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伍小亭:敢为人先的暖通总工 |《中国地热》6月刊封面人物

   2023-06-29 3200
核心提示:习近平总书记曾说过:“要弘扬敢闯敢试、敢为人先的改革精神,立足自身优势,创造更多经验,把改革开放的旗帜举得更高更稳。”敢于走别人没有走过的路,才能收获别样的风景。这句话,是伍小亭四十余年职业生涯的真实写照。伍小亭于1978年参加高考,是中国恢复高考后的第二批大学生。由于身体原因,考试成绩优异的他按照当时的政策是不能被录取的。幸运的是,适逢天津高校扩招,伍小亭破格

习近平总书记曾说过:“要弘扬敢闯敢试、敢为人先的改革精神,立足自身优势,创造更多经验,把改革开放的旗帜举得更高更稳。”


敢于走别人没有走过的路,才能收获别样的风景。这句话,是伍小亭四十余年职业生涯的真实写照。


伍小亭于1978年参加高考,是中国恢复高考后的第二批大学生。由于身体原因,考试成绩优异的他按照当时的政策是不能被录取的。幸运的是,适逢天津高校扩招,伍小亭破格被天津大学建筑分校(现天津城建大学)录取。他笑着告诉记者:“那时候根本没想过这辈子还能有上大学的机会。”


选专业的时候,因为身体原因,伍小亭非常想学医,但录取他的分校没有医学专业,就“稀里糊涂”地选了建筑行业,被分到了暖通专业。



提起专业,他语重心长地说道,人的一辈子要想“爱一行、干一行”可遇不可求,但我还算能够做到“干一行、爱一行”。虽然暖通并不是伍小亭主动选择的专业,但是经过学习、从业之后,他越来越能体会到其中的乐趣,从不觉得枯燥。


1983年,伍小亭获工学学士学位,毕业之后得益于一次公开答辩,被天津市建筑设计院暖通专业时任总工袁玉书老师相中,成为当年建筑分校暖通专业唯一一个直接进入设计院工作的毕业生。


工作后,伍小亭并没有停下学习的脚步,2003获得了天津大学供热、供燃气及空气调节专业工学硕士学位。谈及对自我的评价,伍小亭总结道:“不算太笨,甘于努力。”适逢中国经济蓬勃发展的时代,不管工作多忙,对于专业技术的学习,他从未停止过钻研和精进,直到现在还有很多项目,他都要亲自做方案。


专业工作中亲力亲为是伍小亭一贯的工作作风。以技术演讲经常用到的PPT演示文件为例,他告诉记者,到现在几乎所有演讲报告的PPT都是自己制作的,哪怕出差实在没时间也会自拟提纲,再嘱托同事按其制作PPT。


伍小亭从事暖通专业领域设计与研究工作四十余年,是国务院批准享受政府特殊津贴专家,天津市唯一的暖通专业勘察设计大师,第二届吴元炜奖获得者,不久前还荣获了“地热能行业发展推动人物”称号。


职业生涯中,伍小亭作为课题主持人和专业负责人完成重点项目与大中型工程暖通专业设计几十项,其中获得省级科学技术一等奖两项、二等奖两项,全国优秀勘查设计奖10余项,省级优秀设计奖20余项。


他参加了《国家“十一五”建筑节能关键技术子课题》、《“十三五”国家重点研发计划项目 — 近零能耗建筑技术体系及关键技术开发子课题》研究;主持了《中温太阳能光热建筑供冷供热系统集成关键技术研究及应用》、《超低能耗建筑性能化设计方法及成套技术应用研究》、《供热计量关键技术完善研究课题》、《天津市既有建筑节能改造评价体系的研究》等多项天津市科研课题;主持和参加编写了多项国家与天津市设计规程、标准与规范,其中华北四省市,制冷与空调三项标准设计图集获得天津市优秀设计(标准类)一等奖。


作为第一作者在国内专业核心刊物发表论文十余篇,其中一篇收录EI;在国际会议上发表论文2篇,在本专业全国暖通年会上发表论文近10篇,其中3篇获优秀论文奖。


一定的天资,加倍的努力,心无旁骛不受其他事务的诱惑,这是伍小亭能够在暖通领域从业四十余年并有所建树的原因。


足暖通,精细设计


暖通是建筑设备工种的一个分类的名称,主要包括采暖、通风、空气调节三个方面。暖通在学科分类中的全称为供热供燃气通风及空调工程,是建筑的一个组成部分。


在生产生活中,人的健康与舒适、科学研究活动、现代制造乃至现代农业等无不需要暖通。没有暖通对空气的超洁净处理和对恒温恒湿环境的营造,无菌手术、大规模集成电路制造等都无法开展。



暖通专业不仅对社会生产生活至关重要,同时和碳排放的联系也非常紧密。伍小亭曾经说过:“如果全国的暖通设计师每人都更精细一点,让每平方米建筑冷热负荷降低10w,全国加起来将是非常可观的节能减排量。”


同时,暖通专业面临的挑战也很大。暖通所面对的是时时变化的系统,环境温湿度、室内人数、设备与照明功率、冷却工况等均处在不断变化的状态中。


有人说,暖通的自动控制远不如工业过程的自动控制要求高,伍小亭不完全认同这一观点。他解释道:“工业自动控制讲究精度与稳定性,但是其控制对象通常是一个稳定的、约定模式的,并且某种程度上,工业自动控制可以忽略对能源消耗的考虑;暖通空调自动控制虽然没有工业的高精度,但是面对的对象是时时变化的,并且要求以最小的能源代价去营造高标准室内空气环境。”这样使得暖通自动控制变得很有难度。


让系统更简洁,是伍小亭做工程设计的原则,但简洁的系统需要更多的研究和思考。


伍小亭认为,一个地源热泵项目成败的关键无外乎以下两点:


第一,要认真地研究全年冷热负荷的变化规律。地埋管地源热泵严格意义上是一个蓄能系统,冬天通过温差的驱动把土壤里的热“拿”出来,蓄热体温度逐渐降低,即换热孔热作用范围内的岩土体平均温度会降低;夏天热泵机组把空调的冷凝热“灌回”岩土体,使其平均温度又恢复到接近原始地温,周而复始。伍小亭说:“暖通设计要算出整个冬天需要从土壤里取出多少热量,再对比整个夏天能够往土壤里回输多少热量。一年8760个小时,供暖将近2000个小时,我们就要认真精细地分析全年的供冷供热量,然后再判断计算埋管的数量是否满足项目的需求。”


第二,要关注地下土壤热平衡,否则项目会产生热凸,即夏天的回输热大于冬天的取热,经年积累,岩土体温度高到一定程度就无法当做冷却塔利用了,不可持续。相反,会产生热凹,即每年冬季自岩土体取出的热量都大于夏天回输的热量,土壤温度越来越低,冬天就很难取热了。不同地域的地下情况不同,土壤热平衡特征不同。若埋管区域地下渗流较强,如在暗河附近,岩土体蓄能效果可能会变差。伍小亭向记者解释了原因:“夏天回输地下的热会被渗流较快地带走,而冬天所取的热量也不完全是岩土的蓄热,岩土体之外的地下渗流也能带来一部分补充热量。”


如果有准确的全年冷热负荷分析和土壤热平衡评估,土壤源热泵项目就可以实现长期高效、可靠运行。伍小亭指出:“系统的精细化设计一定要根据项目的负荷分析和土壤热平衡,结合用户的需求去构造一个能够屏蔽风险、同时又充分发挥地源热泵效能的系统。”


伍小亭一直坚持一个观点—— 规模较大项目不适合做单一的土壤源热泵系统,一定要做成复合式的系统,耦合进部分传统能源。


复合式地源热泵系统有很多优势。首先,即便再精细的设计计算,空调冷热负荷也很难与实际情况完全吻合,因为诸如运行时间、人流密度、天气情况等参数均会随机改变。在这种情况下,复合式的系统可以在一定程度上包容“随机”变化。


其次,复合式系统通常经济性相对更好。伍小亭强调,地源热泵全年冷热负荷的分布是有峰值的,如果按照峰值负荷来构造单纯的热泵系统,造价会很高。从经济性角度考虑,若其他能源的价格较低,复合式系统可以提高其占比;终端深度电力化之后电价会越来越低,则可以多利用电力。复合式的系统同时耦合进一部分常规能源,消去峰值,整个系统的投资的经济性将会大为改善。


突破创新,多方满意



伍小亭认为,热泵技术是唯一能使一次能源的热效率大于1的技术,但往往比传统供暖和制冷的方式投资高。


“无论任何项目,业主方首先关注的肯定不是节能减排,最关心的一定是项目使用后是否能节约经济支出。”伍小亭说。因此,如何通过精细化的设计尽量降低系统投资,减少运行能耗,并且具有较长的高效寿命周期,是设计师们需要重点考虑的问题。



精细化设计体现在进行严谨的全年冷热负荷分析、优化系统参数等方面。从设计开始,就要根据项目所具备的资源条件来规划地源热泵系统的规模,计算复合式系统中各类型能源占比,甚至提前安排好未来的运行模式。


伍小亭认为,多方满意的项目需要一个好的设计,正确的系统、到位的负荷分析,再加上在设计过程中引入对运行策略的预判。设计师应该对热泵有深刻的理解,要以性能化的思维对待设计,把自己想要达成的目标作为设计条件,在设计阶段预先判断能否达成这个目标。


天津公馆项目是天津市第一个成规模的原生污水源热泵项目,在建造之初就结合了“天时地利”,至今已经平稳运行10多年。


天津公馆坐落在与天津城市污水主干渠相邻的位置,项目属于高端住宅,既需要供热供冷,同时还需要提供生活热水。伍小亭于是想到哈尔滨工业大学孙德兴教授最早在哈尔滨实践的原生污水源热泵技术。


本着“如果一个新的技术需要有人当‘出头鸟’,那么‘我不入地狱谁入地狱’”的态度,伍小亭十分愿意尝试新技术,他表示:“如果项目成功了,就能够在业内起到样板作用,即便失败也值得去总结原因,让后人才能做得更好。”


2000年左右,我国开始有意识地鼓励可再生能源的应用。污水换热的成本大,投资高,伍小亭了解到当时国家对可再生能源应用项目的补贴政策——如果天津公馆项目成功,则能够申请到400万元的补贴,弥补了初期资金投入高的不足。他通过对项目周边的了解,结合利好的补贴政策,最终做成了天津市第一个规模较大的原生污水源热泵项目。


创新的前提是保证系统的技术逻辑正确。虽然没有可参照的规范标准和技术应用先例,但是天津公馆项目的基本原理很简单——即保证系统从污水中取热的同时,污水能够在系统中畅通无阻,而将污杂物带回污水干渠下游。项目通过合理的统筹规划以及应用技术创新,满足了业主的供冷供热及提供生活热水的需求,通过了国家的第三方检测,实现了预期的节能减排效果,最终顺利申请到了国家可再生能源规模化应用的补贴。


“作为工程师,天职就是解决问题。”伍小亭严肃地说:“做工程要在战略上藐视敌人,不能因为没做过就不敢尝试;但在战术上一定要重视敌人,每一个环节都要认真地去分析,仔细地琢磨怎样让系统变得更高效、更可靠。”


2003年“非典”时期,天津海河医院要求在一周之内建成收治SARS患者的病房。伍小亭在这个项目上承担了很大的责任。时间紧迫,无法出具正式设计图纸,只能现场随机应变。现场条件有限,他告诉记者:“我在现场大概待了十天时间,常常用“嘴”做设计,然后和施工人员一起现场实施。”


由于SARS属于呼吸道传染性疾病,病房的通风系统有一些比较特殊的要求,加之当时既没有可供遵循的设计规范,也没有现成可供借鉴的经验,譬如人均新风量标准应该控制在多少?不同区域的压差多少为合适?伍小亭没有具体的参考标准,同时还面临着工期紧张的问题,他只能凭借着从业多年的经验和现场考察数据进行分析,做出判断。


最终,伍小亭出色地完成了设计任务,为用十几天时间建成收治SARS患者的临时病区做出了贡献,同时该项目也通过了相关部门的测试。所提出的有关SARS患者病房暖通设计的一些观点和技术参数得到了国家疾病控制中心(CDC)的认可。


潜心笃志,力破万难


增加利益总量,对事物和发现的利用与再创造,是“创新”的哲学内涵。


在技术创新的过程中,必然伴随着“怀疑”与“矛盾”。伍小亭认为,让大家去接受一个新的,不熟悉的技术一定会有阻碍,项目的决策者需要为采用新技术承担“安全”责任,因此在技术方案的选取上必定会慎之又慎。



伍小亭经常对业主说:“如果决策错了,我会承认自己的错误,绝不推到别人的身上,但我肯定会从设计角度,将采用新技术的风险减小到可控的范围之内。”遗憾的是,相当数量的暖通设计师少了些“工程师精神”,习惯于经验主义,循规蹈矩、墨守成规,重经验而轻逻辑。


他坦言,行业内最大的困难就是要改变这样的经验主义思维,要从基础逻辑上告诉自己新技术并没有这么大的风险,即便有风险,也可以通过合理的设计方案使之降到最低。“如果都不去尝试没采用过的技术、没实践过的方法,这样将永远没有‘第一’了。”


伍小亭回忆到,20多年前设计苏州体育馆项目,当时,喷口送风是体育馆观众厅最为常见的气流组织形式。但彼时国际上已经出现了更为合理的体育馆观众厅气流组织形式即阶梯送风,他很想将这项新技术运用到苏州体育馆项目中来。


作为业主方,往往倾向采用成熟技术。由于阶梯送风当时在在国内应用案例很少,即便认同其在呼吸区空气品质和节能环保等方面的优点,也迟迟下不了决心。伍小亭不想放弃这个机会,他在项目图纸的设计上做了传统方案与新技术方案两手准备,只要业主在项目开工前改变主意,就能实现阶梯送风系统设计方案。


通过伍小亭的不断争取,业主最终决定接受阶梯送风设计方案,于是,伍小亭做成了了国内最早的体育馆阶梯送风。“我做的采用新技术的项目中,不少是自己争取的,我有兴趣也有责任把更为先进适宜的技术推荐给业主。”


天津市文化中心是天津市的城市名片,总建筑面积约90万平方米,项目包括天津图书馆、天津博物馆、天津美术馆、天津大剧院、天津青少年活动中心等,于2012年5月投入使用。伍小亭主持了该项目近82万平方米空调面积的区域供冷供热系统设计。项目原拟采用的区域供冷供热系统技术方案需要在建筑屋面布置大量空调散热装置。在供冷供热方案论证会上伍小亭敏锐地发现了这一问题——文化中心组团建筑高度较低,“包围”在周边的将来可能建设的高层建筑中,因此文化中心建筑第五立面必须予以高度重视。于是伍小亭想,能不能基本“消灭”需要布置在建筑屋面的大量空调散热装置?总体规划图中一个16万平方米的永久性景观湖提醒了他,完全有可能利用景观湖底实现地源热泵系统,如此将无需在建筑屋面布置空调散热装置。


不言而喻,如此规模地源热泵系统,并且用于如此重要的建筑群,在没有先例的情况下如欲实现,其困难可想而知。伍小亭及其团队,经过大量设计论证拿出的方案最终赢得了项目业主与国内专家的认同。天津文化中心地源热泵区域供冷供热项目在景观湖底设有3780个120米深换热孔,生态岛设有16对400多米与200多米深浅配合的浅层水井,共三座区域能源站,形式了耦合城市热网与冰蓄冷的三工况土壤源热泵供冷供热系统,浅至今已平稳运行11年。该系统不仅实现了改善第五立面景观的初衷,更重要的是收获了可再生能源建筑规模化利用的丰硕果实,到目前该项目仍是规模仅次于首都副中心的土壤源热泵系统。


伍小亭设计的许多项目都有一个特点,就是运用了在当时看来较为超前的技术。一般工程师往往不会冒这样的风险,但伍小亭却认为,“只为理,不为标准规范”是设计师应具备的素质。如果方案在逻辑上是正确的,就要以自己最大的努力去争取应用先进节能的新技术,哪怕最后还剩一线机会。


他强调:“合规的不见得是最好的,设计师要有敢为人先的精神,敢为人先的信心来自于对所从事的事业的钻研,愿意为项目投入更多的精力。”


采访后记:


今年,是伍小亭退休的第5年,已经65岁的他依然活跃于暖通领域,担任着天津市建筑设计研究院有限公司顾问总工的职务。


在暖通行业深耕长达40年,他戏谑地称自己是当了一辈子的“画图匠”。面对行业年轻的从业者,他不忘谆谆教导。



伍小亭表示,对于年轻的从业者们,选择了暖通专业,从某种意义上是选择了一份“辛苦的差事”,尤其在双碳背景下,设计院的暖通工程师承担的责任重大,工作量艰巨。但同时,也正因为这份“辛苦的差事”对社会的意义重大,暖通行业也充满机遇。在这个行业中,需要不断学习和掌握新的技术和知识,以应对不断变化的市场需求和技术发展。


他始终强调,从业者们不能局限于已有的经验和规范标准,要习惯于从底层技术逻辑上思考问题,即便没有参考案例,也应能通过自己的分析判断做出优秀的专业设计。


伍小亭告诉记者,任何一个工程师的成长绝不指望是三年、五年,甚至十年,需要持之以恒、年复一年地积累和钻研。他希望青年从业者们能够喜欢暖通专业,愿意用工程师的思维对待自己所从事的事业。


 
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