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《國家科學進展（英文）》（National Science Open，NSO）2024年第3期推出“低碳建築的供/用能系統”專題，敬請關注！
近年來，建築碳排放（包括建材、建造和執行）約佔全球終端用能（final energy）碳排放的40%，且仍以每年2%~3%的速度持續增長[1]。為了全球可持續發展和國家能源安全，我國政府確定了“碳達峰、碳中和”的能源發展目標。為此，傳統建築領域正在迎接一場革命，其中低碳能源系統的研發具有非常重要的意義，這需要建立突破傳統理論和正規化侷限的新理論和新技術。本專題發表了8篇該領域優秀專家的研究、綜述和觀點論文，分享了他們對營造符合我國國情的低碳建築供/用能系統的理解、經驗和觀點，引發該領域及相關領域更多研究者和從業人員更好地理解低碳建築的研發需求和關鍵科學問題或技術瓶頸問題，加強彼此間的交流與合作。為此，下面對專題的8篇論文做一個簡單介紹。
浙江大學葛堅教授等人提出了透過建築用能負荷柔性調節和建築群能源系統協同，促進低碳建築發展的前景展望[2]：在能源供給快速低碳化轉型背景下，提升建築對風能、光電等波動性可再生能源的利用效率變得尤為重要。透過充分利用建築的可調節負荷，可以平衡用能與產能時序的錯配；同時，建築群的協同能源系統可整合多個建築的能源靈活性資源，增強能源排程過程的穩定性和韌性（參見本期封面）。
中國建築科學研究院的於震研究員等人指出近零能耗建築已成為我國建築產業進步的一個關鍵點[3]。近零能耗建築的發展不僅體現在相關基礎和應用研究成果上，也體現在國家和地方標準體系的建立與完善上，作者對過去十餘年中國近零能耗建築的發展給出了全景式分析，包括技術研究、政策制定、工程示範以及當今工業發展現狀，並對今後的發展趨勢進行了展望。
西安交通大學徐佔伯教授等人提出了一種多能源互補結合儲能的建築能源系統[4]，研究結果表明，可再生能源結合氫能、地熱能和水儲能的聯合供/儲能系統可實現零碳建築，透過系統的合理配置與執行，在不降低系統能力的情況下該系統可比現有建築能源系統節省執行費用43.4%。
湖南大學彭晉卿教授等人對工業園區多元儲能系統的應用與發展進行了全面的回顧與研究[5]，總結了多元儲能系統在工業園區應用的特有優勢、典型架構、研究趨勢以及未來挑戰，指出工業園區多元儲能系統在技術互補、經濟效益、節能降碳以及滿足多樣化使用者需求等方面具有顯著優勢，從而為相關係統的開發和應用提供了指導和參考。
由於常規機器學習演算法不能很好分析建築執行資料，深圳大學的範成教授等人引入了一種新的機器學習正規化，包括傳遞學習（transfer learning）、半監督學習（semi-supervise learning）和生成式學習（generative learning）[6]，分析了用於建築供/用能需求、故障監測和診斷以及控制最佳化的機器學習方法及其應用前景，深入討論了不同方法在資料包容性、模型難度和可能的應用場景方面的利弊，為理解如何將資料驅動技術用於建築管理做出了貢獻。
新材料在低碳建築圍護結構和供/用能系統中有非常重要的作用。浙江大學譚剛教授等人研發了一種碳量子點摻雜的pH/溫度雙重敏感型複合水凝膠，可用於建築智慧窗[7]。該變色水凝膠有可調的熱變色觸發溫度和特性，且轉換速度快。建築能耗分析表明，該材料為構建熱效能可根據氣候自適應調節的建築圍護結構提供了節能降碳新途徑，有很好的潛在應用前景。
輻射製冷塗料在低碳建築中也有很好的應用前景。但它們的耐氣候性、長期效能和對建築負荷的影響尚不清晰。為此，重慶大學馮馳教授等人採用實驗和模擬相結合的方法獲得了7種該類塗層的上述效能[8]，研究結果表明，這些塗層的遴選和應用效果取決於不同的氣候區和應用場景，未來應用中對此要充分注意。
建築中採用合適的相變材料是建築節能降碳的一種有效途徑。在多類相變材料中，結晶水合鹽展示了很好的特性：儲熱密度高、相變溫度範圍可調和經濟性好。但是該類材料會發生過冷、相分離，且導熱係數較小，限制了其規模化應用。深圳大學的崔宏志教授等人對此進行了翔實的研究綜述，並提出了破解上述問題的研發戰略和具體方法[9]。
上述研究均系傳統建築技術領域為落實國家“雙碳目標”的跨學科研究，由於本專題的容量所限，我們難以邀請更多的研究者在此專題中發表他們的精彩工作。希望此專題的出版能引發讀者對低碳建築更多的興趣和討論。最後，我們想特別指出：建築的營造和運維必須兼顧健康和低碳，在降低建築能耗和排碳的同時，應響應國家“健康中國”戰略，努力降低室內空氣汙染等不利因素產生的疾病負擔[10,11]。建築科學和技術的發展需要滿足人類不斷增長的需求，這將是一個與時俱進、永無止境的過程，建築及相關領域的研究者前面的道路必將漫漫兮修遠……
參考文獻
[1] IEA. Global energy and process emissions from buildings, including embodied emissions from new construction. 2022.
[2] Ge J, Lv G, Tang J, Zhao K. Building decarbonization based on building loads flexibility and clusters' collaboration. Natl Sci Open 2024; 3: 20240074
[3] Yu Z, Gao C, Yang J, et al. Overview of research and development of nearly zero energy buildings in China. Natl Sci Open 2024; 3: 20240083
[4] Guo W, Xu Z, Liu J, et al. Optimal Coordination of Zero Carbon Building Energy Systems. Natl Sci Open 2024; 3: 20240004
[5] Guo J, Peng J, Luo Y, et al. Study on the hybrid energy storage for industrial park energy systems: advantages, current status, and challenges. Natl Sci Open 2024; 3: 20240051
[6] Fan C, Lei Y, Mo J, et al. Novel machine learning paradigms-enabled methods for smart building operations in data-challenging contexts: progress and perspectives. Natl Sci Open 2024; 3: 20240068
[7] Zhong S, Xue Y, Wang K, et al. pH-sensitive tunable thermochromic hydrogel with carbonquantum dots for smart windows. Natl Sci Open 2024; 3: 20240071
[8] He Y, Lu B, Fang J, et al. Radiative cooling for long-term building energy efficiency: an experimental comparison of seven coatings. Natl Sci Open 2024; 3: 20240065
[9] Yang H, Zou Y, Cui H. Advancements and challenges in enhancing salt hydrate phase change Materials for building energy storage: optimization methodologies and mechanisms. Natl Sci Open 2024; 3: 20240056
[10] Liu NR, Liu W, Deng FR, et al. The Burden of Disease Attributable to Indoor Air Pollutants in China from 2000 to 2017. Lancet Planetary Health 2023; 7: e900-e911.
[11] Morawska L, Allen J, Bahnfleth W, et al. Mandating indoor air quality for public buildings. Science 2024; 383: 1418-1420.
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