“双碳”减排是持久战，科技创新是突围关键。改革开放以来，我国城市化进程已持续高速发展44年，人均住房面积增长4．5倍，截至2002年末，全国既有建筑面积达388亿平方米，其中城市既有建筑面积为131．8亿平方米。城市建筑密度愈来愈大，不仅土地变得寸土寸金，阳光也成为了稀缺资源。据相关统计，全球每年生产生活照明用电量约3．51万亿度，我国约1．45万亿度，其中白天照明约占室内照明总能耗的63．46％。最环保的节能方式就是充分利用日光。
然而，受建筑结构遮挡和日照角度影响，自然采光普遍存在有效时间短、纵深位置照明不充分等问题，大跨建筑自然采光的遮挡影响则尤其严重。因此，即便室外日照充足，但室内仍需主动照明，才能满足采光需求。当前国内外市场上的自然采光井、采光窗、导光膜等产品受限于工作机理，在透光效率、光谱范围以及生产成本等方面无法满足人们在高效、节能、健康方面的采光需求。
开拓创新跨界应用 破解建筑行业难题
哈尔滨工业大学仪器学院现代显微仪器研究所刘俭教授团队首次将显微仪器中的光场调制技术跨界应用于建筑采光领域，开发了自然采光屏／幕／膜系列产品，实现高度集成化的片上纳米光学系统设计与精密制造，破解了大纵深建筑自然采光难题。2022年12月，该项技术获得黑龙江省重大产业技术转化项目支持，由荣仪尚科光电技术（哈尔滨）有限公司进行产业技术转化。据刘俭教授介绍，该产品有4个主要应用场景：
1）节能照明：传统的自然采光，光线入射到室内后，往往是窗口附近很亮，但室内深处仍然昏暗，大纵深房屋结构自然采光问题尤为突出。刘俭教授团队研制开发的自然采光窗帘产品，可见波段全谱透过率最高可达到95％，可使照明纵深可提升10倍以上，室内深处照明亮度提高2－6倍以上，有效采光时间可延长1小时以上。“每日白天熄灯1小时”将产生巨大的节能效益。
2）健康照明：我国60岁以上老年人口近3亿人，健康照明需求广泛。不便户外活动的老人和孩子，长期居家不能充分享有日照产生诸多健康问题。充足的日照能预防流感，流感在冬季高发与晒太阳少有关，这是因为体内维生素D合成减少，导致免疫力下降。此外，日光还有助于增强新陈代谢，调节中枢神经，提高造血功能，具有避免贫血和精神抑郁的作用。充足的阳光是高品质生活的健康保障。
3）隐私保护：现代都市建筑密度高，低楼层场所与街、道、路、桥的缓冲距离较小，90％的家庭和办公场所白天也需使用窗帘保护室内活动的私密性。自然采光屏／幕／膜是一种微光学制品，光线传播路径经过调制，现有影像设备和人眼无法透过这种特殊介质对室内场景成像，因此可在保持高效采光的同时，兼顾隐私保护，省电又健康。
4）农业增收：光照是农作物生长的核心要素，合理利用自然光照明可显著提升农作物品质和产量。近年来，光配方技术发展为高价值农作物提质、增产做出了重大贡献，取得了巨大的经济效益，2021－2022期间产业规模复合增长率达到24％。但高功率大范围LED照明设施建设成本高、耗电巨大，自然采光屏／幕／膜系列产品具有日光传输效率高、光谱范围宽，采光时间长，照明均匀度高等优点，未来在智慧低碳农业方面将会大有作为。
创新技术打破壁垒 跨界助力低碳减排
为了深入贯彻落实党中央、国务院关于推进碳达峰工作的总体部署，服务国家碳达峰碳中和战略，刘俭教授介绍，哈尔滨工业大学积极响应国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》，将协同创新纳入学校第十三次党代会及“十四五”发展规划重点任务，充分发挥学科优势、科研优势，为碳达峰、碳中和提供智力支持。我国经济发展正处在提质增效、爬坡过坎的关键时期，创新型国家建设是必由之路。跨领域需求牵引与交叉融合，更容易打破思维定式，从而对技术创新产生意想不到的启发作用。
目前，哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院积极适应国家科技发展新形势、新要求，将学科发展主动融入国家发展的战略全局，在坚持有所为、有所不为的同时，通过跨领域协作，拓展了发展路径，释放了发展潜力，围绕“双碳”战略目标的实现，形成技术进步与应用创新的协同互动，初步探索了由内而外的“科技先导”和由外而内的“需求牵引”双驱动创新模式，对于面向知识社会的科技创新体系建设和面向服务的行业科技创新体系建设具有重要的示范和推广意义。
自然光照明屏／幕／膜产品面向低碳照明、智慧照明和健康照明开创了一种新的产品形式，可广泛用于办公、居家、宾馆、机场、医院、养老院、博物馆以及科技和农业设施等的建筑采光，是通过需求牵引启发技术创新的典型范例，但对于这样的跨领域创新成果，最终进入建筑材料市场，进入房地产行业，还需要在新产品标准制定、行业准入等方面得到有关部门的关注、引导和支持。积极营造跨领域创新生态，打破传统思维定式和行业准入壁垒，助力跨领域创新成果落地转化与应用，对科技体制改革和企业创新模式探索具有重要意义。
科研创新永无止境，刘俭教授团队牢记科研工作“四个面向”的初心使命，不拘一格打破行业思维定式，始终朝着“光”的方向前行，希望该项成果蕴藏的创新价值和产业机遇得到被充分挖掘，在未来广泛应用中，为提高人民生活质量、提高社会生产效率做出积极贡献。
个人简介：
刘俭教授，哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院院长，第八届国务院学位委员会学科评议组成员，中国仪器仪表学会常务理事及显微仪器分会副理事长，中国计量测试学会常务理事及计量测试仪器专业委员会副主任委员，全国几何量长度计量技术委员会副主任委员，J Microscopy等5个国际期刊编委，国家重点研发计划项目首席科学家，ISO／TC213委员会中国委员，主持及代表中国参加ISO标准制定10余项，获国家技术发明二等奖（序1），入选国家高层次人才计划。
