李国庆。北京城建设计发展集团供图

“这是一份荣誉，是国家对我们整个科研团队研究成果的认可和勉励，更是一份责任。”北京城建设计发展集团党委书记、副总经理李国庆手捧鲜红的证书说。

11月3日，2020年度国家科学技术奖揭晓，李国庆参与研发的“建筑热环境理论及其绿色营造关键技术”荣获国家科学技术进步奖二等奖。这是李国庆15年来第三次步入人民大会堂领取国家级奖项。

“在城市轨道交通绿色低碳发展背景下，作为一名从事地铁通风空调设计30余年的科技工作者，我有责任通过不断创新，为轨道交通系统实现‘双碳’目标贡献一份力量。”李国庆说。

大胆做“减法” 不再卡脖子

轨道交通是城市公共交通的骨干，也是能耗大户。数据显示，城市轨道交通用电占全国总耗电量的5‰以上，其中通风空调系统占地铁系统总能耗的30%-50%。它还是占地第一大户，占据地下车站总建筑面积的30%。

城市地下空间寸土寸金，地铁车站通风空调系统决定着工程规模、造价及建成后地铁的运行能耗。实现城市轨道交通领域的“双碳”目标，压减通风空调占地空间，降低其能耗势在必行。

“我国地铁通风空调技术基本借鉴其他国家，采用做‘加法’的方法，将隧道、车站公共区、设备用房等区域的通风系统、制冷系统堆砌，导致地铁通风空调系统投资、占地、能耗等指标居高不下，工程综合造价攀升。”李国庆说。

2002年，北京城建设计研究院接到北京地铁5号线土建及设备设计任务。李国庆大胆提出：拆掉传统空调的冷机，整合冷机部件与冷却塔两个系统，从而缩小占地面积和体积，减少施工风险和工程投资。

李国庆寻思：若实现这个构想就需要研制出形式简单、功能齐全，又节约机房占地空间的新型通风空调系统。李国庆说：“新设备可以放在原本闲置的地铁通风道里，通过采用风机变频调速技术，将‘风’与‘热’结合，地铁在排风的同时带走运行产生的余热。通过‘加法’变‘减法’，压缩车站长度节省面积，从而缩小地下车站土建规模，降低了投资成本。”

“这在国内外都没有先例，研发的新设备也没有相应的制造商，能行吗？”业内人士对李国庆的方案提出了质疑。另外，由于是一款新产品，市场前景不明朗，厂家都拒绝为李国庆生产。“真的是压力山大。”李国庆回忆当时的情形说。

李国庆一次又一次宣讲新设备的优势，一轮又一轮对新技术展开论证，他对自己的创新充满信心，“我不是简单为了证明自己的东西比国外技术水平高，而是要抓住我国地铁大规模建设的历史机遇期，全力以赴创新，研发出我们自己的新技术新产品新理论，从此不再被国外卡脖子。”

最终，李国庆赢得了专家支持，并说服厂家同意进行生产。2007年10月，北京地铁5号线开通，首次采用全新的地铁暖通空调集成系统，运行情况良好，且车站长度缩短了20米。此后，新空调系统在多个城市地铁线路应用，据测算，仅北京地铁5号线和10号线一期38座车站土建工程就节省了1.9亿元造价。

挑战不可能 冷却塔遁形

传统的地铁空调系统离不开地面冷却塔，不但占用了宝贵的地上资源，还存在噪音大、影响城市景观等问题。李国庆说：“部分地铁车站因为地面冷却塔设置条件受限，甚至通风空调系统无法正常运行，致使乘客舒适度大大降低。”

创新包括多种类型，原始创新最为艰辛。李国庆说：“开展原始创新就要敢于挑战不可能，不怕冒风险担责任，走出一条新路。”

李国庆探索研制出一套没有冷却塔的全新地铁空调系统，“打个不恰当的比方，就相当于没有室外机的家用空调。”

他和团队发明了“可变形”换热器高效降阻与“遁形式”冷却技术，该技术基于地铁特有风井构造和区间隧道通风特性，创造性将地面冷却塔和冷凝器合二为一，并“遁形”藏于地下。

李国庆还提出了利用地铁通风与水相变结合的高效蒸发冷凝新技术，提高了冷却换热效率，彻底“消灭”了地面冷却塔，节省了宝贵的土地资源，解决了影响景观及噪声扰民等问题。该项发明新技术已推广至北京、上海、杭州、石家庄、郑州等城市数十条地铁线路，累计节约土建和设备投资11.95亿元，每年节省地铁运行费用7170万元。

创自主体系 乘客感知更舒适

应对气候变化成为全人类的共同挑战，交通建筑开始向绿色化及超低能耗、低碳建筑发展。长期以来，我国地铁通风空调专业参照欧美标准，缺乏自主的理论和技术体系。

李国庆历时20余年，通过理论方法研究、关键技术研发、产品研制及工程设计应用等，取得了一系列创新成果，突破了高耗能等理论和技术瓶颈。

地铁空调系统一般采用固定热舒适模式，传统固定舒适理论难以对乘客从室外-地铁站厅-站台-车厢动态行走过程的人体热舒适进行准确预测，造成地铁站站厅、站台等不同功能区域空调控制温度采用一样的标准。盛夏时节，当乘客从炎热的室外进入冷气十足的站厅，给人的感受极不舒服，甚至不利于身体健康。此外，传统模式也不利于能耗控制。

李国庆率领团队结合乘客流动性特点，创立了地铁乘客动态热舒适自适应理论，提出了热环境对人体热舒适影响的客观度量指标，确定了人体可接受热环境的舒适体感温度区间，明确了适宜的节能设计标准，使热环境中人体热舒适预测精度提升了20%以上。

在此基础上，李国庆进一步将地铁车站出入口、通道、站厅、站台以及车厢等不同功能区域按照人员停留时间进行动态分区，建立按不同舒适等级确定设计温度、湿度的技术路线，在满足乘客动态热舒适前提下，降低空调系统装机容量，极大节约了地铁系统初期建设投资和后期运营维护费用。

“通俗地讲，这套系统等于为地铁空调控制系统装上了‘智慧大脑’，它可以自动采集室外温度数据，并根据室外温度变化，动态调整车站内部不同区域阶梯式温度标准，如室外温度32摄氏度时，站厅温度可设置为30摄氏度，站台温度可设置为28摄氏度。这种‘因体感而变’的新模式既符合人体生理学，又大大降低了能耗。”李国庆说。

逆向思维驭风 让热乘风而去

随着人们对美好生活的新期待，乘客对地铁舒适性的要求也越来越高。人体对环境舒适度的感知取决于三个因素：温度、湿度和风速。同样的温度和湿度，风速越大，体感温度会越低。李国庆采取逆向思维：能否通过适当加大风速，让“热”乘“风”而去，在不影响乘客舒适度的同时，通过提高空调控制温度，实现节能降耗。

地铁系统中包括两种“风”，即“活塞风”和“热压风”。“活塞风”是地铁列车从隧道中驶过时“抽拉”作用产生的空气流动，“热压风”是由于空气温度差形成的空气流动，如车站内外的温差。

“自有地铁以来，这两种风一直都是无序的，无法被有效利用，甚至从未通过组织和利用风来降低地铁能耗，”李国庆说，“通过研究，我们提出了地铁内部热环境多参数耦合模型，充分利用活塞风和热压风，在不影响乘客动态热舒适情况下，用自然风速补偿温度和湿度，这就好比夏季室内空调控制温度由26摄氏度提高至30摄氏度，降低了空调系统装机容量，达到节约地铁建设初期投资和后期运营维护费用的目的。”

为实现对“活塞风”的“驾驭”，李国庆和团队研发了适用于全国五个气候区的地铁车站智能有序活塞风调控技术，通过智能调控通风设备、智能活塞风调节阀、智慧调控系统等设备系统，精准“掌控”活塞风在地铁车站出入口、风道和车站内的流动，让风由“无序”变为“有序”。

这项技术既保障了地铁车站健康舒适的环境，又降低了建筑用能需求，达到了减碳效果。这些理论和技术成果已应用于北京地铁6号线、8号线、9号线、14号线，以及青岛、上海等多个城市的地铁工程中，取得了显著的社会效益和经济效益。

跋涉创新路 技术更迭一往无前

李国庆不断发明创新研制了很多新产品，开拓了诸多新市场。一些生产企业送给他技术干股，都被李国庆一一谢绝了。

李国庆研发的新技术多属于节能降耗型，为甲方节省了占地面积和设备费用，而设计单位设计费是根据工程造价按比例收取的，越为甲方省钱，设计人员相应的设计费越少。有人开玩笑问他：“你到底图啥啊？”当年李国庆研制出新技术取消了地面冷却塔，有同行质问他说：“那么多冷却塔企业岂不是要倒闭了。”每当面对这些不理解时，李国庆总是憨然一笑。

“科技进步必然会淘汰落后技术，我作为一名知识分子应当坚守良知，不能为了保护行业利益无视技术进步。而是要在专业领域不停跋涉，通过创新突破，推动技术不断迭代升级，持续研发出更多更好的东西，为国家繁荣和社会进步做出贡献。”李国庆说。

人物档案：

李国庆：享受国务院政府特殊津贴专家，“北京市有突出贡献的科学、技术、管理人才”，轨道交通节能北京市工程研究中心主任。提出了多项国内外首创的工程技术，研发了多台套创新设备和产品。科研项目荣获国家技术发明二等奖一项，国家科技进步二等奖二项。

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