣便可輕松帶走白菜存放過程中釋放出的乙烯。頭一年秋天收獲的白菜，第二年夏天拿出來仍然新鮮得很，我國北方地區(qū)的白菜存儲問題得到順利解決。

“那時(shí)候我們國家缺吃的，就要解決吃的問題�，F(xiàn)在咱們有溫室、有大棚，一年四季什么菜都有了，這些也都成為了歷史。”江億感慨道，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，暖通領(lǐng)域逐漸從“冷”到“熱”，他的研究方向也發(fā)生轉(zhuǎn)變，通過改善建筑的空調(diào)、通風(fēng)、暖氣等設(shè)施，控制人居環(huán)境、工作環(huán)境，讓室內(nèi)更加舒適。采用新人環(huán)工程設(shè)計(jì)理念和具體方法，他主持開發(fā)了這一領(lǐng)域的第一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并成功應(yīng)用在人民大會堂、故宮博物院等30余個(gè)重點(diǎn)工程中；組織團(tuán)隊(duì)開發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的建筑熱環(huán)境和能耗模擬軟件DeST，現(xiàn)在這款軟件已是該領(lǐng)域的國際通用三軟件之一。

疫情中的“逆行者”

2003年的北京，春夏之交，非典肆虐，感染人數(shù)節(jié)節(jié)攀升。

北京大學(xué)人民醫(yī)院是非典疫情的“風(fēng)暴眼”之一，因發(fā)生院內(nèi)感染，醫(yī)院被整體封閉。隨著疫情相關(guān)信息的逐漸公布，“天井病房”這個(gè)詞為人們所熟知。

為了方便每日接診大量的急診病人，人民醫(yī)院將急診留觀病房設(shè)置于急診科與門診大廳之間的通道。其四周原本都是建筑物，加了個(gè)蓋子便成了病房，只依靠頂部的換氣扇來通風(fēng)換氣，因此被人們稱為“天井病房”。

密閉、擁擠的環(huán)境，讓非典病毒在這個(gè)空間里迅速傳播。但除了急診留觀病房外，樓內(nèi)的其他科室、病房也不同程度出現(xiàn)了感染。明明各病房之間不存在人員的交叉和接觸，為什么還會出現(xiàn)病毒傳播？危重的病情，謎一般的傳播路徑，讓人們談“非”色變。

當(dāng)時(shí)，中國制冷學(xué)會迅速成立了抗擊非典肺炎空調(diào)系統(tǒng)專家小組，江億任組長。摸清病毒的傳播途徑，是阻斷傳染病鏈條的重要環(huán)節(jié)，人民醫(yī)院封閉后，江億和團(tuán)隊(duì)臨危受命，成為“逆行者”。

“我們這個(gè)小組的專家，都是從事通風(fēng)、空調(diào)、空氣相關(guān)研究的。我們?nèi)ト嗣襻t(yī)院的目的，就是要在這個(gè)典型場景下，研究非典病毒到底是怎樣通過空氣傳播的�！苯瓋|回憶道。

實(shí)地走過一間間病房后，江億注意到了一個(gè)細(xì)節(jié)——在“天井病房”旁邊，是兩間相對的骨科門診室：一間窗戶面向“天井”的診室中，大夫均不幸被感染；而另一間診室的窗戶向外開，大夫無一感染。“天井”周邊也都是開窗的建筑，盡管同樣可能接收到“天井病房”的排風(fēng)，卻也未出現(xiàn)感染病例。

于是，江億團(tuán)隊(duì)在人民醫(yī)院開展了氣流實(shí)驗(yàn)，模擬各區(qū)域病毒相對濃度的分布，反演出了病毒通過空氣傳播的路徑。“天井”的空氣流通是非典病毒在樓內(nèi)傳播的重要因素，不同位置的空間對“天井病房”排出的空氣稀釋倍數(shù)相差很大，這就導(dǎo)致感染狀況的巨大差別。

阻斷病毒在空氣中的傳播，通常有兩種途徑：一是過濾，即采用戴口罩、安裝空氣過濾裝置等方式，可以有效降低傳播概率；二是稀釋，通俗地說便是通風(fēng)換氣，這種方式更易操作、更加常見。

“就像把一滴墨水滴入水里，我們要搞清楚的是，究竟需要多大量的水才能將墨水沖淡�！苯瓋|說，墨水就像是環(huán)境中的活病毒，究竟要引入多少清潔的空氣才能使得病毒濃度降低至沒有傳染能力，這一指標(biāo)需要通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。江億團(tuán)隊(duì)計(jì)算醫(yī)院內(nèi)各種環(huán)境的空氣流場，最終測算出了安全閾值，證實(shí)當(dāng)病毒稀釋倍數(shù)達(dá)萬倍以上時(shí)，造成感染的可能性很低。

相關(guān)數(shù)據(jù)和結(jié)論，在當(dāng)時(shí)的廣州也得到了驗(yàn)證。

時(shí)值初夏，氣溫逐漸升高，“開空調(diào)會導(dǎo)致非典病毒傳播”的流言四起。面對未知的病毒，市民也產(chǎn)生了擔(dān)憂，家中、寫字樓的空調(diào)到底能否使用？空調(diào)里是否需要撒上消毒劑？大型公共建筑在疫情之下究竟要如何通風(fēng)、運(yùn)行？

江億帶著團(tuán)隊(duì)一棟一棟寫字樓跑，進(jìn)行現(xiàn)場評估，明確了新風(fēng)系統(tǒng)的稀釋作用以及空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部的過濾、消毒裝置，都能對防止病毒傳播起到關(guān)鍵作用，率先為應(yīng)對非典通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的安全運(yùn)行找到了答案。“因?yàn)榍捌谝呀?jīng)有了大量的科研數(shù)據(jù)，我們確信，只要達(dá)到一系列要求，保證空氣稀釋濃度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，就不會發(fā)生傳染。”另一方面，為了緩解民眾的焦慮情緒，北京市科協(xié)、北京制冷學(xué)會專門開通了幾部熱線電話，江億與學(xué)生一起24小時(shí)輪流值班，面向社會解答相關(guān)疑問。

抗擊“非典”積累下的寶貴數(shù)據(jù)，在2020年初再次發(fā)揮了巨大作用。

新冠疫情暴發(fā)后，江億再次聯(lián)絡(luò)全國各地的專家，牽頭組建起中國制冷學(xué)會抗擊新冠肺炎專家小組。在方艙醫(yī)院的建設(shè)中，怎樣更好地防止醫(yī)護(hù)人員感染，成為重要課題。

新冠病毒感染者住進(jìn)病房，面對封閉空間內(nèi)存在的確定傳染源，怎樣讓醫(yī)護(hù)人員盡可能少地接觸到病毒？病房里的哪些位置更安全？專家小組針對相關(guān)問題提供了研究參數(shù)，通過氣流的科學(xué)運(yùn)行，為武漢方艙醫(yī)院參與救治的醫(yī)護(hù)人員筑起了“空氣屏障”。

打造“零碳”建筑

在工業(yè)革命短短200多年歷史中，人類使用了地球積累百萬年的化石能源，這樣的發(fā)展當(dāng)然是不可持續(xù)的。大氣污染、氣候變化等問題越來越受到人們的重視，我國已經(jīng)宣布要在2060年實(shí)現(xiàn)“碳中和”的發(fā)展目標(biāo)，改變能源結(jié)構(gòu)、解決碳排放問題，逐漸成為全社會關(guān)注的熱點(diǎn)。

建筑能耗大約占到全球能耗的三分之一，如何讓建筑更加節(jié)能，怎樣推動我國能源結(jié)構(gòu)向低碳化甚至“零碳”轉(zhuǎn)型，成為了江億的科研重心，“感覺我們暖通領(lǐng)域，逐漸從配角一點(diǎn)點(diǎn)成了主角。”

在江億看來，未來，由風(fēng)電、光電、水電、核電和生物質(zhì)能構(gòu)成的零碳能源系統(tǒng)將是發(fā)展的必然趨勢。越早建成新的零碳能源系統(tǒng)，越能在發(fā)展中占據(jù)主動權(quán)。但能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，意味著能源傳輸鏈條需要相應(yīng)地做出變化，以電為例，火電需要由大型發(fā)電廠集中發(fā)電后統(tǒng)一分配供給，如果轉(zhuǎn)換為風(fēng)電、光電，就需要建設(shè)分布式的新型電力系統(tǒng)，并解決電網(wǎng)的調(diào)蓄問題。

江億開始了考察，他將視野首先投向廣闊的農(nóng)村，“我這個(gè)人，離不開村子�！币愿叻中l(wèi)星遙感影像為基礎(chǔ)，利用深度學(xué)習(xí)模型，江億團(tuán)隊(duì)提取全國城鎮(zhèn)和農(nóng)村的建筑區(qū)發(fā)現(xiàn)，農(nóng)村建筑往往建有大面積的屋頂，幾乎每家每戶的屋頂都能安裝發(fā)電能力20千瓦以上的光伏發(fā)電設(shè)備。通常來說，一戶人家每年用電不會超過2000度，但如果安裝光伏發(fā)電設(shè)備，每戶每年發(fā)電量可達(dá)2.5萬度，是其家用電量的10倍以上，余電接入電網(wǎng)，便可化零為整。如果這個(gè)思路能夠推廣至全國，預(yù)計(jì)年發(fā)電能力將達(dá)到2.95萬億度。這個(gè)數(shù)據(jù)，超過了今年1至4月我國全社會用電量的總和。

于是，江億提出了“光儲直柔”的電力運(yùn)行新思路，就是將建筑的光伏發(fā)電、儲能、直流配電和柔性用能有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)建筑與電網(wǎng)之間的友好互動。

2019年，江億團(tuán)隊(duì)與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)合作，在山西芮城莊上村建起了農(nóng)村“光儲直柔”村級直流微網(wǎng)試點(diǎn)。在莊上村的農(nóng)戶屋頂及村內(nèi)的零散空地安裝太陽能光伏板，其產(chǎn)生的電能除農(nóng)戶自用外，還能供村內(nèi)的公共建筑、街道照明、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備使用，余電則成為可銷售的能源，經(jīng)變壓器接入現(xiàn)有電網(wǎng)。這樣一來，農(nóng)村家庭不僅無需再支出電費(fèi)，每年還能通過售電獲取七八千元的收入，補(bǔ)貼家用。

“有了這項(xiàng)技術(shù)，就把農(nóng)村燒煤、燒油、燒柴火的需求統(tǒng)統(tǒng)趕走了。”江億希望通過“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的發(fā)展思路，徹底改變農(nóng)村的能源系統(tǒng)，一個(gè)村便是一個(gè)小型“發(fā)電廠”。同時(shí)，秸稈、枝條、稻草的歸宿也不再是爐灶里的燃料，而是通過光伏設(shè)備產(chǎn)生的電能加工成生物質(zhì)能源產(chǎn)品，不僅能提升綜合能源效率，還可為農(nóng)民提供新的經(jīng)濟(jì)收入渠道，助力鄉(xiāng)村振興。

讓建筑從單純的能源消費(fèi)者轉(zhuǎn)變成能源產(chǎn)消者，是江億的愿景。這個(gè)問題當(dāng)然不只存在于農(nóng)村，城市中的公共建筑更是一個(gè)個(gè)“用電大戶”。在美國考察時(shí)，江億發(fā)現(xiàn)，他們的建筑大多采用全封閉模式，室內(nèi)環(huán)境與室外完全隔絕，僅是用于換氣的通風(fēng)系統(tǒng)每平方米的耗電量，就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國內(nèi)建筑每平方米綜合用電量，“這樣的建筑是不健康的、高浪費(fèi)的，人生活在其中也是不舒適的。”

要實(shí)現(xiàn)“零碳”目標(biāo)，堅(jiān)持綠色的建筑運(yùn)行模式是重中之重。而“光儲直柔”技術(shù)，是在建筑節(jié)能的前提下，主動地配合、適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的建設(shè)和實(shí)現(xiàn)的新技術(shù)。用好建筑外表面的光伏空間，內(nèi)部發(fā)展儲電裝置調(diào)節(jié)風(fēng)電、光電的波動，調(diào)動建筑物內(nèi)部用電裝置的靈活性、可調(diào)節(jié)性，就能大幅減少火電的應(yīng)用，從而降低二氧化碳的排放。

近日，江億作為我國建筑節(jié)能、暖通空調(diào)制冷、人工環(huán)境等領(lǐng)域發(fā)展的重要引領(lǐng)者之一，在由北京市委宣傳部、市科協(xié)等部門組織開展的遴選活動中，榮獲2022年北京“最美科技工作者”稱號。談起獲獎(jiǎng)的感受，他淡然地說：“我只希望安安靜靜地用好寶貴的時(shí)間，再為國家發(fā)展做點(diǎn)事，再給老百姓解決幾個(gè)實(shí)際問題。這是科研工作者的責(zé)任，也是我的最大心愿�！�

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原標(biāo)題：空調(diào)院士

本文來源：北京日報(bào)   文徑網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心：尹維維  劉紅娟編輯  劉真  方俊審核

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