近期，筑医台融媒体中心特邀韩梦涛老师就建筑筑表皮“被动式散热”与“节能保温”的动态平衡设计，基于LBM提升复杂建筑群空气流动解析精度的技术突破，医院室内污染物与噪声协同暴露的跨尺度干预研究等问题进行了深入探讨，以下是具体内容。
受访专家简介
韩梦涛
华中科技大学建筑与城市规划学院副教授、建筑学系副主任
日本东京大学博士、博士后，日本学术振兴会特别研究员，入选“武汉英才”“华中学者”等人才计划。担任教育部高等学校建筑学专业教指委技术工委青年委员，国际SCI期刊Building Simulation青年编委，多个国际高水平会议学术委员会成员，长期致力于建筑与城市微气候、大气污染物与防灾、室内空气品质与绿色节能技术研究，主持多项中国及日本科研项目，发表SCI、EI、CSCD论文数十篇，出版多部中英文学术专著。
Q：您主要从事热效应、大气污染物等技术方面的研究，请您说说近期这2个方向的研究成果。
韩梦涛：我们健康人居环境团队在城市大气环境和建筑空气品质方面开展了多年研究。
我们团队基于格子玻尔兹曼法（Lattice Boltzmann Method，简称：LBM）开发了一种建筑和城市空气环境的新型模拟技术，用来分析城市环境和建筑室内中复杂的风每时每刻如何流动、温度如何变化、污染物包括PM2.5、甲醛、以及当前大家比较关心的飞沫和气溶胶如何扩散的问题。
这种新的计算机模拟方法更精准，计算速度也比传统方法快很多倍。通过这种方法，我们在进行城市规划、建筑设计、包括咱们的医院设计的时候，就能够更好地设计和调控城市和建筑的气流、温度和污染物,做到绿色、低碳、健康的城市和建筑设计。
举例来说，团队这两年重点关注建筑内部污染物控制和空气质量提升。针对城市和大型建筑内部突发空气污染泄露扩散的问题，我们利用开发的模拟技术和人工智能神经网络可以做到根据几个监测点监测到的污染物快速推测锁定污染源所在的位置，帮助控制污染。
基于格子玻尔兹曼法的大涡模拟的建筑室内气流模拟
针对大家都关心的建筑内甲醛问题，我们也进行了深入研究，通过建筑现场试验和计算机模拟验证，我们评估了所有主流的除醛方式和的效果。我们还针对建筑内目前大家关心的如甲流等致病飞沫和气溶胶在空气中的扩散导致交叉感染的路径进行了研究，从建筑空间设计和人员行为方面着手有效降低建筑内的交叉和群居感染风险。
Q：在城市热岛效应治理中，如何通过建筑表皮设计实现“被动式散热”与“节能保温”的动态平衡？
韩梦涛：当前城市热岛效应日益严重，我们团队也在进行相关研究。被动式散热是缓解城市热岛效应的基础。
所谓被动式散热，就是不额外消耗能源、而是利用城市和建筑本身的空间、材料、构件达到夏季降温散热、冬季保温的效果，是实现绿色低碳的重要途径。
举例来说，在城市规划时设计专门的城市通风散热通道与用于调节气温的城市绿地、水体等蓝绿空间。在建筑层面，包括对建筑的形体、朝向进行精细的控制，特别是建筑的外表皮，采用隔热性能好的材料，减少夏天外部的热量进入室内。针对表皮的材料、乃至色彩都要进行特别设计，比如使用浅色或反射的装饰材料，减少建筑吸收太阳辐射热量。
然后针对门、窗户、玻璃幕墙等薄弱环节进行强化设计。例如“可调节双层窗户或者幕墙”：也就是窗户和幕墙有两层“皮肤”，中间留有空气层，夏天通过空气层的通风换气带走热量；冬天则关闭空气层，把空气层当成“羽绒服”，防止室内热量外泄。这种设计就像“建筑的衣服能改变厚薄”，通过窗户和幕墙简单的控制就能够起到保温隔热的效果。
通过这类智能可调节的设计，建筑能更适应气候变化，实现“被动式散热”与“节能保温”的动态平衡。
Q：基于LBM的大涡模拟技术，如何提升对复杂建筑群内空气流动特性的解析精度？
韩梦涛：城市中建筑物高低错落、排列复杂，空气流动也因此变得非常难以捉摸。传统的大涡模拟方法通常从宏观出发，处理过程非常复杂，而且模拟的计算量非常庞大，需要较庞大的硬件支持，在工程应用中较为昂贵。
我们团队专注的格子玻尔兹曼法，也就是所谓的LBM，从微观的视角出发，考虑空气分子运动的本质。它能够极大地简化问题，保留更多的细节，在不降低模拟准确度的同时，比传统大涡模拟方法的计算速度提升至少10倍以上，对计算硬件的需求可以减少到原来的5/1~1/10。
基于格子玻尔兹曼法的大涡模拟的建筑与城市风环境快速高精度模拟
此外，基于LBM的大涡模拟技术具备高度并行计算能力，意味着可以用大规模的算力（比如超算），去模拟更大范围比如十几公里的城市空气流动和大气污染扩散，于此同时又能够关注到小尺度比如米级、分米级的气流物理现象，这对准确理解真实空气流动非常关键，这是传统的模拟方法很难做到的。
简单来说，这项模拟技术就像给城市和建筑的空气和污染物流动装上了一台大范围的显微镜，大幅提升了模拟准确度和工程应用性能，为改善通风、控制污染提供了重要的科学依据。
Q：大气污染物（如 PM2.5、VOCs）与噪声的协同暴露对医院室内环境有何影响？如何通过跨尺度设计干预？
韩梦涛：在医院这样高度敏感的环境中，空气污染物和噪声往往是患者和医护人员的两大隐形杀手。传统的像PM2.5、甲醛以及这几年大家重点关注的飞沫气溶胶等污染物，影响患者本就脆弱的免疫系统，可能干扰病人恢复；噪声则会引发焦虑、睡眠障碍，尤其是在重症监护和儿科。这两种物理和精神层面的污染因素一旦叠加，其影响往往不是加法级，而是乘法乃至指数级的。
所以要应对这样的协同暴露，设计必须要跨尺度协同发力。
从宏观来讲，在城市层面首先要优化医院周边环境，通过绿化空间以及医院各个建筑的布局调控来缓冲、减少室外噪声和污染物的侵入式干扰；建筑层面通过外围护结构的材料和构件的设计和选择来阻止室外噪声和污染物的侵入式干扰。
从微观上说，在室内则关注空间布局、装修材料、及人员活动的相互作用。这也是我们团队的重点方向：通过模拟与实测，让空气传播机制“看得见”，从而为科学设计、跨尺度干预提供依据。
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