李国庆：创新突破地铁通风空调技术三获国家级大奖

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。