空氣、水和食物是維持人生命的三要素，一般成人三者日攝入量分別約為15、2和2.3kg，而且人80%以上時間在室內(nèi)度過。因此，室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量對人的健康、舒適和工作效率有重要影響。采用節(jié)能低碳方式營造健康舒適的室內(nèi)空氣環(huán)境是“健康中國”與“雙碳目標”國家戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。

　　傳統(tǒng)的建筑空氣環(huán)境研究范式存在以下不足：人的熱舒適狀況主要基于熱環(huán)境參數(shù)測試，人的健康狀況主要基于患病率調(diào)研；空氣環(huán)境監(jiān)測參數(shù)在種類、時空分布上非常有限；傳統(tǒng)室內(nèi)空氣熱質(zhì)過程優(yōu)化方法難以解決室內(nèi)濕和多種污染物的非平衡態(tài)熱-質(zhì)-功的復(fù)雜過程。為此，室內(nèi)空氣環(huán)境領(lǐng)域的一些重要基礎(chǔ)科學(xué)問題難以破解，譬如室內(nèi)空氣環(huán)境對人健康、舒適和工效的關(guān)鍵影響因素及影響機理，室內(nèi)空氣環(huán)境達到目標狀態(tài)的理想熱質(zhì)過程確定方法及實現(xiàn)途徑。

　　該文首先回顧了室內(nèi)空氣環(huán)境的科學(xué)認知與現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展歷史，并從我國建筑室內(nèi)冬季采暖、室外大氣污染、室內(nèi)裝修污染、農(nóng)村固體燃料污染、室內(nèi)空氣質(zhì)量標準和新冠疫情等方面探討了室內(nèi)空氣環(huán)境營造的挑戰(zhàn)與機遇。其次，指出了室內(nèi)環(huán)境熱舒適領(lǐng)域和室內(nèi)空氣質(zhì)量領(lǐng)域亟待解決的社會需求問題、現(xiàn)有理論局限和行業(yè)分割問題。提出“以應(yīng)用帶基礎(chǔ)、以全局統(tǒng)局部、以交叉促創(chuàng)新，以合作求發(fā)展”理念，采用現(xiàn)代監(jiān)測和大數(shù)據(jù)技術(shù)，破解室內(nèi)空氣環(huán)境與人的關(guān)系這一基礎(chǔ)科學(xué)問題，避免“盲人摸象”式片面性認知。在此基礎(chǔ)上，提出建立室內(nèi)空氣環(huán)境人因工程學(xué)，其具體內(nèi)涵和實現(xiàn)途徑為：

　?。?）醫(yī)工結(jié)合、從“源”到“人”。室內(nèi)空氣質(zhì)量控制涉及工程科學(xué)和醫(yī)學(xué)，兩者在過程特性、關(guān)注參數(shù)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)方面差異顯著。順著污染物從源傳遞到人體的過程，描述參數(shù)依次為工程科學(xué)采用的“濃度”、連接工程科學(xué)和醫(yī)學(xué)的暴露科學(xué)采用的“劑量”即濃度對暴露時間的積分量、醫(yī)學(xué)采用的“生物標志物水平”和“疾病程度”。其中，工程科學(xué)描述的過程一般為確定性過程，常用數(shù)理方程描述；醫(yī)學(xué)描述的過程一般為非確定性過程，常用概率論和統(tǒng)計學(xué)描述。只有工程科學(xué)和醫(yī)學(xué)的良好合作，才能很好解決建筑環(huán)境的健康舒適問題，猶如兩者握手，才能形成H，即Health的大寫首字母。

　　圖1室內(nèi)空氣污染從源到人的全過程一覽

　　（2）現(xiàn)代科技、深化認知。充分利用現(xiàn)代環(huán)境和人生理與心理狀況實時監(jiān)測技術(shù)及大數(shù)據(jù)分析理論，揭示室內(nèi)空氣環(huán)境要素對人的影響程度和影響機制，并以此作為室內(nèi)環(huán)境的控制基礎(chǔ)。

　?。?）范式變革、突破局限。建筑室內(nèi)空氣環(huán)境營造和運維的本質(zhì)是熱量和質(zhì)量的傳遞及其相伴的能量轉(zhuǎn)換，涉及的熱學(xué)理論有傳熱傳質(zhì)學(xué)和工程熱力學(xué)。借助于分析力學(xué)的思路和方法，可以構(gòu)建建筑環(huán)境分析熱質(zhì)學(xué)，它可克服傳統(tǒng)熱學(xué)理論一般采用正問題方法“由因求果”的局限；分析熱質(zhì)學(xué)采用反問題方法“由果索因”，求整體性能對局部的要求。通過認知室內(nèi)空氣環(huán)境對人的影響規(guī)律和機理的基礎(chǔ)上，獲得人預(yù)期空氣環(huán)境參數(shù)范圍，以控制代價為“作用量”，提供作用量最小原理，可確定理想熱質(zhì)過程。這種理念和方法構(gòu)成了室內(nèi)空氣環(huán)境人因工程學(xué)的核心內(nèi)容，包括室內(nèi)空氣環(huán)境人因?qū)W和建筑環(huán)境分析熱質(zhì)學(xué)兩部分。

　　圖2傳統(tǒng)方法局限及建筑空氣環(huán)境人因工程學(xué)特點一覽

　?。?）概念拓展、領(lǐng)域貫通。室內(nèi)環(huán)境人因工程學(xué)的主要任務(wù)就是把室內(nèi)環(huán)境從某個狀態(tài)處理到一個人們期望或預(yù)設(shè)的狀態(tài)，并滿足代價（往往為能耗或費用）最小的原則。參照建筑節(jié)能核心概念“性能因子（coefficient of performance，COP；簡稱能效比）”，提出了“健康收益因子（coefficient of health-benefit，COH；簡稱健效比）”和“經(jīng)濟效益因子（coefficient of economy-benefit，COE；簡稱經(jīng)效比）；借鑒分析力學(xué)最小作用量原理，提出以COE為作用量，確定健康舒適、節(jié)能低碳建筑環(huán)境理想熱質(zhì)過程，打破了以往不同領(lǐng)域間的壁壘，實現(xiàn)了領(lǐng)域間的貫通。此思路還可助力構(gòu)建考慮室內(nèi)空氣環(huán)境、聲環(huán)境、光環(huán)境領(lǐng)域的貫通，構(gòu)建建筑環(huán)境人因工程學(xué)。

　　概言之，“健康中國”和“雙碳目標”國家戰(zhàn)略對建筑環(huán)境領(lǐng)域研究者應(yīng)對嚴峻挑戰(zhàn)帶來了難得機遇，該文作者基于近年來的科研實踐和思考，提出構(gòu)建室內(nèi)空氣環(huán)境人因工程學(xué)的思路和方法：用環(huán)境和人多種參數(shù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)深化人與環(huán)境關(guān)系的認知，用基于全局統(tǒng)局部的分析熱質(zhì)學(xué)方法確定理想熱質(zhì)過程，用能效比、健效比和經(jīng)效比及最小作用量原理實現(xiàn)不同領(lǐng)域間的貫通優(yōu)化。該文旨在引發(fā)相關(guān)領(lǐng)域研究者的研發(fā)興趣，為營造健康舒適、低碳節(jié)能的建筑空氣環(huán)境乃至建筑環(huán)境做出努力。

本文來自《科學(xué)通報》 

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