大約98%的氣候學家認為,氣溫正由于人類活動導致的溫室氣體排放而逐漸升高,在極端天氣之后,全球氣候異常成了近來討論的焦點話題。相對而言,對環境變化的應對,需要我們及時做好準備。
從自然環境到人工環境
一年之中,夏天和冬天兩個季節都是不怎么討喜的,很不幸的是,現在我們正是處于寒風凌冽、天寒地凍的冬季,相信每天早上和溫暖被窩上演拉鋸戰的同學應該不在少數!通常,樂觀向上的積極分子會以“冬天來了,春天還會遠嗎”的至理名言安慰自己,到那個時候就能欣賞欣賞美景,享受享受春風,順便來個踏青出游,并享受這大自然的恩賜,來緩解日常生活中的壓力。
然而人們始終還是留不住春天的腳步的,溫暖宜人的春風又將被酷暑、秋瑟、寒冬所替代,周而復始,完成一年四季的輪回。
雖然人類在室外無法留住春天,但是卻能夠在室內制造出春天般舒適的空氣,維持舒爽宜人的室內環境。根據人們對舒適度和潔凈度的要求,工程師們設計出相應的空調系統,為室內提供具有合適的溫度、濕度和潔凈度的空氣。人維持正常生命,需要吸入氧氣,呼出CO2。當人們在人員密度較大房間存留時間較長時,就會有頭暈、昏昏欲睡的缺氧反應,因此,還需要對室內提供一定量的新鮮空氣以維持室內的供氧水平。
隨著我國城市化進程的發展,生產生活現代化的提高,人們在室內的活動時間遠遠超過了室外的時間。因此,為人們提供健康、舒適的室內環境,成為越來越重要的任務和值得深入研究的課題。還有某些特殊空間內也需要對空氣進行調節,比如太空艙、潛水艇、地下掩體、飛機客艙、高速列車、長途客車等。
另外,雖然我國是制造大國,但是要提升為制造強國還需要在生產工藝、生產環境等方面全面發展,生產過程中也需要特殊的工作環境,如紡織、冶金、食品、醫藥、電子、精密機械都對生產環境中的空氣溫度、濕度和潔凈度等方面有特殊的要求。
總體來說,凡是有人類活動的、非自然大氣環境空間內,都需要提供健康、舒適、節能、環保的人工環境。人工環境包括空氣的溫度、濕度、風速、污染氣體、懸浮顆粒物、氣體成分與氣壓,以及聲學、光學等多方面的內容,設計人工環境需要全面考慮各方面的因素。
人工環境的影響
創造健康、舒適的人工環境是人們生產、生活的需要。但是維持室內四季如春的人工環境是需要付出代價的,尤其是當室內外的環境條件差別比較大的時候,比如嚴寒與酷暑時節。當室內外溫差大時,就需要對室內供暖或者制冷;當室內外空氣濕度差別大時,就需要對空氣加濕或者除濕:當室內外空氣含塵量差別大時,就需要對空氣進行過濾或者通風;當室內CO2、VOC(揮發性有機化合物)等污染氣體濃度升高時,就需要及時排出并引入室外新鮮空氣。這些過程都需要消耗大量的能量。
除了室內外環境差別帶來的能耗,人類在室內活動時由于新陳代謝產生的熱量、呼出的水蒸氣和CO2、散發出的毛發和碎屑、打噴嚏等產生的病原體,都需要及時地從室內排出并從室外補充新鮮空氣,這些也需要消耗能量。
還有現在大量辦公設備的使用、燈光照明的應用等室內設備帶來發熱量、散發的顆粒物和有害氣體都需要及時地從室內排出并從室外補充新鮮空氣,這又是一部分能量的消耗。
那么,為了提供和維持室內人工環境消耗了多少能量呢?
在建筑行業、工業生產和交通運輸中都需要提供人工環境,而目前,建筑耗能已與工業耗能、交通耗能并列,成為我國能源消耗的三大“耗能大戶”。
不算飛機、列車等交通運輸中的能耗,也不算工業生產中的能耗,僅就商場、辦公樓等公共和民用建筑中的能耗(包括建造能耗、生活能耗、采暖空調等)就已經占到全社會總能耗的30%,其中最主要的是采暖和空調,占到20%。也就是說,僅為建筑提供人工環境就消耗掉了全社會總能耗的1/5左右。
隨著我們城市化進程的發展,建筑面積還要增加。因此在向室內提供人工環境的同時,還需要考慮節能技術的應用。充分利用風能、太陽能、地熱能等自然資源,減少煤炭、石油、天然氣等化石能源的使用。這樣既減少了人工環境造成的能耗,也減少了因大量使用化石能源帶來的環境污染和不可持續問題。
節能技術
為了保持室內的溫度,可以增加墻體和門窗保溫特性,減少室內外的熱量交換;為了除去室內空氣中多余的水蒸氣,可以采用非冷凝型的低能耗除濕技術:為了除去空氣中的顆粒物,對空氣過濾時,可以開發使用高效過濾材料。另外,節能燈具的使用,高效辦公設備的使用也有助于減少人工環境的能耗。而在室內活動的人的節能意識和節能習慣對減少人工環境的能耗也有很大的促進作用。
專業性人才
從上述分析可以看出,人工環境對我國經濟發展具有重要作用。這需要大量具有扎實專業技能的高素質人才對人工環境進行設計、管理和運行維護。
若要提供健康、舒適、節能、環保的人工環境,就需要具有相關知識技能的工程師針對具體的空間、具體要求進行相應的設計。從事這一專業設計的工程師需要對人體生理學、心理學、社會學、生產工藝學、建筑學、城市規劃學、環境科學與工程、能源科學、熱能動力工程、機械工程等學科方面的相關知識都有涉獵,這是一個對工程師綜合能力和素質要求比較高的專業。目前,我國高等院校中,培養人工環境設計工程師的專業是建筑環境與能源應用工程。
由于人工環境的社會需求量大,因此我國經濟發展對于建筑環境與能源應用工程專業人才的需求也非常大,該專業也是我們高等教育重點建設與發展的專業之一。建筑環境與能源應用工程專業的工程師是為人類創造春天的人,也是我國節能、環保戰線上的排頭兵,是實現可持續發展的重要力置之一。