在不断变化的气候中建筑：NIST的Joannie Chin的问答

我们居住、工作和休闲的绝大多数建筑都以某种方式导致温室气体进入我们的大气层，导致越来越极端的天气，而许多建筑的设计都无法承受。但NIST工程实验室主任Joannie Chin表示，更好地了解日益加剧的威胁、建筑科学和人类行为，可以帮助我们减轻和保护自己免受气候变化的影响。

NIST公共事务专家乔纳森·格里芬采访了Joannie，了解NIST为解决气候变化问题而采取的一些重要措施。

NIST在建筑和灾害领域扮演什么角色？它与其他机构的作用有何不同？

NIST的专家在进行计量科学研究方面是世界上最好的，我们将这种独特的专业知识应用于了解如何设计具有弹性和可持续性的结构和社区。我们在实验室进行真实世界的实验和模拟，但当我们怀疑特定事件可能会提供广泛适用的教训时，我们也会进行灾后调查。

当不同组织发展时，我们将收集到的新知识带到桌面上模型建筑规范和标准。这些是建筑设计和施工的最佳实践，可被州和地方司法机构采纳为法律。除规范外，我们还直接向社区领导和个人业主提供决策工具和资源。

虽然我们精通测量领域，但我们确实需要与NIST以外的专家合作。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）是一个密切的合作伙伴，为我们提供气候数据，我们将这些数据纳入建筑能源使用的规范和标准工作中。我们还与联邦应急管理局（FEMA）和环境保护局（EPA）合作，前者更直接地关注灾难响应和恢复，后者制定并执行环境法规。美国消防局、林业局、国家科学基金会、美国陆军工程兵团和许多其他组织也是重要的合作伙伴。

40多年来，NIST的工程实验室一直在研究建筑物、基础设施和灾害的交叉点。近年来气候变化如何影响这项工作？

回到过去，我们没有像现在这样考虑气候问题。只是天气原因。飓风和龙卷风是正常的。但现在，在过去的一二十年里，我们已经开始理解气候变化的作用，并达成了共识。我们看到自然灾害呈上升趋势。例如，重大野火过去是非常罕见的事件。现在你基本上每年都可以依靠他们。包括更强飓风在内的飓风正在形成更频繁地也。

工程实验室多年来一直在评估极端天气事件，但我们现在比以往任何时候都更频繁地进行评估。我们还认识到，我们的研究需要更具前瞻性，因为气候变化不仅仅是暂时的失常现象。我相信这将是文明前进的一个生存问题。这意味着，当你想知道你的建筑需要达到什么标准时，你必须预测50-100年后该建筑或社区周围的环境。传统上，我们依赖历史数据来设计未来的气候事件，但由于气候变化，这些信息可能并不总是相关的。

为了帮助社区更好地应对气候变化，需要回答哪些具体的研究问题？ 

建筑物负责美国40%的能源使用量和约50%的温室气体排放量如果你同时考虑建筑物的运作（电力、供暖和制冷）以及材料中所含的碳或建筑过程中产生的碳。

其中一个主要问题是，我们如何提高能源效率，减少建筑占地面积，同时保持居住者的舒适性和安全性？我们可以在冬天把恒温器调低，或者在夏天不用空调。这将减少对环境的影响，但很明显，这对我们的舒适度和健康并不会起到很好的作用。

NIST工程实验室长期以来一直在研究如何设计更高效的HVAC系统，以及如何正确调试这些系统并更好地检测其运行中的故障和其他问题。只要正确安装和调试暖通空调系统，就能节省多少能源，这真是令人惊讶。如果我们可以检测故障和效率低下，而不必手动查找，如果系统能够纠正这些问题，我们可以节省大量能源。我们试图回答的另一个问题是，人工智能如何自动优化此类建筑操作。

我们还一直致力于为暖通空调系统开发新制冷剂，以减少对环境的影响。我们一直在使用的大多数制冷剂可能会从泄漏的设备中逸出，它们有可能使我们的大气变暖，比二氧化碳高数千倍。暖通空调系统并不总是适用于新制冷剂，因此我们正在进行大量研究，以确定如何使用新制冷剂或设计新系统。

我们还与NIST同事合作，以更好地描述光伏电池的特性，从而最大限度地提高其性能，并优化光伏和其他分布式能源与电网的集成，以减少我们对燃煤和燃气发电厂的依赖。

这些是我们希望通过的一些途径来降低温室气体排放，并可能抑制自然灾害的强度和频率。也就是说，我们还致力于为现在和未来发生的极端天气事件制定技术指南。

对于野地-城市界面（WUI）社区附近发生的野火，我们要破译的一个重要问题是，我们应该将住宅、棚屋、围栏、植被和其他火灾危险物分隔多远，以缓解WUI区域内的火灾蔓延？什么类型的建筑材料最耐火？

我们的国家减少风暴影响计划一直在寻求对飓风、龙卷风和其他风暴事件如何影响结构的更好的科学理解，然后我们的研究人员帮助建筑规范和标准组织纳入最新科学。了解气候对风暴强度和频率的影响也是我们研究组合的一部分。

我们正在解决的许多问题不仅仅是保持单个结构的安全。换句话说，我们如何改进整个社区准备、应对自然灾害和其他破坏性事件并从中恢复的方式？我们的重点不再仅仅是生命安全，而是真正让社区恢复运转。要做到这一点，我们需要了解社区的物质功能和社会功能之间的相互依赖性，比如学校、企业和公共工程，以及后果如何影响到所有这些功能。

社会经济弱势群体往往受到自然灾害和气候变化影响的影响不成比例。工程实验室如何满足这些群体的具体需求？

我们在这一领域所做工作的一个例子是，我们与基于风险的社区复原规划中心科罗拉多州立大学。 

Lumberton是一个种族和民族多元化的社区，平均失业率和贫困率较高。2016年，马修飓风袭击了这里，2018年，佛罗伦萨飓风袭击了它。飓风的一波两波袭击都导致该镇严重洪水泛滥，这确实突显出对弱势群体的不成比例的影响。该项目正在进行中，但它已经并且很可能会继续揭示自然灾害造成的破坏与人口统计之间的联系。我们正在收集与种族、种族、收入、教育等相关的社会脆弱性信息。

另一项重要工作是我们正在调查“玛丽亚”飓风对波多黎各的影响，波多黎各缺乏与美国各州相同的支持，存在一些实际的基础设施问题。飓风玛丽亚是一场非常强大的风暴，但我相信我们将了解到这些现有问题之间的联系，以及为什么它们受到如此沉重的打击，需要如此长的时间才能恢复。我想不出美国大陆有哪个州受到飓风袭击，花了这么长时间才恢复过来。即使到了今天，他们仍然很痛苦。尽管岛上的一些地区已经恢复运转，但仍有许多挥之不去的问题。

与其他人群相比，有很多有趣的信息可以找到服务不足的人群，我们所了解的信息可以为旨在支持这些人群的政策提供信息。

EL的研究组合是否正在应对其他环境威胁？ 

我们关注的一个问题是空气质量，具体来说有两个方面。首先，有野火烟雾，随着野火越来越普遍，这是一个日益严重的问题。我们知道，野火烟雾可以传播数百英里，并真正影响远离火灾地区的室外空气质量，但它也可以渗透到家庭中。我们的研究人员正开始调查野火烟雾对靠近火灾或远离火灾的房屋室内空气的影响。 

空气质量的另一个方面与传染病有关。新冠肺炎疫情引发了一些问题，例如，特定房间和特定建筑的适当通风率是多少，以确保人们不会感染病毒？长期以来，我们的研究人员一直在研究建模工具，以帮助回答有关通风等问题，但最近他们确实对这些工具感兴趣。在大流行的背景下应用它们是一个非常有趣的机会。

我们不仅关注空气中的分子，还关注我们制造产品中的分子。 这个循环经济计划是最近的一项努力，我们正在与NIST的材料测量实验室合作，研究如何制造产品，以便在产品寿命结束时，其材料可以回收并再次使用。

像回收、再利用这些对我们来说并不陌生的概念，但要想在产品的整个生命周期中跟踪产品中的原子和分子，需要进行大量的研究、测量科学和标准测试方法。但有必要使所有这些原子和分子远离垃圾填埋场、水和大气，并保持其价值循环。 

EL在气候领域取得了哪些可以帮助当今社区的重大里程碑？

NIST已经编制了数据、工具和指导文件，以帮助行业评估并快速检测HVAC系统中的故障操作，以便进行维修，以保持系统以最高效率运行。 

继成功识别全球变暖潜能值低的制冷剂之后，NIST收集了数据，以开发关于这些制冷剂的基本特性和他们的暖通空调系统的性能和安全分别是。 

我们在开发ASHRAE标准189.1该标准被称为“高性能绿色建筑设计标准”，为行业提供了一条通往节能建筑的道路，同时改善了室内环境并将环境影响降至最低。

我们对重大WUI火灾进行了多个案例研究，并发表了这些案例研究，这些案例具有宝贵的有用见解，可以指导社区实践。最近，我们又向前迈进了一步，利用我们的实验室和其他机构所学的信息来开发WUI危害缓解方法，该文件概述了社区内野火保护的推荐做法。 

我们设计的另一个关键资源是社区复原规划指南，概述了一个循序渐进的过程，旨在帮助当地领导人在自然灾害发生之前很久就利用最佳实践规划自然灾害。这个过程可以解决气候对社区的影响和自然灾害。如果人们将该指南与实验室开发的工具一起使用，以帮助决策社区恢复能力的投资，那么他们会发现该指南最有价值。