李國慶。北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)供圖

“這是一份榮譽(yù)，是國家對我們整個(gè)科研團(tuán)隊(duì)研究成果的認(rèn)可和勉勵(lì)，更是一份責(zé)任�！北本┏墙ㄔO(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)黨委書記、副總經(jīng)理李國慶手捧鮮紅的證書說。

11月3日，2020年度國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)揭曉，李國慶參與研發(fā)的“建筑熱環(huán)境理論及其綠色營造關(guān)鍵技術(shù)”榮獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。這是李國慶15年來第三次步入人民大會(huì)堂領(lǐng)取國家級獎(jiǎng)項(xiàng)。

“在城市軌道交通綠色低碳發(fā)展背景下，作為一名從事地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)30余年的科技工作者，我有責(zé)任通過不斷創(chuàng)新，為軌道交通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)貢獻(xiàn)一份力量�！崩顕鴳c說。

大膽做“減法” 不再卡脖子

軌道交通是城市公共交通的骨干，也是能耗大戶。數(shù)據(jù)顯示，城市軌道交通用電占全國總耗電量的5‰以上，其中通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)占地鐵系統(tǒng)總能耗的30%-50%。它還是占地第一大戶，占據(jù)地下車站總建筑面積的30%。

城市地下空間寸土寸金，地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)決定著工程規(guī)模、造價(jià)及建成后地鐵的運(yùn)行能耗。實(shí)現(xiàn)城市軌道交通領(lǐng)域的“雙碳”目標(biāo)，壓減通風(fēng)空調(diào)占地空間，降低其能耗勢在必行。

“我國地鐵通風(fēng)空調(diào)技術(shù)基本借鑒其他國家，采用做‘加法’的方法，將隧道、車站公共區(qū)、設(shè)備用房等區(qū)域的通風(fēng)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)堆砌，導(dǎo)致地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)投資、占地、能耗等指標(biāo)居高不下，工程綜合造價(jià)攀升。”李國慶說。

2002年，北京城建設(shè)計(jì)研究院接到北京地鐵5號線土建及設(shè)備設(shè)計(jì)任務(wù)。李國慶大膽提出：拆掉傳統(tǒng)空調(diào)的冷機(jī)，整合冷機(jī)部件與冷卻塔兩個(gè)系統(tǒng)，從而縮小占地面積和體積，減少施工風(fēng)險(xiǎn)和工程投資。

李國慶尋思：若實(shí)現(xiàn)這個(gè)構(gòu)想就需要研制出形式簡單、功能齊全，又節(jié)約機(jī)房占地空間的新型通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。李國慶說：“新設(shè)備可以放在原本閑置的地鐵通風(fēng)道里，通過采用風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，將‘風(fēng)’與‘熱’結(jié)合，地鐵在排風(fēng)的同時(shí)帶走運(yùn)行產(chǎn)生的余熱。通過‘加法’變‘減法’，壓縮車站長度節(jié)省面積，從而縮小地下車站土建規(guī)模，降低了投資成本�！�

“這在國內(nèi)外都沒有先例，研發(fā)的新設(shè)備也沒有相應(yīng)的制造商，能行嗎？”業(yè)內(nèi)人士對李國慶的方案提出了質(zhì)疑。另外，由于是一款新產(chǎn)品，市場前景不明朗，廠家都拒絕為李國慶生產(chǎn)�！罢娴氖菈毫ι酱��！崩顕鴳c回憶當(dāng)時(shí)的情形說。

李國慶一次又一次宣講新設(shè)備的優(yōu)勢，一輪又一輪對新技術(shù)展開論證，他對自己的創(chuàng)新充滿信心，“我不是簡單為了證明自己的東西比國外技術(shù)水平高，而是要抓住我國地鐵大規(guī)模建設(shè)的歷史機(jī)遇期，全力以赴創(chuàng)新，研發(fā)出我們自己的新技術(shù)新產(chǎn)品新理論，從此不再被國外卡脖子。”

最終，李國慶贏得了專家支持，并說服廠家同意進(jìn)行生產(chǎn)。2007年10月，北京地鐵5號線開通，首次采用全新的地鐵暖通空調(diào)集成系統(tǒng)，運(yùn)行情況良好，且車站長度縮短了20米。此后，新空調(diào)系統(tǒng)在多個(gè)城市地鐵線路應(yīng)用，據(jù)測算，僅北京地鐵5號線和10號線一期38座車站土建工程就節(jié)省了1.9億元造價(jià)。

挑戰(zhàn)不可能 冷卻塔遁形

傳統(tǒng)的地鐵空調(diào)系統(tǒng)離不開地面冷卻塔，不但占用了寶貴的地上資源，還存在噪音大、影響城市景觀等問題。李國慶說：“部分地鐵車站因?yàn)榈孛胬鋮s塔設(shè)置條件受限，甚至通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，致使乘客舒適度大大降低。”

創(chuàng)新包括多種類型，原始創(chuàng)新最為艱辛。李國慶說：“開展原始創(chuàng)新就要敢于挑戰(zhàn)不可能，不怕冒風(fēng)險(xiǎn)擔(dān)責(zé)任，走出一條新路�！�

李國慶探索研制出一套沒有冷卻塔的全新地鐵空調(diào)系統(tǒng)，“打個(gè)不恰當(dāng)?shù)谋确�，就相�?dāng)于沒有室外機(jī)的家用空調(diào)�！�

他和團(tuán)隊(duì)發(fā)明了“可變形”換熱器高效降阻與“遁形式”冷卻技術(shù)，該技術(shù)基于地鐵特有風(fēng)井構(gòu)造和區(qū)間隧道通風(fēng)特性，創(chuàng)造性將地面冷卻塔和冷凝器合二為一，并“遁形”藏于地下。

李國慶還提出了利用地鐵通風(fēng)與水相變結(jié)合的高效蒸發(fā)冷凝新技術(shù)，提高了冷卻換熱效率，徹底“消滅”了地面冷卻塔，節(jié)省了寶貴的土地資源，解決了影響景觀及噪聲擾民等問題。該項(xiàng)發(fā)明新技術(shù)已推廣至北京、上海、杭州、石家莊、鄭州等城市數(shù)十條地鐵線路，累計(jì)節(jié)約土建和設(shè)備投資11.95億元，每年節(jié)省地鐵運(yùn)行費(fèi)用7170萬元。

創(chuàng)自主體系 乘客感知更舒適

應(yīng)對氣候變化成為全人類的共同挑戰(zhàn)，交通建筑開始向綠色化及超低能耗、低碳建筑發(fā)展。長期以來，我國地鐵通風(fēng)空調(diào)專業(yè)參照歐美標(biāo)準(zhǔn)，缺乏自主的理論和技術(shù)體系。

李國慶歷時(shí)20余年，通過理論方法研究、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品研制及工程設(shè)計(jì)應(yīng)用等，取得了一系列創(chuàng)新成果，突破了高耗能等理論和技術(shù)瓶頸。

地鐵空調(diào)系統(tǒng)一般采用固定熱舒適模式，傳統(tǒng)固定舒適理論難以對乘客從室外-地鐵站廳-站臺-車廂動(dòng)態(tài)行走過程的人體熱舒適進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，造成地鐵站站廳、站臺等不同功能區(qū)域空調(diào)控制溫度采用一樣的標(biāo)準(zhǔn)。盛夏時(shí)節(jié)，當(dāng)乘客從炎熱的室外進(jìn)入冷氣十足的站廳，給人的感受極不舒服，甚至不利于身體健康。此外，傳統(tǒng)模式也不利于能耗控制。

李國慶率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)結(jié)合乘客流動(dòng)性特點(diǎn)，創(chuàng)立了地鐵乘客動(dòng)態(tài)熱舒適自適應(yīng)理論，提出了熱環(huán)境對人體熱舒適影響的客觀度量指標(biāo)，確定了人體可接受熱環(huán)境的舒適體感溫度區(qū)間，明確了適宜的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使熱環(huán)境中人體熱舒適預(yù)測精度提升了20%以上。

在此基礎(chǔ)上，李國慶進(jìn)一步將地鐵車站出入口、通道、站廳、站臺以及車廂等不同功能區(qū)域按照人員停留時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)分區(qū)，建立按不同舒適等級確定設(shè)計(jì)溫度、濕度的技術(shù)路線，在滿足乘客動(dòng)態(tài)熱舒適前提下，降低空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)容量，極大節(jié)約了地鐵系統(tǒng)初期建設(shè)投資和后期運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用。

“通俗地講，這套系統(tǒng)等于為地鐵空調(diào)控制系統(tǒng)裝上了‘智慧大腦’，它可以自動(dòng)采集室外溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)室外溫度變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整車站內(nèi)部不同區(qū)域階梯式溫度標(biāo)準(zhǔn)，如室外溫度32攝氏度時(shí)，站廳溫度可設(shè)置為30攝氏度，站臺溫度可設(shè)置為28攝氏度。這種‘因體感而變’的新模式既符合人體生理學(xué)，又大大降低了能耗�！崩顕鴳c說。

逆向思維馭風(fēng) 讓熱乘風(fēng)而去

隨著人們對美好生活的新期待，乘客對地鐵舒適性的要求也越來越高。人體對環(huán)境舒適度的感知取決于三個(gè)因素：溫度、濕度和風(fēng)速。同樣的溫度和濕度，風(fēng)速越大，體感溫度會(huì)越低。李國慶采取逆向思維：能否通過適當(dāng)加大風(fēng)速，讓“熱”乘“風(fēng)”而去，在不影響乘客舒適度的同時(shí)，通過提高空調(diào)控制溫度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

地鐵系統(tǒng)中包括兩種“風(fēng)”，即“活塞風(fēng)”和“熱壓風(fēng)”�！盎钊�風(fēng)”是地鐵列車從隧道中駛過時(shí)“抽拉”作用產(chǎn)生的空氣流動(dòng)，“熱壓風(fēng)”是由于空氣溫度差形成的空氣流動(dòng)，如車站內(nèi)外的溫差。

“自有地鐵以來，這兩種風(fēng)一直都是無序的，無法被有效利用，甚至從未通過組織和利用風(fēng)來降低地鐵能耗，”李國慶說，“通過研究，我們提出了地鐵內(nèi)部熱環(huán)境多參數(shù)耦合模型，充分利用活塞風(fēng)和熱壓風(fēng)，在不影響乘客動(dòng)態(tài)熱舒適情況下，用自然風(fēng)速補(bǔ)償溫度和濕度，這就好比夏季室內(nèi)空調(diào)控制溫度由26攝氏度提高至30攝氏度，降低了空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)容量，達(dá)到節(jié)約地鐵建設(shè)初期投資和后期運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用的目的�！�

為實(shí)現(xiàn)對“活塞風(fēng)”的“駕馭”，李國慶和團(tuán)隊(duì)研發(fā)了適用于全國五個(gè)氣候區(qū)的地鐵車站智能有序活塞風(fēng)調(diào)控技術(shù)，通過智能調(diào)控通風(fēng)設(shè)備、智能活塞風(fēng)調(diào)節(jié)閥、智慧調(diào)控系統(tǒng)等設(shè)備系統(tǒng)，精準(zhǔn)“掌控”活塞風(fēng)在地鐵車站出入口、風(fēng)道和車站內(nèi)的流動(dòng)，讓風(fēng)由“無序”變?yōu)椤坝行颉薄?/p>

這項(xiàng)技術(shù)既保障了地鐵車站健康舒適的環(huán)境，又降低了建筑用能需求，達(dá)到了減碳效果。這些理論和技術(shù)成果已應(yīng)用于北京地鐵6號線、8號線、9號線、14號線，以及青島、上海等多個(gè)城市的地鐵工程中，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

跋涉創(chuàng)新路 技術(shù)更迭一往無前

李國慶不斷發(fā)明創(chuàng)新研制了很多新產(chǎn)品，開拓了諸多新市場。一些生產(chǎn)企業(yè)送給他技術(shù)干股，都被李國慶一一謝絕了。

李國慶研發(fā)的新技術(shù)多屬于節(jié)能降耗型，為甲方節(jié)省了占地面積和設(shè)備費(fèi)用，而設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)費(fèi)是根據(jù)工程造價(jià)按比例收取的，越為甲方省錢，設(shè)計(jì)人員相應(yīng)的設(shè)計(jì)費(fèi)越少。有人開玩笑問他：“你到底圖啥��？”當(dāng)年李國慶研制出新技術(shù)取消了地面冷卻塔，有同行質(zhì)問他說：“那么多冷卻塔企業(yè)豈不是要倒閉了�！泵慨�(dāng)面對這些不理解時(shí)，李國慶總是憨然一笑。

“科技進(jìn)步必然會(huì)淘汰落后技術(shù)，我作為一名知識分子應(yīng)當(dāng)堅(jiān)守良知，不能為了保護(hù)行業(yè)利益無視技術(shù)進(jìn)步。而是要在專業(yè)領(lǐng)域不停跋涉，通過創(chuàng)新突破，推動(dòng)技術(shù)不斷迭代升級，持續(xù)研發(fā)出更多更好的東西，為國家繁榮和社會(huì)進(jìn)步做出貢獻(xiàn)�！崩顕鴳c說。

人物檔案：

李國慶：享受國務(wù)院政府特殊津貼專家，“北京市有突出貢獻(xiàn)的科學(xué)、技術(shù)、管理人才”，軌道交通節(jié)能北京市工程研究中心主任。提出了多項(xiàng)國內(nèi)外首創(chuàng)的工程技術(shù)，研發(fā)了多臺套創(chuàng)新設(shè)備和產(chǎn)品。科研項(xiàng)目榮獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)二項(xiàng)。

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