2015-10-22

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独家制作:

本期策划:@素手莲花

访谈背景:
  陕西省暖通空调与制冷行业协会被陕西省民间组织管理局批准开展筹备,筹备组负责人王锋先生向暖通空调在线介绍了西安交通大学人居环境与建筑工程常务副院长顾兆林教授,顾教授被陕西省暖通空调与制冷行业协会筹备组成员推举为协会会长人选,并已于2015年9月25日第一届会员大会上获选通过。顾教授曾在暖通空调技术领域从事过研究和教学工作,近些年来,其专心研究的领域扩展到人居环境工程的能量集成、城市大气环境物理学及模拟、环境流体多相流及数值模拟等方面,这些更大范畴的环境与建筑室内环境改善之间的技术关联如何?人居环境研究大气环境的变化,有哪些成果可以为暖通空调行业提供更多细微环境营造的技术?对于未来产业化发展上有哪些新的方向?带着这些问题,暖通空调在线高端访谈栏目在西安交通大学人居环境与建筑工程学院访问了顾兆林教授。

  感谢顾院长抽出宝贵时间,接受本次专访,也感谢陕西省暖通空调与制冷行业协会常务副会长兼秘书长的王锋先生对于本次采访给予的支持。

  西安交通大学人居环境与建筑工程学院 顾兆林常务副院长
  1987年7月西安交通大学优异生班(三年)毕业;
  1990年5月获硕士学位(西安交通大学),1997年5月获西安交通大学动力工程及工程热物理学科博士学位(西安交通大学);
  1999年10月-2001年3月日本庆应大学博士后;
  2002年9-10月参加国家自然科学基金委员会国际交流中心“澳大利亚环境污染机理及修复技术培训”;
  2005年3-8月英国伦敦大学帝国理工学院高级访问学者;
  2010年2-4月日本理化学研究所高级访问学者(JSPS Short-term Invitation Fellowship);
  2003年度教育部“跨世纪人才培养计划”资源与环境领域入选者(学科:环境流体力学);
  2003年荣获陕西省第四届青年科技奖;
  1990年6月-至今, 西安交通大学任教,其中1996年6月晋升副教授,2001年6月晋升教授。
  专业领域:人居环境工程与能量集成;环境流体多相流及数值模拟;城市大气环境物理学及模拟。
  至今承担国家自然科学基金项目7项(负责5项)、“863计划”及“973计划”等课题8项;主持省部级项目10项,横向合作项目10余项;
  发表在国内外期刊学术论文近200篇,其中SCI、EI收录论文150余篇;出版专著、教材以及参编手册8本(部),其中《风扬粉尘-近地层湍流与气固两相流》(科学出版社,2010年7月)获2008年度国家科学技术学术著作出版基金资助,《城市与建筑风环境的大涡模拟方法及其应用》(科学出版社,2014年5月)获2012年度国家科学技术学术著作出版基金资助;邀请报告或学术讲座10余次;获授权发明专利38项,公示发明专利8项;获2009年度陕西省科学技术奖二等奖(第1完成人)等科技奖励4项。

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关于学院

西安交通大学人居环境与建筑工程学院是国内围绕人居环境科学建立的第一个实体学院。由建筑学系、土木工程系、建筑环境与设备工程系、地球环境科学系,以及地球环境科学的国家大型仪器平台“西安质谱加速器(AMS)中心”、“城市气候与人居环境研究中心”、“环境科学与工程中心”组成。学院还设有绿色建筑研究所、建筑设计研究所、古迹与古建筑研究所、结构物诊断与改造工程研究中心、暖通空调研究所、文物保护与考古工程研究所 、建筑工程研究所等研究机构。

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关于人居环境

人居环境并不是简单理解中的自然生态环境,根据2011年度国家最高科学技术奖获得者吴良镛院士提出的人居环境科学理论体系、住建部人居环境评价指标以及相关研究,人居环境是指人类聚居生活的场所,是以人为中心,由人-建筑-环境构成的地表空间,是建筑学尺度和地理学社会空间尺度的综合概念,顾院长简单介绍说。
  顾院长指出,未来有关室外环境的研究会逐步深入,这是人居环境学的一个重要方向。现在城市的建设速度很快,由此带来的对于室外环境的影响越来越重,因此室外环境需要更为清晰地解析,而且最近的科研研究表明,城市气候环境及空气品质的变化,跟城市建筑布局本身也有很大的关联性,建筑结构不合理,局地风环境不合理,都会与我们的暖通专业所关注的室内环境有直接的影响。城镇化是我国经济社会发展的必然趋势,也是工业化、现代化的重要标志。探索人与生存环境之间的科学构成关系,建设符合人类理想的聚居环境,是人居环境科学教学与研究的中心内容。

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关于典型城市人居环境调查

人居环境与建筑工程之间关联的研究,这是一个颇为前端的方向,围绕此方向的产业发展,也许是未来暖通空调与制冷产业发展的一个新的突破口,对此,顾院长表示同意,他说:“我们已经开始的 ‘典型城市人居环境质量综合调查与城市气候环境图集编制’项目由我们学院周典教授负责,这个项目将采集典型城市的建筑风环境、热舒适环境、空气品质、气象灾害等数据,为广泛开展提升城市人居环境质量的综合研究提供基础数据,有望在基于风环境设计的城市规划和居民工作生活习惯方面提出新的理念和对策。”
  人居环境科学是涉及地理学、城乡规划学、建筑学、环境学等学科的综合性、交叉性学科群。近年来,在城市人居环境质量,特别是气候环境的研究上,虽然环境学科、气候学科、城市规划学科和建筑学科开展了相关的研究工作,但由于分析城市人居环境质量的环境、气象和城市基础建设相关数据不足,并且现有各数据间缺乏相应的关联接口与标准,造成研究工作难以取得突破性进展和应用推广。因此,在城市-社区-建筑多尺度上,迫切需要开展城市人居环境质量的综合调查,获取城市冠层内直接影响人居环境质量的自然本底基础数据,为广泛开展提升城市人居环境质量的综合研究提供基础依据。
  “中国城市与国际其他城市的建筑规格不同,所以污染空间的动态情况不同,解决这个问题要跟城市规划结合在一起,城市规划将来应该更加多的考虑空气、气流、污染的影响。我们要重视城市气候环境,这个是从德国在上世纪80年代发展起来的,现在国内已经开始重视了,有些科学的观念已经开始有了。我们开展的典型城市人居环境数据调查,就是要促进这些科学观念走进城市规划中去,目前已经调查了西安、武汉两个大城市,洛阳、榆林两个小城市,将来还想调查大连等具有明显区域特征的城市环境质量。”
  据顾院长介绍,“典型城市人居环境质量综合调查与城市气候环境图集编制”项目由西安交通大学牵头组织,武汉大学、陕西省环境科学院、陕西省气候中心、中国科学院大气物理研究所、中国科学院地球环境研究所、中国农业科学院、中国气象局气候探测中心、大连理工大学等国内著名高校和科研院所共同参与,并邀请香港中文大学吴恩融教授课题组联合参与,并组织了由多位国内相关领域的院士和专家组成的咨询专家组,组成了一支技术实力雄厚、年龄层次合理的科研团队,共同完成本项目的研究任务。
  项目选择具有不同建筑气候类型分区及地理特点的三个大型城市(西安、武汉、大连)和四个中小城市(榆林、洛阳、佛山、泰州)。整合现有气象及环保部门的常规监测站观测数据,采用地面移动和定点监测技术、空间信息处理手段以及数值模拟,开展“城市人居环境热舒 适性综合调查”、“城市人居环境空气品质调查”、“城市与建筑空间风环境调查”、“典型城市短时强降水灾害调查”等四个方面的综合调查,采集典型城市的建筑风环境、热舒适环境、空气品质、气象灾害等本底数据,获取城市-社区-建筑不同尺度下城市冠层内居民实际暴露环境数据;基于城市地理信息系统,通过城市规划与城市气候环境相关数据的标准化以及多元数据的提取与集成等,建立规范化的空间数据库,编制反映城市人居环境状况和城市特征的城市气候环境图集,为城市基础设施的整合与配置、城市人居环境的综合治理等提供基础数据及图集。基于不同情景下的风险综合评估等级划分,编制城市气象灾害图,为各级政府及社会各界提高城市气象灾害的应对能力提供决策依据,并填补我国城市气候环境图与气象灾害图资料的空白。
  当问及此项目成果会如何影响我们这个行业的问题时,顾院长指出:“本项目将通过科技部指定共享平台进行数据和成果发布,将实现提高城市人居环境综合数据的共享水平。通过对 典型城市人居环境本底数据进行再分析,厘定各因素对城市人居环境质量的影响机理及影响程度,以降低城市热岛效应,提高城市人居环境热舒适度和空气品质为目标,编制基于城市气候环境的空间规划建议图集,为城市规划的科学修编、城市新区规划以及旧城高密度区域改造规划的编制提供基础数据。”
  “这些科研成果会如何影响到我们这个行业?未来十年,我们需要更精细地控制室内环境品质,将来要连接互联网+,室内室外的调控运行,需要技术的发展支持。我们暖通的人设计方面的设计点的选择要更科学才行,室外环境不同,温度环境不同,温差的控制也不同。室内是人的活动空间,但是人不是只在室内,更广泛的活动范围必须是室内室外结合,所以治理建筑室内环境问题,应该扩展至人居环境的全局研究。”顾院长对于人居环境与建筑设备行业紧密相连的未来充满信心。

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关于降低空气PM2.5与城市规划学科边界研究

近些年,我国许多城市出现的严重灰霾天气受到人们的广泛关注,而PM2.5的治理与控制问题,不但成为热门话题,也成为了政府部门的施政目标。顾兆林教授课题组曾在《Nature Geoscience》撰文“Air Quality by Urban Design”,认为通过合理的城市设计,改善城市空间的空气流通性,既有利于污染物扩散,减少污染物累积、滞留,降低城市大气中污染物浓度,又有利于抑制二次颗粒污染物的生成。
  顾院长在采访中指出,我国正处于城市化高速发展的新阶段,城市建设的特征呈现典型的“中国特点”,建筑物的高大化、密集化,导致城市人口高密度化。城市人口的高度集中致使人们生活消费的相对集中,从而使污染物排放相对集中,并且城市建筑物的高大化、密集化还会显著削弱城市风环境,降低污染物的扩散效率,这些因素都会使得城市大气环境受到负面影响。虽然国家及地方政府通过工业排放源的污染治理,全国平均PM2.5浓度呈现下降趋势,但是城市区域内人口密度过大,机动车数量增加,与机动车和居民日常生活相关的排放有进一步增加的趋势。因此,在当前城市发展模式和居民工作生活习惯下,中国城市PM2.5浓度治理前景不容乐观。
  顾院长介绍说,我们曾经跟英国的科学家共同探讨治理大气灰霾的问题,我们认为北京和伦敦的情况是不一样的,北京的楼普遍高,而且城市建筑物(冠层)平均高度比伦敦高很多,这样两个城市的小环境就不一样,所以治理的方法就不一样,治理城市大气环境就要跟环境结合起来,而且跟建筑环境有关,要从城市规划上入手,尽量让我们的城市规划靠近更科学合理的方面。
  为了更好地改善城市大气环境质量,有必要通过合理的城市规划与建筑物布局来提高城市内部的空气流通状况,强化污染物扩散条件,为城市污染物浓度消减提供有效支持。这应该是今后努力的方向。

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顾兆林教授部分论文


[1] 顾兆林,赵永志,郁永章,冯霄.尘卷风的形成_结构和卷起沙尘过程的数值研究.气象学报.2003年12月第61卷第6期.

[2] 苏军伟,顾兆林,李云.各向同性颗粒系统数量平衡方程直接矩积分求解法的研究.化学反应工程与工艺.2006年8月第22卷第4期.

[3] 苏军伟,顾兆林,李云.冯诗愚.体积属性的群体平衡模型矩积分方法研究.化学反应工程与工艺.2007年12月第23卷第6期.

[4] 罗昔联,顾兆林.基于DPM模型的街谷内颗粒物扩散特性研究.中国科学院研究生院学报.2007年9月第24卷第5期.

[5] 顾兆林,邱剑,鲁录义,赵永志.尘卷风的研究进展.中国沙漠.2007年9月第27卷第5期

[6] 顾兆林,苏军伟,李云.冯诗愚.两相及多相体系的离散相行为与群体平衡模型.化学反应工程与工艺.2007年4月第23卷第2期.

[7] 苏军伟,顾兆林,李云.以体积为内部坐标数量平衡模型的矩直接积分方法.西安交通大学学报.2007年5月第41卷第5期.

[8] 鲁录义,顾兆林,罗昔联,雷康斌.一种风沙运动的颗粒动力学静电起电模型.物理学报.2008年11月第57卷第11期.

[9] 冯诗愚,胡伟,高秀峰,李云,顾兆林,王惠余,罗聪.热泵辅助太阳能中央热水系统年运行特性研究.太阳能学报.2008年3月第29卷第3期.

[10] 苏军伟,顾兆林,XU X.Yun.离散相系统群体平衡模型的求解算法.中国科学:化学.2010年第40卷第2期.

[11] 危卫,鲁录义,顾兆林.风沙运动的电场_流场耦合模型及气固两相流数值模拟.物理学报.2012年第61卷第15期.

[12] 张云伟,顾兆林,段翠娥,苏磊杰.行驶车辆对城市街谷内空气流动与污染扩散的:基于拉格朗日模型的数值模拟.十一届全国气溶胶会议.2013.

[13] 张海炜,张云伟,顾兆林.西安市机动车尾气排放特征分析.环境工程.2015年第33卷增刊.

[14] 王乐动,张云伟,顾兆林.态风场及交通流量下街道峡谷内污染物扩散模拟.中国环境科学.2012,32(12):2161-2167.

[15] 顾兆林.一种强沙尘暴天气的多尺度触发机制初探.专题研讨会报告—风沙运动与大气环境.

[16] 顾兆林,张云伟,雷康斌.不同大气稳定度下绿化街谷流动的大涡模拟.中国科学:技术科学.2011年第41卷第1期.

[17] 樊敏,顾兆林.灰色理论模型在大气环境质量预测中的应用研究.上海环境科学.2009年第28卷第4期.

[18] 樊敏,顾兆林.时间序列分析在大气环境中的应用.资源环境与发展.2010年第1期

[19] 顾兆林.城市粗糙层内大气环境数值模拟研究.第八届海峡两岸气溶胶技术研讨会.

[20] 顾兆林,张仁健.强沙尘暴天气的多尺度触发机制初探. 第十届海峡两岸气溶胶年会.2009.

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