轨道交通“风”与“热”的引路人：挑战传统不可能
2021-12-19 来源：中新网北京
本文摘要： 今年年底，北京预计开通7条轨道交通线(段)。其中，服务冬奥线路在内的多条线(段)将装上智慧大脑，动态调整车站内部不同区域的阶梯式温...
今年年底，北京预计开通7条轨道交通线(段)。其中，服务冬奥线路在内的多条线(段)将装上“智慧大脑”，动态调整车站内部不同区域的阶梯式温度标准，显著降低空调系统装机容量，极大节约地铁系统初期建设投资和后期运营维护费用。
以上技术创新是北京城建设计发展集团党委书记李国庆提出的地铁乘客动态热舒适自适应理论，并获实践应用。他不断刷新地铁通风空调技术，15年来三次荣获国家级奖项，并先后主持了北京、广州、南京、德黑兰等国内外多个城市的30多项地铁工程，为城市轨道交通系统的节能降耗做出突出贡献。
拧开创新的阀门降能耗
1990年，李国庆从清华大学通风空调采暖专业毕业后，进入北京城建设计研究院，投身北京地铁复八线西单站项目，自此与地铁通风空调专业结缘。
1997年，广州地铁2号线开工，这是国内第一条安装全封闭站台门的地铁线路，技术要求极高。31岁的李国庆被选中担任广州设备总体负责人，负责包括通风空调专业在内的所有设备专业。
当时，广州地铁2号线“江南西站”工点项目受限于老街道的布局、地面人流交通量大等因素，最终决定采用“暗挖法”施工。但传统的通风空调技术需占用巨大的土建面积和空间，给施工带来巨大风险。研究地铁投资、规模和能耗能不能降，首当其冲是空调占地能不能压。
为此，李国庆带领团队苦熬几个月，研发出一套“地铁车站空气—水通风空调系统”，使施工横断面面积减小三分之一，成功解决了工程难题。
这项技术荣获北京市科技进步一等奖，并和广州地铁2号线其他项目共同荣获国家科技进步二等奖，李国庆也成为中国轨道交通领域首批获此殊荣者。
由此，李国庆拧开了创新的阀门。
“颠覆”传统地铁通风空调技术
接到北京地铁5号线的设计任务后，李国庆提出，把传统空调的空调箱拆掉，将空调箱部件与隧道风机有机结合在一起，并根据地铁的特点设计研发出新设备，安置在原本闲置的地铁通风道里。将“风”与“热”有机结合，地铁在排风的同时就能带走运行产生的余热等垃圾。通过“加法”变“减法”，为压缩车站长度创造了条件。
“国内外都没有先例，需要的设备目前也没有设备制造商，这能行吗？”当时，土建工程已经按照缩小的规模开挖，所需的空调设备如果不能按时到位，将全部作废，李国庆将成为“千古罪人”。但他坚信，只要设备制造商按照他的技术要求生产出合格产品，一定没问题。
将地铁车站长度从以往的200米压缩到176米，不仅工程造价节约了1.9亿元，能耗也降低了15%—20%。最终，全新的通风空调设备在北京地铁5号线首次安装应用，“地铁通风空调多功能设备集成系统”在北京地铁5号线上的成功应用，“颠覆”了传统通风空调技术。
挑战“没有室外机的空调”
城市轨道交通业如今已成为各大中城市的交通命脉，也逐渐成为城市的能耗大户。城市轨道交通用电中，传统通风空调系统是能耗大户，且是占地大户。
谈到这些年的创新动力，李国庆表示，这是现实的需求。要原始创新就要敢于挑战不可能，有足够的勇气、实力、自信和担当精神，才能真正推动中国中国轨道交通技术进步。
这位地铁通风空调领域的专家，成功挑战了地铁空调领域的一项不可能，取消了地铁空调系统的地面冷却塔，也就是类似于成功研制除了没有室外机的家用空调，节省城市街面宝贵土地的同时解决了影响景观及噪声漂水扰民等环境问题。
该项发明创新技术已推广十余座城市、近300座地铁站中，研发的系列产品已进行规模化生产，并列入国家火炬计划和广东省重点新产品，近三年直接经济效益超十亿元。据统计，该成果在北京、上海、广州、南京、杭州、石家庄等数十条投入运营的地铁线路中，累计节约土建和设备投资11.95亿元、运行费用7170万元/年。
让温度“因体感而变”
“炎热的夏天，当乘客从38度的室外进入26度的站厅后，瞬间的冷气扑面而来，给人的感觉很不舒服，甚至对健康不利。”李国庆将创新的视角对准乘客的舒适度。
他和团队开展了基础性理论研究，结合地铁乘客流动性特点，建立了地铁乘客动态热舒适自适应理论，解决了传统固定热舒适理论难以对乘客动态从室外-地铁车站站厅-地铁车站站台-地铁车厢行走过程人体热舒适准确预测的难题，明确适宜的节能设计标准。
“通俗而言，这套系统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，并根据室外温度的变化，动态调整车站内部不同区域的阶梯式温度标准。这种‘因体感而变’的模式既符合人体生理学，又可大大节省能耗”，李国庆介绍。
如何解决地铁系统里“活塞风”和“热压风”的无序，转而能被利用？
李国庆和团队提出了地铁内部热环境多参数耦合模型，创建了温度、湿度与风速综合补偿的工程设计线算图。这种设计模型能充分利用地铁存在活塞风和热压风的特点，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，降低环境设计标准，从而显著降低空调系统装机容量，达到节约地铁初期建设投资和后期运营维护费用的目的。目前，有关技术和理论已分别应用于青岛、上海、北京、杭州、石家庄等多个城市的地铁工程中。
随着人们对美好生活标准的提高，对地铁除了“通达性”要求外，“舒适性”要求也越来越高。作为一名从业30余年的城市轨道交通科技工作者、新中国首条地铁设计企业的党委书记，李国庆表示，将持续坚持创新引领，立足行业前沿，为中国城市轨道交通绿色低碳发展作出更大的贡献。
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