孟慶林：以科技創新成就建筑節能

文/高妍　毛艷玲

?

孟慶林：以科技創新成就建筑節能

文/高妍毛艷玲

孟慶林教授

你可知道，一扇窗開多大才能以最小的能量損耗得到最佳的通風效果？

你可了解，選擇怎樣的玻璃，才能既做到遮陽隔熱，又保證足夠的光線照明？

…………

沒錯，這些生活中的小細節，都蘊含著科學，它們都是現代建筑節能中不可忽視的部分。華南理工大學建筑節能研究中心主任孟慶林教授就是深諳建筑節能秘密的高手。

孟慶林多年致力于亞熱帶建筑熱環境與節能研究，他敢于創新，取得了多個首創性的研究成果并應用于工程實踐，獲得了顯著的社會效益和經濟效益。他創建了“亞熱帶建筑熱環境與節能”學科方向和南方建筑節能研究機構，制定了首部應用于城市居住區熱環境設計的國家行業標準，開發了首個城市熱環境低空遙感系統，研制出首個動態熱濕氣候風洞實驗臺。他獲發明專利6項，發表論文127篇，出版專著和編著4部，主持編制國家行業和地方標準及標準設計圖集17部，培養博士和碩士研究生73名，為我國南方地區建筑節能的學科建設、科技進步、標準完善與人才培養作出了突出貢獻。

立足前沿，投身南方建筑節能

孟慶林，生于吉林海龍，是一個地地道道的北方人，卻在機緣巧合之下扎根嶺南，專注于亞熱帶建筑的節能技術研究與應用，并以多項創新成果立足業內。

孟慶林1985年畢業于吉林建筑工程學院供熱通風專業，后南下求學于我國著名的建筑老八校之一——重慶建筑大學，先后獲得建筑技術科學專業碩士、博士學位。1995年7月，孟慶林轉投同為建筑老八校之一的華南理工大學建筑學院，并扎根于此，歷任副教授、教授。

華南理工大學的亞熱帶建筑研究起步于上世紀初，百年發展中，對華南地區的建筑教育、建筑設計實踐及嶺南建筑風格的形成作出了巨大貢獻。該校的亞熱帶建筑科學國家重點實驗室，是全國高等學校建筑領域中唯一的國家重點實驗室；華南理工大學建筑節能研究中心則是亞熱帶建筑科學國家重點實驗室的重要組成單位，也是我國高校系統首個通過國家計量認證的建筑節能檢測機構。

現在，孟慶林承擔著華南理工大學亞熱帶國家重點實驗室副主任、建筑學院副院長、建筑節能研究中心主任等職務。

孟慶林將專業方向鎖定在亞熱帶建筑的熱環境與節能技術研究上，是從碩士階段開始的。

在當時的中國，建筑節能仍是一個相對冷門的研究領域，并未受到重視。但一直以來，建筑是個“能耗大戶”卻是不爭的事實，特別是進入新世紀以來建筑行業飛速發展，所帶來的能耗額更是快速上漲。

有數據顯示，我國建筑能耗占社會總能耗比例已超過30%，且呈現逐年上升的趨勢。而由于受到高溫高濕氣候的影響，以及人們生活水平提高等剛性需求的擴大，使得亞熱帶地區民用建筑能耗增長迅速，已經占到全國民用建筑能耗總量的54%。

隨著全世界節能減排戰略的實施及人們綠色環保意識的提高，建筑節能已逐漸成為社會共識，建筑節能技術的研究與進步也已經成為熱門及前沿研究領域。

孟慶林介紹，建筑節能技術的發展與應用，是一項具有顯著地域性的工作，與當地的氣候等密切相關。也就是說，北方的節能技術和創新成果，并不都適合南方，同樣的道理，發達國家的先進技術也會因地域、氣候的差異，難以在我國產生良好的效果。“這就決定了南方的建筑節能，必須走自主創新的道路。”

孟慶林專注建筑節能研究二十余年，正是在不斷探索適合南方氣候和地域特征的新的建筑節能技術與方法。他認為，“解決南方建筑節能問題的根本途徑，是堅持和發展圍護結構防熱為主的技術路線”。

所謂圍護結構，是指建筑及房間各面的圍擋物，如門、窗、墻等，能夠有效地抵御不利環境的影響。眾所周知，南方地區夏熱冬冷、溫高濕重、輻射強烈，因此，近百年來我國南方地區一直運用遮陽、通風、隔熱等傳統防熱技術解決建筑環境過熱問題。

但隨著空調設備的普及，原本用以防止室內過熱為目的的圍護結構傳統防熱技術體系不再適用，必須立足新情況，提出新理論、新技術與新方法。

浸淫行業多年，孟慶林非常清楚自身所面臨的挑戰，“在我國，不計成本和代價地實現少數建筑物的節能并不難，而讓我國數以千億計的建筑物乃至整個建筑業都節能，面臨的困難很多，我們意識到，在今后的一個相當長的歷史時期里，探索適合國情的建筑節能新技術、新方法、新材料，對于落實國家建筑節能政策至關重要。”

孟慶林是這樣想的，也是這樣做的。多年來，他將研究重點放在圍護結構上，依托亞熱帶建筑科學國家重點實驗室和建筑節能研究中心，圍繞最為經典的遮陽、隔熱、通風三點深入開展研究，已經取得了豐碩的研究成果，社會效益顯著。

銳意創新，結累累碩果

2001年，我國正式啟動亞熱帶地區建筑節能。但在當時，在亞熱帶建筑圍護結構的熱工設計理論和技術領域，仍面臨著若干關鍵問題亟待解決。

孟慶林介紹，問題涉及多個方面，比如在圍護結構蒸發降溫基礎理論和應用技術方面，迫切需要建立標準的實驗氣候分析方法，以確定建筑節能設計中的熱工參數；在建筑遮陽節能技術基礎理論與構造設計方面，需要建立基于建筑能耗的遮陽性能參數模型，提出建筑門窗玻璃的自身遮陽關鍵技術方法；在圍護結構防潮理論和構造設計方面，需要研究圍護結構熱濕雙向傳遞機理和構造設計方法，確定圍護結構多孔材料的工程設計參數；在圍護結構自然通風節能原理與設計方面，需要解決大尺度建筑群的風環境模擬問題，在此基礎上進一步分析建筑開口設計與室內風場分布之間的相關性等。

孟慶林教授作會議報告

面對著重重困難，孟慶林和他的團隊都沒有氣餒。

他們依托亞熱帶建筑科學國家重點實驗室研究平臺，聯合中國建筑西南設計研究院有限公司、江蘇省建筑科學研究院有限公司、廣東省建筑節能協會幾家單位，在國家自然科學基金重點項目等12項課題的資助下，圍繞亞熱帶地區建筑圍護結構蒸發、遮陽、防潮、通風節能設計的基礎理論、實驗方法和工程應用研究，開展了長達12年的系統研究，最終形成了建筑圍護結構防熱節能設計關鍵技術和應用的創新成果。

◇創新技術理論，指導建筑節能

孟慶林和團隊通過研究建筑外表面貼附水膜的隔熱機理，建立了蓄水、流動水膜和不流動水膜三種情況蒸發冷卻傳熱過程數學模型；揭示了圍護結構周期性熱濕氣候邊界條件下含水多孔材料的熱濕耦合遷移規律；并確定了建筑圍護結構被動蒸發冷卻效果的綜合評價指標——附加熱阻。

他們定義了建筑“外窗綜合遮陽系數”并提出計算方法。他將窗口外遮陽構造、外窗構造和玻璃配置的綜合遮陽性能進行了量化評價，并建立關系式：遮陽系數SW=建筑外遮陽系數SD×玻璃遮蔽系數Se×窗透光面積占比η。并以此關系式指導設計節能建筑。經廣東省建設廳鑒定：《現代建筑遮陽設計方法研究》總體達到國際先進水平，其中復雜遮陽設計計算研究處于國際領先。

他們研發出了建筑節能門窗用斷橋鋁塑共擠型材，保證了窗框架的保溫性能（K<1.5）、耐火性能和強度；開發了一種玻璃用透明隔熱涂料，及涂料涂膜技術，可阻隔太陽輻射光譜中1000nm附近能量的80%，使單片6mm厚涂膜玻璃的遮蔽系數Se從0.89降到0.6以下，可見光透射比保持在60%以上，遮陽性能優于處于國際領先水平的日本產品。相關成果在國內大型工程中應用，并形成了國家行業標準《建筑門窗用鋁塑共擠型材》JG/T437和《玻璃膜應用技術規程》。

他們提出了房間自然通風外窗開啟設計方法，“窗開啟面積比”確定為進行自然通風的必要條件。采用流體力學定量模擬居住建筑典型房間的通風效果，獲得了不同“窗開啟面積比”對應的“房間主流區最大風速”及“通風換氣次數”的關系，截至2010年共指導設計節能建筑約2.9億m2。

◇創新實驗方法，助力標準建設

建筑“長”在環境中，研究建筑，必須放在特定的氣候環境中。城市熱環境的優劣，影響著局地環境的舒適、安全及建筑能耗。

以建筑蒸發降溫研究為例，這是一種非常有效的被動式建筑節能技術，但采用何種材料才能得到最佳效果，則是一項需要反復研究測試的難題。孟慶林介紹，要了解最真實的材料蒸發降溫過程，自然是在真實的室外環境實測最佳，但室外實測受自然條件限制較大，要復現實驗結果非常困難。

那么，能不能建立一個與真實室外環境無限接近的實驗環境，以便更好地開展實驗研究？

基于此，孟慶林帶領團隊采用多參數耦合控制技術，創建了我國首個可重現的動態熱濕氣候風洞實驗室，并建立了建筑多孔材料蒸發實驗模型。采用熱濕氣候風洞實驗方法，他們復現了濕熱地區夏季典型日的氣象環境，從而獲得了種植屋面的附加熱阻值，解決了多孔建筑材料的動態熱濕傳遞規律及關鍵熱物性參數的工程檢測方法，并通過了CMA認證。經廣東省科學技術廳鑒定：“動態熱濕氣候風洞實驗技術”研究成果總體達到國際領先水平。

同時，他們還研究開發了我國首個城市熱環境低空遙感系統——飛艇巡航低空遙感地面溫度測試系統，并設計了相關裝置，建立了由飛艇牽引裝置、可見和熱像拍攝設備、遙控系統、數據通信系統和數據處理系統構成的地表溫度低空巡航遙感系統，為大型工程規劃建設提供了科學依據。

而要推動這些技術與方法的普及，尤其是在偌大的中國，并非易事。建筑行業，是行業準入制度控制下的行業，新的節能技術要推廣，必須走標準化的道路。只有依托行業標準來推動技術實施，才能使其發揮更大的社會效益，正所謂“得標準者得天下”。

孟慶林深深懂得這其中的道理，因此他非常重視新技術與方法的標準化之路。

到如今，根據孟慶林的研究成果形成的《城市居住區熱環境設計標準》（JGJ286-2013），是我國首部應用于城市居住區熱環境設計的國家行業標準，其他多項成果被國家行業標準《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》（JGJ 75）及多省居住建筑節能設計標準采用。

此外，他根據太陽反射比檢測原理，首次提出采用光導纖維分光光譜法測定熱反射隔熱涂料的節能性能，并通過設計定位片，有效解決了測試光路系統漏光和測點定位的技術難點，解決了反射隔熱涂料的太陽光反射比在工程現場檢測的難題。該成果形成了國家行業標準《建筑反射隔熱涂料節能檢測標準》JGJ/T287。

在室內熱環境測試方法領域，他提出了異形房間測點定位方法，并研究確定室內熱環境測試傳感器布置位置和數量。經過努力，該成果最終形成了國家建設部行業標準《建筑熱環境測試方法標準》JGJ/ T347。

…………

◇創新技術應用，推動工程實踐

無論理論研究，還是實驗系統，其最終目的都是為了應用于工程實踐，為了將理論數值變成實實在在的節能效率。多年來，孟慶林積極推動建筑防熱節能設計理論與工程實踐相結合，由其主持自主研發的多項創新成果，如反射隔熱墻面、模塊化佛甲草綠化屋頂、太陽能光電驅動百葉遮陽、第三代鋁塑共擠節能門窗、可變遮陽系數的內置百葉中空玻璃、單片涂膜遮陽玻璃，以及開窗+吊扇+空調三者尋優控制技術（即三聯控技術）等，都已在多個工程實踐中得以應用。

2003年以來，孟慶林帶領團隊指導我國夏熱冬暖地區新建民用建筑節能工程約3億平方米，配合建筑師完成了包括泰州民俗文化展示中心、亞熱帶建筑節能實驗樓、廣州白云國際機場航站樓、三亞鳳凰國際機場航站樓、廣州亞運工程、廣州大學城、中新廣州知識城在內的20余項重大工程的建筑節能優化設計，節能效率達60%以上，取得了顯著的社會效益和經濟效益。

其中，由孟慶林團隊設計建設的亞熱帶建筑低能耗實驗樓，能耗指標僅為同類建筑物的四分之一，夏季室內空調可節約電耗40%，節能效果顯著。

2014年10月16日，建筑節能“節約之星”由中國經濟網發布，華南理工大學建筑節能研究中心榜上有名。其所憑借的，正是多年來所積累的多項創新科研成果及其成功應用。

自1999年中心成立以來，先后承擔了國家級、省部級科研項目30余項，研究成果獲廣東省科技進步一等獎等省部級獎勵13項、國際獎勵2項，授權和受理申請專利13項，4項科研成果經鑒定達到了國際領先水平。而孟慶林，也因貢獻突出，被中國建筑業協會授予“全國建筑節能技術創新先進個人”榮譽稱號。

近年，孟慶林還兼任了廣東省建筑節能協會理事長、國家建筑幕墻門窗標準化委員會委員、國家住房和城鄉建設部建筑構配件專家委員會委員等職務。建筑節能是一項利國利民的綜合性事業，更是一項任重道遠的艱辛旅程。孟慶林正以不同身份，從不同角度為我國建筑節能事業的推進貢獻最大的力量。