中國、印度和其他發展中國家的室內空氣污染嚴重，這些國家的人口占全球人口的一半以上。Liu等研究發現，2017年中國以殘疾調整生命年（DALYs）表示的前十大室內空氣污染物導致的疾病負擔為每10萬人3700人。在中國中國大陸，室內空氣污染在所有已確認和報告的風險因素中排名第三。2017年，相當于國內生產總值（GDP）的3.45%。

2020年全球建筑消耗36%終端用能(final energy)，排放37%的耗能相關 (energy-related) CO23和大量污染物；全球每年因室內空氣污染導致的早死人數超過500萬人，我國2017年因室內空氣污染造成的疾病負擔折合經濟損失就高達2.88萬億人民幣，占當年GDP的3.45%2。

因此，建筑科學和相關領域的研究人員面臨著創造既健康又低碳排放的建筑的挑戰。在中國，由于政府已經啟動了“健康中國”和“碳達峰、碳中和”兩項國家戰略，因此目前存在著解決這些問題的絕佳機會。

打造健康低碳的建筑，要牢記：（1）健康低碳要一起解決，絕不能相互對立;（2）應開發創新方法，以創建具有良好空氣質量的健康建筑;（3）應妥善開發和應用減少建筑能耗和碳排放的創新技術;（4）健康低碳建筑創新理論和模型亟待開發;（5）應正確使用各種智能技術，并應與多學科研究人員合作。如圖1.

圖 1. 健康低碳的建筑需要創新的技術和理論。

建筑物中的健康和低碳問題必須一起考慮

健康和舒適是人類在努力實現節能和低碳排放的過程中必須滿足的基本要求。如何平衡和優化控制方法？我們首先需要量化平衡室內空氣、氣候舒適度和室內空氣質量的成本。這需要評估室內空氣污染的疾病負擔以及控制污染的效益，使其經濟損失和效益相當。同樣，通過使用各種方法減少能源消耗和碳排放也必須與人類健康和舒適度相平衡。只有這樣，才能定量估計控制室內空氣氣候和室內空氣質量的整體凈經濟效益。這是優化室內空氣氣候和室內空氣質量控制方法的基礎。

呼吁采用創新技術來改善室內空氣質量并創建健康的建筑

在過去的幾十年中，已經開發了許多技術來改善室內空氣質量。現在可以識別室內空氣污染物并精確測量其濃度;用于監測顆粒物等空氣污染物濃度的各種在線傳感器，室外和室內均可大規模使用;室內材料典型污染物的源頭識別和源頭控制技術已經發展并正在應用;新的空氣凈化材料和技術已經發明出來，并被應用于各種室內環境。

此外，人類健康反應的生物標志物評估也正在迅速發展。然而，對甲醛、苯、甲苯和TVOC的在線監測技術具有可接受的精度和成本是不夠的。用于監測人類生理和健康反應的可穿戴設備需要進一步開發。因此，盡管人們對室內空氣環境與人類健康反應之間的關系的認識越來越深入，但距離完全表征它們還有很長的路要走。

呼吁采用創新技術來減少建筑能耗和碳排放

在過去的幾十年里，已經開發了許多建筑節能和低碳技術。例如，建筑墻體的整體傳熱系數已大大降低。低發射率玻璃，也稱為熱鏡玻璃，已被開發和應用于節能建筑。帶有太陽能電池的光伏電池板已經變得更便宜，并在建筑物中被廣泛使用。供暖、通風和空調 （HVAC） 設備/系統的性能系數 （COP） 正在接近極限。

盡管氣候響應材料（例如建筑圍護結構中的相變材料）可以通過適應不斷變化的環境溫度來最大限度地減少暖通空調的能耗，但它們仍然過于昂貴，無法大規模使用。此外，擁有適當電力和/或可再生能源存儲系統的建筑物數量以及插電式電動汽車的數量遠遠不夠。因此，當前建筑物的電力負荷無法與電力和/或可再生能源供應相匹配。迫切需要許多創新技術來解決這些問題。

呼喚創新理論，推動建筑健康低碳發展

工程熱力學提供了一種優化平衡熱功轉換過程的理論。然而，它無法優化涉及溫度、濕度和多物種污染物的各種非平衡傳熱傳質過程。傳熱傳質理論可以分析過程特性，但無法獲得優化值。為了克服這些局限性，Guo等人提出了一個新概念，entransy，定義為物體內能和溫度的乘積的一半。然而，對于既包括熱功轉換又包括傳熱傳質過程的系統，仍然不可能通過使用工程熱力學和/或使用傳遞理論來優化輸出。因此，迫切需要一種創新的理論。作為初步努力，提出了一種稱為建筑環境分析傳熱和傳質的理論。與分析力學類似，它基于逆問題和變分方法。

新理論與傳統的工程熱力學和Guo等人的傳質理論的主要區別在于：（1）它不僅適用于熱功轉換過程或傳熱傳質過程;（2）它不是基于熱力學第二定律，而是基于最小化最感興趣的目標參數的原則，例如在給定約束條件下的能源消耗、碳排放或貨幣成本。這種新理論的顯著特點是它適用于復雜的非線性系統。然而，要從初步理論發展到成熟的理論，還需要做大量的未來工作，以便能夠解決創建健康、低碳建筑的挑戰性問題。當然，未來還需要更多創新的理論。

呼吁智能技術和多學科合作

考慮到互聯網、Wi-Fi、物聯網和電動汽車已經成為我們生活的一部分，以及人工智能（AI）和機器人的快速發展，所有建筑部件和控制系統都可以變得越來越智能。材料科學、建筑環境的設計和工程以及人工智能研究界應該在創建健康和低碳建筑的起步階段進行徹底合作。作者認為這樣的合作可以在未來為健康低碳建筑帶來一系列真正的突破。