清华大学学报
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利用智能化技术为建筑减负提质 ——北京工业

走进一幢商用大楼,夏天通常会瞬感温度骤降,被呼呼的冷气包围;冬天则被暖烘烘的热潮直接“糊”一脸。在这类大型公用建筑中,制冷、制热的设备往往带着极端化情绪,靠一个设定温度横扫全场。这不仅让空气的舒适度大打折扣,还无疑增加了建筑能耗。

15年前,北京工业大学教授张伟荣还是清华大学的一名硕士研究生,开始在导师江亿院士的指导下研究怎样将建筑能耗降下来,如今,她又琢磨起如何利用智能技术和分布式技术来同时提升室内舒适度。她说,掌管建筑内热环境,提供热量、冷量的设备系统,坊间称为“暖通”,含供热、通风、空气调节3项主要功能。而这个不外露、看不着,却影响温度、空气流通的大家伙里边却藏着大学问。

从“修理工”到“海归”

2000年,张伟荣初到清华大学建筑环境与设备工程专业报道,在师兄师姐的调侃中,差点儿以为自己要向一名修理工发展。

当时,在清华大学招生办老师的介绍下,她报考了该专业。但又听闻“暖通”,与修空调、烧锅炉挂钩,一度有些迷茫。“真正学起来,才知道原来它和热学的关联性很大,早年隶属土木工程,后来并入热能与动力工程系,现在又合并到建筑学院。”张伟荣回忆说,同学院的其他班级都在搞设计,他们则不一样,一开始学纯工科的知识,大学物理、微积分皆没落下,等到基础夯实了,才慢慢向专业靠拢。

专业了解越深,张伟荣越喜欢。后来,她被直推学校硕士,进入江亿院士课题组。在建筑节能刚刚兴起的那个年代,江院士主推从政府机关办公建筑着手降能耗,认为这样更有利于形成一些政策条文,指导更广泛的建筑节能改造。于是,张伟荣硕士三年,有两年多的时间都在往国务院机关事务管理局跑,从清华大学到府右街的路走了一遍又一遍,中央体系的大楼摸底了一小半。拿到一些数据后,她就去做横向比较、数据分析,最终这些工作成果形成了一篇题为“政府机构建筑节能相关研究”的硕士毕业论文。

张伟荣

如果说搜集数据、进行分析、再提出政策建议的研究模式,可以称作“软性作业”,那么攻读博士学位期间,张伟荣要啃下的就是块硬骨头。

她于2008年赴日本东京大学建筑系,2012年取得工学博士学位,并继续留任东京大学生产技术研究所开展博士后研究工作。张伟荣说,初到日本的时候,导师加藤信介教授曾明确问她想研究什么。她对自己的博士研究方向有两个明确的想法:一是要区别于硕士阶段的偏软研究,来点儿数值计算、模拟仿真等“硬货”挑战一下;二是希望可以与原来的能耗研究联系到一起。“因为我的导师的研究方向是基于仿真模拟的室内通风,比如温度如何分布、室内污染物怎样分布……如果能够把这些和建筑能耗结合,我觉得可以更好。”

巧合的是,加藤教授也有类似想法,以“考虑室内温度分布的建筑能耗模拟方法”为题申请了日本学术振兴会的重点项目。张伟荣顺理成章地包揽下该项目的绝大部分工作,只不过,“开始决定的时候很愉快,做起来却很是痛苦”。

“博士课题没有轻松的,流泪过,迷惘过,也怀疑过,更不要说用非母语来沟通交流。”不过,张伟荣也在聊天中直言庆幸,语言天赋让她很快地适应了环境,第二年已经开始讲日语并尝试用日语写论文。当然,这个过程中该有的磨合、磕磕绊绊,一样没少。项目书最开始读不懂,就一点点抠细节;仪器使用不熟练,自己动手外,用问来的经验补充……在张伟荣看来,研究室为她提供了不少便利。“我们从正教授、副教授、研究员、硕博生到科研秘书,人员非常齐备,管理上也特别高效,有各式各样的明文条例。”这种事无巨细的高效管理模式,和求学收获一样,成为张伟荣带回国内的宝贵财富。现在,凡是她自己学生经手的事情,无论大小都会尽可能形成书面文档,这让实验室管理更显井井有条。

张伟荣是在2018年举家回国的,当时距离她离开国土恰好10年。“为什么要回来?这个问题,我被问了无数遍。”她笑着解释,“在外界看来,自己和爱人都工作稳定,买了房子、车子,孩子也上了幼儿园”。更何况,她还担任了4年东京工艺大学建筑系的副教授,有2012年日本学术振兴会JSPS特别研究员资格认定、2014年日本暖通空调学会最高学术荣誉论文奖、功绩奖,以及多个学术委员会委员等荣誉加持。

但这些,都没能阻止她回国的步伐。张伟荣直言,待的时间久只是因为在犹豫什么时间回来。“我们从没想过永远留在日本”“我不希望我的女儿成为日本人”……言谈间不难发现,她的思考充分、理性,可以清醒地例数异国发展的个人价值实现、子女教育、父母赡养等问题,“更重要的是,我想把在日本的所学所见带回来,提高我们自己的学科发展”。顺着这个思路,也就很容易理解,回国对这位科研工作者来说,一直是个必选项。