我們身邊的建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程

供稿|謝慧

人的一生中約有80%的時(shí)間是在室內(nèi)(包括居住環(huán)境、工作環(huán)境、交通設(shè)施等)度過(guò)的，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量與人們的身心健康密切相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，建筑環(huán)境包括室內(nèi)溫度和濕度環(huán)境、空氣品質(zhì)、聲環(huán)境和光環(huán)境等[1]。隨著社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生活、工作、生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)過(guò)程對(duì)室內(nèi)環(huán)境不斷提出新的需求。在此背景下，著眼于改善建筑內(nèi)部溫度和濕度環(huán)境以及空氣品質(zhì)的建筑環(huán)境控制與能源供應(yīng)技術(shù)逐步發(fā)展起來(lái)，并最終形成了一門(mén)應(yīng)用型的新興學(xué)科——建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程。

什么是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)

專(zhuān)業(yè)簡(jiǎn)介

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)的重點(diǎn)任務(wù)是利用常規(guī)能源、自然能源或工業(yè)余熱和廢熱等作為冷、熱源，借助水、制冷劑等流體，對(duì)空氣進(jìn)行溫度和濕度調(diào)節(jié)、凈化后輸送到受控環(huán)境中，以此來(lái)營(yíng)造健康、舒適、高效的現(xiàn)代人工環(huán)境，同時(shí)還要最大限度地節(jié)約能源(如圖1所示)。建筑環(huán)境涵蓋了普通民居、辦公建筑、大型公共建筑、綠色建筑、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)建筑、潔凈建筑、地下空間甚至軍事、航空航天等各種人居、工藝環(huán)境(如圖2所示)。近年來(lái)工業(yè)建筑環(huán)境的營(yíng)造與節(jié)能也成為重要研究領(lǐng)域。隨著行業(yè)的迅猛發(fā)展，建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)的研究領(lǐng)域大大拓寬，可以說(shuō)已經(jīng)成為了“上天入地”的專(zhuān)業(yè)，“上天”指航空航天、軍事等領(lǐng)域，“入地”是指城市地下空間、城市地下綜合管廊等基礎(chǔ)設(shè)施。

圖1 建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程重點(diǎn)任務(wù)示意圖

國(guó)內(nèi)專(zhuān)業(yè)發(fā)展歷史

圖2 建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程案例(圖片來(lái)源：(a) https://dy.163.com/v2/article/detail/ C24T0ECQ051280SH.html；(b) https://www.sohu.com/a/ 345633743_659662；(c) http://shop.99114.com/49226369/ pd98142100.html；(d) https://www.sohu.com/a/327421328_505645)

1952年，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)共同創(chuàng)辦了我國(guó)的暖通專(zhuān)業(yè)，當(dāng)時(shí)的專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)為“供熱、供煤氣及通風(fēng)”。1953年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)成立了暖通教研室。同年，西安建筑工程學(xué)院在全國(guó)率先成立了本科四年制專(zhuān)業(yè)。1956年，天津大學(xué)、太原工學(xué)院、重慶建筑工程學(xué)院建立了暖通專(zhuān)業(yè)；1958年，湖南大學(xué)設(shè)立了暖通專(zhuān)業(yè)。這些學(xué)校就是暖通行業(yè)俗稱(chēng)的“老八?！盵2]。20世紀(jì)70年代，專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)改為“供熱通風(fēng)與空調(diào)工程”。1998年，教育部將供熱供燃?xì)馔L(fēng)空調(diào)工程專(zhuān)業(yè)和燃?xì)廨斉鋵?zhuān)業(yè)合并成“建筑環(huán)境與設(shè)備工程”。2012年，教育部專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)將建筑節(jié)能技術(shù)與工程、建筑設(shè)施智能技術(shù)、建筑環(huán)境與設(shè)備工程合并為“建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程”。目前，國(guó)內(nèi)開(kāi)設(shè)本專(zhuān)業(yè)的高校近200所，為國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域培養(yǎng)了大量的專(zhuān)業(yè)人才。

北科大專(zhuān)業(yè)特色和優(yōu)勢(shì)

作為與國(guó)家重大需求和人民生活緊密聯(lián)系的“新工科”專(zhuān)業(yè)，北京科技大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)在學(xué)校和學(xué)院的科學(xué)規(guī)劃和大力支持下煥發(fā)出勃勃生機(jī)。專(zhuān)業(yè)師資力量雄厚，不但擁有獲得“科學(xué)中國(guó)人”等榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)的杰出學(xué)科帶頭人，而且擁有畢業(yè)于清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)、美國(guó)新澤西理工大學(xué)等國(guó)內(nèi)外知名高校的優(yōu)秀教師團(tuán)隊(duì)。建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)成立18年來(lái)培養(yǎng)了大批優(yōu)秀人才，畢業(yè)生在行業(yè)內(nèi)的表現(xiàn)獲得了社會(huì)各界的廣泛贊譽(yù)，很多畢業(yè)生已經(jīng)成為暖通空調(diào)制冷行業(yè)的中堅(jiān)力量。教師承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、企業(yè)合作等多層次的項(xiàng)目，為學(xué)生提供豐富的參與科研實(shí)踐的機(jī)會(huì)。北京科技大學(xué)的建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)與材料科學(xué)與工程、智能科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)科學(xué)和與大數(shù)據(jù)技術(shù)等專(zhuān)業(yè)交叉融合，在室內(nèi)空氣質(zhì)量與健康、數(shù)據(jù)中心與潔凈廠(chǎng)房環(huán)境保障和能源高效利用、可再生能源建筑應(yīng)用等方面形成自己的專(zhuān)業(yè)特色。北京科技大學(xué)現(xiàn)設(shè)有“供熱、供燃?xì)?、通風(fēng)與空調(diào)工程”碩士點(diǎn)和博士點(diǎn)。

本專(zhuān)業(yè)擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，購(gòu)置了Agilent氣相色譜儀、差示掃描量熱儀、美國(guó)Spectrum氣象站等儀器設(shè)備以及TRNSYS、COMSOL等專(zhuān)業(yè)模擬軟件的版權(quán)，可進(jìn)行建筑能耗智能化監(jiān)測(cè)、建筑室內(nèi)空氣品質(zhì)檢測(cè)等方面的系列教學(xué)演示、研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究。學(xué)生在老師的指導(dǎo)下參加全國(guó)人工環(huán)境學(xué)科獎(jiǎng)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)競(jìng)賽、中國(guó)制冷空調(diào)行業(yè)大學(xué)生科技競(jìng)賽、全國(guó)節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽等活動(dòng)，屢獲佳績(jī)。

北京科技大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)與國(guó)際接軌，積極為同學(xué)們提供國(guó)際交流機(jī)會(huì)。已有學(xué)生赴美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校、德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)、日本早稻田大學(xué)等學(xué)校進(jìn)行為期半年到一年的交流學(xué)習(xí)。每年邀請(qǐng)美國(guó)、英國(guó)、丹麥等國(guó)家與地區(qū)的專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行交流訪(fǎng)問(wèn)，并聘請(qǐng)外國(guó)專(zhuān)家參與全英文教學(xué)和開(kāi)辦短期講學(xué)。

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)學(xué)什么

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)從事建筑環(huán)境控制、建筑節(jié)能和建筑設(shè)施智能技術(shù)領(lǐng)域工作，具有空調(diào)、供熱、通風(fēng)、建筑給排水、燃?xì)夤?yīng)等公共設(shè)施系統(tǒng)、建筑熱能供應(yīng)系統(tǒng)和建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)行管理能力和建筑自動(dòng)化系統(tǒng)方案的制定能力的高級(jí)工程技術(shù)人才和管理人才[3]。課程設(shè)置的理念和特色為“多學(xué)科交叉、多行業(yè)融合、多領(lǐng)域應(yīng)用”。本科期間所開(kāi)設(shè)的課程有高等數(shù)學(xué)、大學(xué)英語(yǔ)、計(jì)算機(jī)、大學(xué)物理、電工電子學(xué)、工程制圖、工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、泵與風(fēng)機(jī)、建筑環(huán)境學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、自動(dòng)控制原理、流體輸配管網(wǎng)、熱質(zhì)交換原理與設(shè)備、空調(diào)工程、建筑冷熱源、供熱工程、建筑給排水工程、燃?xì)夤こ獭⒔ㄖ姎?、鍋爐及鍋爐房設(shè)備、工業(yè)通風(fēng)、建筑設(shè)備自動(dòng)化、建筑設(shè)備工程概預(yù)算、建筑概論、建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)等。

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)發(fā)展方向

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，健康、能源、環(huán)境已成為人類(lèi)關(guān)注的三大主題。隨著我國(guó)建筑、交通、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等領(lǐng)域的發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)建筑環(huán)境(人工環(huán)境)的要求也越來(lái)越高，沒(méi)有了建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)的保駕護(hù)航，人類(lèi)的生存、生活環(huán)境將難以保證。在一些特殊領(lǐng)域，人工環(huán)境的營(yíng)造更是必不可少。另一方面，目前約有1/3的能源消耗于營(yíng)造健康舒適的建筑環(huán)境中，因此建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程被認(rèn)為是最有節(jié)能潛力的領(lǐng)域。目前建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程的主要發(fā)展方向包括人工環(huán)境營(yíng)造、建筑節(jié)能、綠色建筑等。

人工環(huán)境營(yíng)造

人工環(huán)境是重要的建筑要素，在很大程度上影響著人們的健康水平、生活質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。近年來(lái)室內(nèi)空氣污染也成為我國(guó)社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。與此同時(shí)，在與人類(lèi)生產(chǎn)生活密切相關(guān)的人居、工業(yè)、醫(yī)療、交通、航天、地下空間等領(lǐng)域，亟需節(jié)能高效的用能手段，以維持精密、適宜的人工環(huán)境。人工環(huán)境營(yíng)造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)包括熱舒適基礎(chǔ)理論、室內(nèi)空氣品質(zhì)、建筑性能模擬、建筑溫度和濕度環(huán)境營(yíng)造方法，致力于用合理的能源形式和最少的能源消耗，營(yíng)造滿(mǎn)足人員健康舒適和各類(lèi)工藝需求的環(huán)境。

城市能源與建筑節(jié)能

我國(guó)作為人口大國(guó)和建筑大國(guó)，隨著建筑能耗迅速增長(zhǎng)，城市與建筑用能分別超過(guò)全社會(huì)總能耗的80%和30%。如何開(kāi)展城市能源系統(tǒng)的低碳清潔轉(zhuǎn)型與建筑節(jié)能減排工作，是我國(guó)能源轉(zhuǎn)型所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。建筑節(jié)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)包括建筑節(jié)能高效技術(shù)、城市與建筑用能基礎(chǔ)數(shù)據(jù)挖掘、城鄉(xiāng)能源規(guī)劃、建筑節(jié)能發(fā)展路徑等。根據(jù)我國(guó)城市能源與建筑節(jié)能的能源與排放現(xiàn)狀，從宏觀(guān)層面提供城市能源可持續(xù)發(fā)展與建筑的節(jié)能減排戰(zhàn)略規(guī)劃、技術(shù)路徑、政策建議。

零能耗建筑與綠色建筑

零能耗建筑是指適應(yīng)氣候特征和場(chǎng)地條件，通過(guò)被動(dòng)式技術(shù)最大幅度降低建筑終端用能需求，通過(guò)主動(dòng)式技術(shù)最大幅度提供能源設(shè)備與系統(tǒng)效率，充分利用可再生能源資源，使可再生能源年產(chǎn)能大于建筑全年用能的建筑。

綠色建筑是在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源，包括節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材等，在保護(hù)環(huán)境和減少污染的同時(shí)，為人們提供健康、舒適和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑物。綠色建筑技術(shù)注重低耗、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、集成與優(yōu)化，是人與自然、現(xiàn)在與未來(lái)之間的利益共享，是建筑可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展方向。

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程就業(yè)前景

近年來(lái)，我國(guó)的能源與環(huán)境形勢(shì)日漸嚴(yán)峻，建筑環(huán)境與能源應(yīng)用領(lǐng)域的人才需求量日益增加，建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)專(zhuān)注于培養(yǎng)與現(xiàn)代建筑發(fā)展和社會(huì)需求相適應(yīng)、具有創(chuàng)新能力和國(guó)際視野的高級(jí)工程技術(shù)人才[4，5]，適合在國(guó)內(nèi)外建筑設(shè)計(jì)院、科研院所、高等院校、政府職能部門(mén)、國(guó)內(nèi)外大中型工程建設(shè)公司、設(shè)備制造企業(yè)、物業(yè)管理公司、軍隊(duì)營(yíng)房基地等單位從事供熱、通風(fēng)、空調(diào)、建筑節(jié)能、冷熱源、空氣凈化、燃?xì)庖?guī)劃等方面的規(guī)劃設(shè)計(jì)、研發(fā)制造、施工安裝、運(yùn)行管理及系統(tǒng)保障等技術(shù)和管理工作(如圖3所示)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生就業(yè)前景最好的地區(qū)集中在國(guó)內(nèi)一線(xiàn)城市。

圖3 建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程的學(xué)生就業(yè)領(lǐng)域

結(jié)束語(yǔ)

隨著人類(lèi)進(jìn)入21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)飛速進(jìn)步、社會(huì)經(jīng)濟(jì)空前發(fā)展以及人民生活水平極大提高必將促使人類(lèi)在建筑環(huán)境方面提出更高的要求，面對(duì)巨大挑戰(zhàn)的同時(shí)，建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)也存在著空前的發(fā)展機(jī)遇。建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)以促進(jìn)人居環(huán)境舒適和健康、保護(hù)地球環(huán)境及有效利用能源等基于可持續(xù)發(fā)展的觀(guān)點(diǎn)為基本原則[6]，在更高甚至全新的層面上加速進(jìn)步與發(fā)展，為人類(lèi)奉獻(xiàn)一座廣袤的綠色生存空間。

只爭(zhēng)朝夕，不負(fù)韶華！北京科技大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)，期待你的加入！