江亿院士:实现中国特色的建筑节能

2011-4-08 09:14 来源: 科学时报
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  “这一周我的时间都排满了。”

  3月21日~27日,清华大学建筑节能研究中心正在举办第七届清华大学建筑节能学术周活动,中国工程院院士、清华大学建筑技术科学系教授江亿作为此次活动的组织者,每天的行程都排得满满的。

  记者在清华大学建筑馆王泽生报告厅见到了江亿,正在讲台上作报告的江亿神采奕奕、充满活力和感染力,完全看不出他已年近花甲。

  这位爱笑、爱说、爱拿事实说话的院士利用会议茶歇时间接受了《科学时报》记者的专访。

  “身上的担子很重,有好多大事要干。”对于江亿来说,找到中国建筑节能的有效途径,是他的头等大事。

 
一个必须解决的难题

  “中国的建筑节能应该走一条与发达国家不同的技术路线。”在江亿看来,这是一个难题,更是一个必须解决的难题。

  江亿说,现在欧美国家约10亿人的建筑能耗占全球1/6,如果全球剩余近60亿人也要达到这样的能耗水平,则需要1.1个地球。因此,目前欧美的建筑使用模式和运行能耗状况是不能在全球推广的,必须从全球资源能源和环境容量状况,以及人人平等的原则来考虑未来允许的建筑能耗。如果这样考虑,认为全球的总能源只能有1/3左右用于建筑运行,则按照中国的人口规模计算,其建筑能耗应占全球总能耗的1/18。而这个数字正是现在的中国城市建筑用能的平均水平。

  上世纪中叶,美国的建筑能耗水平曾在短期内翻倍,原因就是新建建筑能耗过高,成为建筑能耗的主要增长点。而现状是,中国现在也正处于这个阶段。中国的基础化建设还远没有达到发达国家的水平,房子还要不断地建。同时,技术和政策带来的种种误解,正在挑战着中国的建筑能耗水平线。

  “中国的建筑能耗处于上升的开端,如果能够避免美国等发达国家的建筑发展模式,则有可能避免此趋势。”江亿强调。

  江亿认为,不同的建筑具有不同的服务水平、不同的室内状态、不同的使用者行为、不同的操作方式等,这些不同导致建筑节能途径有所不同。“一种技术在这种模式下节能,在另一种模式下可能就费能了。”

  现在世界上已有的建筑节能新技术新方式基本上都可以在国内找到应用案例,但令江亿感到遗憾的是,所有这些建筑无一座真正实现“零能耗”或“超低能耗”,其实际结果大都高于同功能的一般建筑。

  江亿举了个例子:清华大学环境节能楼是意大利政府耗资2000万欧元于2007年建成的。当时希望通过CDM机制收回投资。而它的年建筑能耗是89kW·h/m2,属于清华校园内的高耗能建筑。

  “13年来,清华一直注重‘绿色大学’的建设。”说到这儿,江亿停顿了一下,“但是,建设‘绿色大学’不能停留在表面,拿大学的小社会作尝试来研究社会的大问题,同时开展文化、科学、技术等各方面的研究和教育工作,使大家认识到未来应该通过怎样的生活、怎样的行为处理好与环境的关系,实现可持续发展。这才是‘绿色大学’要做的事。现在我们离这样的目标还差得挺远,还需不断深入认识,努力朝这方向走。”

  江亿还提到,现在的建筑节能往往以采用了多少项先进节能技术为指标,大有“贴标签”、“对表格”之意。节能建筑成了节能技术的堆砌,而实际用能数据却少有人关心。对此,江亿认为,建筑节能的最终目标是要把建筑运行的能源消耗真正降低,因此要以建筑能源消耗数据降低为导向。

  “依靠科技,找到不同于发达国家的途径,既满足经济社会发展、人民生活水平提高的需要,同时实现较低的建筑实际运行能耗,从而缓解城市发展与能源供应的巨大矛盾,实现城市建设的可持续发展。”江亿阐述了自己对中国建筑节能之路的理解。

 
33年前,与建筑节能结缘

  作为我国人工环境工程学科的倡导者之一,江亿与建筑节能结缘已经整整33个年头。但谁能想到,这行却完全不是他学生时代的理想。

  “我属于‘先结婚后恋爱’。我小时候的兴趣是数学和无线电,上大学后读了这个专业才慢慢感兴趣干这行的。”在天津长大的江亿,用天津人特有的幽默讲述自己的成长经历。

  用江亿自己的话来说,他“在天津学话,在内蒙古学人,在清华学本事”。

  自小在天津读书的江亿初一时就遭遇了“文革”,很快便随着“接受贫下中农再教育”的洪流来到内蒙古四子王旗半农半牧区种了5年地。

  5年的插队生活,条件之艰苦自不必描述,那种状况现代人可能已经无从想象,但在江亿看来,却是一种很好的锻炼。

  1973年底,江亿参加了“文革”中仅有的一次高考而进入清华建工系暖通专业学习。次年3月“开门办学”就开始下厂劳动,从二七车辆厂、878电子厂,到参加援藏团。那时候上大学其实是在工厂里度过的,一起下厂的老师们,在那种特殊的环境下给了他们许多难忘的教诲,从工厂里那些钳工、车工师傅们身上,他们也学到了实际生产的本领。“实践也许是最好的老师。”江亿感慨道。

  1978年,清华恢复研究生招生,江亿回校应考。从这一年开始,江亿的生命轨迹就开始与节能紧紧地联系在了一起。

 
艰难起步
 

  可能正是由于江亿十几岁就与农民、工人在一起生活、劳动,从硕士到博士再到院士,江亿一直在用自己的知识和能力解决人民经济生活中亟待解决的实际难题。

  在读硕士期间,江亿成为最早研究北京地铁升温问题的人。

  江亿回忆,那时没有课题立项,也没有研究经费,只是说有这么个难题需要解决。他常常带着几个本科生半夜两三点钻到地铁里去测试,为了让学生们多干一会儿,他付给的“加班费”是一块水果糖。

  上世纪80年代,水果的产地储存是困扰我国苹果种植业和苹果产地经济发展的瓶颈,也一直是国内外科技人员攻关的难题。

  1982年起,江亿就参加了由山西省农科院主持的国家“六五”攻关重点项目“苹果的产地储存技术”,负责其热环境原理研究及性能优化。他们利用当地现有的条件,为农民设计出窑洞储存苹果的土办法,就是打出几十米的窑洞,再在里面修一条通风道,让空气流通起来,通过调节窑洞内外空气的流通来调节温度,这样不管是春夏秋冬里面的温度都被控制在0~6摄氏度。配合他们研究的“自发式气调技术”,实现了与现代化储存手段完全相同的储藏保鲜效果。

  “在窑洞里储存的苹果,到来年五一吃还是脆的。”江亿自豪地说,“我们的储存技术可以说做到了全球第一的水平,对苹果种植业的发展起到重大作用。”

  江亿还清楚地记得,那几年他到各地去都是乘火车,有座就不错了,常常是站票来回。他估算过,一年中光站在火车上的时间就有近一个月。“辛苦是辛苦,但农民的劳动果实,存到春节再卖,一斤可以多挣两毛钱呢。”

  30年前,冬季大白菜可是北方老百姓冬季数月几乎唯一的“当家菜”,政府为了稳定菜价更是煞费苦心,其关键问题又是储存。

  面对这道难题,江亿当时与北京蔬菜所的专家及在京的一位美国教授合作,应用采后生理学最新成果,找到了要求的控制参数和白菜腐烂的主要原因——乙烯浓度问题,终于与北京蔬菜所的研究人员一起,设计出新的储存办法,之后在北京市全面推广,“后来连新疆伊犁都按照我们的设计和工艺存白菜”。江亿的成就感至今仍溢于言表。

  到上世纪80年代中期,江亿先后为内蒙古赤峰、辽宁沈阳等城市热力公司进行热力管网控制工程。这其实就是清华同方的前身“清华人环公司”的雏形。

 
硕果累累

  多年来,江亿一直致力于人工环境工程领域的教学、科研和工程实施。“这行当就是在节省能源、保护环境的前提下,为人类创造各种适宜的室内物理环境。”围绕此目标,江亿系统参与了该学科基础理论、基础方法的建立和发展,完成了多项核心技术的研究并直接主持了上百项人工环境工程项目。

  以此为起点,江亿组建了一支具备较强研发实力的团队,开展了建筑节能领域的系列研究,其中包括建筑热环境模拟与系统设计,新型建筑热湿环境的营造方式——温、湿度独立控制的空调系统,大型公共建筑节能诊断与分项计量,建筑节能与评价,建筑自动化,城市能源系统等。

  在基础研究方面,江亿提出了建筑热过程的“状态空间”模型,率先提出热过程随机分析概念和方法,并用此解决了一批实际问题。

  他主持完成了包括中南海建筑在内的多项空调改造工程,赢得赞誉。

  他提出热湿环境分析的热学新概念和新方法,为深入认识这一系统的本质,找到节能与新的系统形式和设备方式提出新的途径。

  他提出一系列供热空调系统控制调节的方案和在线故障诊断方法,主持开发出分布式计算机控制系统,已广泛用于包括人民大会堂、毛主席纪念堂、沈阳热网和德黑兰地铁等在内的200多个工程中。

  他提出城市热电联产供热兼顾电力系统削峰填谷的运行方式,对城市能源系统有重要参考价值。

  ……

  “进入这个行当33年,看着建筑节能从社会没人理睬的一个小行当,逐渐一点点发展到如今比较大的行当,各个专业、行业都朝这个方向奔,这个变化挺好。”江亿朴实的话语中透露出欣慰。

一如既往地奋斗

  2007年凭借“溶液式带有全热回收的模块化空气处理装置及其系统”项目荣获国家技术发明奖二等奖;2008年凭借“建筑节能模拟分析平台DeST”项目荣获国家科技进步奖二等奖;2009年凭借“适用于西部干燥地区的间接蒸发冷水机”项目荣获国家技术发明奖二等奖——江亿带领的团队连续三年获奖。

  虽然从表面上看,各个项目都是独立且全新的,但每个项目的背后其实都蕴涵着15~20年的基础研究和历史铺垫。

  “只有看准这样一些关系到行业领域的基础问题,不为短期的‘大项目’和各种利益的诱惑所动,进而坚持不懈地做下去,才能迫使团队用新的理论框架和思路来认识和解决工程问题,不断产生新的构思、发明和成果,反过来又用不断涌出的新的工程问题来启发、认识所进行的基础研究问题。”江亿说,“干这行必须有高度的社会责任感和对本行业的兴趣,有了这两个不可缺少的条件才能够全身心地投入到工作中,处理好必然出现的各种矛盾和问题,摆好自己的位置,把工作做好。”

  令江亿引以为豪的是,多年来,清华大学建筑节能研究中心在江亿的组建与带领下“已经成了气候”,大家经常深入研讨科学问题,把解决社会急需的问题和实现团队的研究成果作为确定“接什么活”的判断原则,不斤斤计较个人得失与名利,相互配合,把合作攻下难关作为每个团队成员工作的主要目标。

  “这是实实在在研究建筑节能相关问题的一个团队。”在江亿看来,有这样一支队伍,没有什么困难克服不了。

  在学生的眼里,江亿勤俭朴实、平易近人,为人正直善良讲原则,大气而不拘小节,总是能站在别人的角度考虑问题,从来没有架子——每次去工厂和工人交谈,身为院士的他都像是一位工人师傅很容易亲近的工程师;和设计院的设计者交谈时,又像一位非常和蔼的老师;和老百姓交谈时,就像一位朴实的老百姓。

  谈到下一步目标,江亿笑着说:“我的目标就是把团队建设好,让年轻教师成长起来,我就退下来静静地把理论、理念整理清楚。岁数大了,经历多了,对有些问题的认识更清楚、更深刻,这些可能对社会、对后辈来说是更宝贵的财富,冲锋陷阵的事就让给年轻人吧。”

江亿,中国工程院院士、清华大学建筑技术科学系教授。1977年毕业于清华大学建工系,1985年获清华大学工程热物理工学博士学位。