孟慶林：以科技創(chuàng)新成就建筑節(jié)能

文/高妍　毛艷玲

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孟慶林：以科技創(chuàng)新成就建筑節(jié)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(fēng)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(cuò)，這些生活中的小細(xì)節(jié)，都蘊(yùn)含著科學(xué)，它們都是現(xiàn)代建筑節(jié)能中不可忽視的部分。華南理工大學(xué)建筑節(jié)能研究中心主任孟慶林教授就是深諳建筑節(jié)能秘密的高手。

孟慶林多年致力于亞熱帶建筑熱環(huán)境與節(jié)能研究，他敢于創(chuàng)新，取得了多個(gè)首創(chuàng)性的研究成果并應(yīng)用于工程實(shí)踐，獲得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。他創(chuàng)建了“亞熱帶建筑熱環(huán)境與節(jié)能”學(xué)科方向和南方建筑節(jié)能研究機(jī)構(gòu)，制定了首部應(yīng)用于城市居住區(qū)熱環(huán)境設(shè)計(jì)的國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)了首個(gè)城市熱環(huán)境低空遙感系統(tǒng)，研制出首個(gè)動(dòng)態(tài)熱濕氣候風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)臺(tái)。他獲發(fā)明專利6項(xiàng)，發(fā)表論文127篇，出版專著和編著4部，主持編制國家行業(yè)和地方標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集17部，培養(yǎng)博士和碩士研究生73名，為我國南方地區(qū)建筑節(jié)能的學(xué)科建設(shè)、科技進(jìn)步、標(biāo)準(zhǔn)完善與人才培養(yǎng)作出了突出貢獻(xiàn)。

立足前沿，投身南方建筑節(jié)能

孟慶林，生于吉林海龍，是一個(gè)地地道道的北方人，卻在機(jī)緣巧合之下扎根嶺南，專注于亞熱帶建筑的節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用，并以多項(xiàng)創(chuàng)新成果立足業(yè)內(nèi)。

孟慶林1985年畢業(yè)于吉林建筑工程學(xué)院供熱通風(fēng)專業(yè)，后南下求學(xué)于我國著名的建筑老八校之一——重慶建筑大學(xué)，先后獲得建筑技術(shù)科學(xué)專業(yè)碩士、博士學(xué)位。1995年7月，孟慶林轉(zhuǎn)投同為建筑老八校之一的華南理工大學(xué)建筑學(xué)院，并扎根于此，歷任副教授、教授。

華南理工大學(xué)的亞熱帶建筑研究起步于上世紀(jì)初，百年發(fā)展中，對(duì)華南地區(qū)的建筑教育、建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐及嶺南建筑風(fēng)格的形成作出了巨大貢獻(xiàn)。該校的亞熱帶建筑科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，是全國高等學(xué)校建筑領(lǐng)域中唯一的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；華南理工大學(xué)建筑節(jié)能研究中心則是亞熱帶建筑科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的重要組成單位，也是我國高校系統(tǒng)首個(gè)通過國家計(jì)量認(rèn)證的建筑節(jié)能檢測機(jī)構(gòu)。

現(xiàn)在，孟慶林承擔(dān)著華南理工大學(xué)亞熱帶國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、建筑學(xué)院副院長、建筑節(jié)能研究中心主任等職務(wù)。

孟慶林將專業(yè)方向鎖定在亞熱帶建筑的熱環(huán)境與節(jié)能技術(shù)研究上，是從碩士階段開始的。

在當(dāng)時(shí)的中國，建筑節(jié)能仍是一個(gè)相對(duì)冷門的研究領(lǐng)域，并未受到重視。但一直以來，建筑是個(gè)“能耗大戶”卻是不爭的事實(shí)，特別是進(jìn)入新世紀(jì)以來建筑行業(yè)飛速發(fā)展，所帶來的能耗額更是快速上漲。

有數(shù)據(jù)顯示，我國建筑能耗占社會(huì)總能耗比例已超過30%，且呈現(xiàn)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(kuò)大，使得亞熱帶地區(qū)民用建筑能耗增長迅速，已經(jīng)占到全國民用建筑能耗總量的54%。

隨著全世界節(jié)能減排戰(zhàn)略的實(shí)施及人們綠色環(huán)保意識(shí)的提高，建筑節(jié)能已逐漸成為社會(huì)共識(shí)，建筑節(jié)能技術(shù)的研究與進(jìn)步也已經(jīng)成為熱門及前沿研究領(lǐng)域。

孟慶林介紹，建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，是一項(xiàng)具有顯著地域性的工作，與當(dāng)?shù)氐臍夂虻让芮邢嚓P(guān)。也就是說，北方的節(jié)能技術(shù)和創(chuàng)新成果，并不都適合南方，同樣的道理，發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)技術(shù)也會(huì)因地域、氣候的差異，難以在我國產(chǎn)生良好的效果?！斑@就決定了南方的建筑節(jié)能，必須走自主創(chuàng)新的道路。”

孟慶林專注建筑節(jié)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(jié)能技術(shù)與方法。他認(rèn)為，“解決南方建筑節(jié)能問題的根本途徑，是堅(jiān)持和發(fā)展圍護(hù)結(jié)構(gòu)防熱為主的技術(shù)路線”。

所謂圍護(hù)結(jié)構(gòu)，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(huán)境的影響。眾所周知，南方地區(qū)夏熱冬冷、溫高濕重、輻射強(qiáng)烈，因此，近百年來我國南方地區(qū)一直運(yùn)用遮陽、通風(fēng)、隔熱等傳統(tǒng)防熱技術(shù)解決建筑環(huán)境過熱問題。

但隨著空調(diào)設(shè)備的普及，原本用以防止室內(nèi)過熱為目的的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)防熱技術(shù)體系不再適用，必須立足新情況，提出新理論、新技術(shù)與新方法。

浸淫行業(yè)多年，孟慶林非常清楚自身所面臨的挑戰(zhàn)，“在我國，不計(jì)成本和代價(jià)地實(shí)現(xiàn)少數(shù)建筑物的節(jié)能并不難，而讓我國數(shù)以千億計(jì)的建筑物乃至整個(gè)建筑業(yè)都節(jié)能，面臨的困難很多，我們意識(shí)到，在今后的一個(gè)相當(dāng)長的歷史時(shí)期里，探索適合國情的建筑節(jié)能新技術(shù)、新方法、新材料，對(duì)于落實(shí)國家建筑節(jié)能政策至關(guān)重要?！?/p>

孟慶林是這樣想的，也是這樣做的。多年來，他將研究重點(diǎn)放在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，依托亞熱帶建筑科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和建筑節(jié)能研究中心，圍繞最為經(jīng)典的遮陽、隔熱、通風(fēng)三點(diǎn)深入開展研究，已經(jīng)取得了豐碩的研究成果，社會(huì)效益顯著。

銳意創(chuàng)新，結(jié)累累碩果

2001年，我國正式啟動(dòng)亞熱帶地區(qū)建筑節(jié)能。但在當(dāng)時(shí)，在亞熱帶建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工設(shè)計(jì)理論和技術(shù)領(lǐng)域，仍面臨著若干關(guān)鍵問題亟待解決。

孟慶林介紹，問題涉及多個(gè)方面，比如在圍護(hù)結(jié)構(gòu)蒸發(fā)降溫基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)方面，迫切需要建立標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)氣候分析方法，以確定建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的熱工參數(shù)；在建筑遮陽節(jié)能技術(shù)基礎(chǔ)理論與構(gòu)造設(shè)計(jì)方面，需要建立基于建筑能耗的遮陽性能參數(shù)模型，提出建筑門窗玻璃的自身遮陽關(guān)鍵技術(shù)方法；在圍護(hù)結(jié)構(gòu)防潮理論和構(gòu)造設(shè)計(jì)方面，需要研究圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱濕雙向傳遞機(jī)理和構(gòu)造設(shè)計(jì)方法，確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)多孔材料的工程設(shè)計(jì)參數(shù)；在圍護(hù)結(jié)構(gòu)自然通風(fēng)節(jié)能原理與設(shè)計(jì)方面，需要解決大尺度建筑群的風(fēng)環(huán)境模擬問題，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析建筑開口設(shè)計(jì)與室內(nèi)風(fēng)場分布之間的相關(guān)性等。

孟慶林教授作會(huì)議報(bào)告

面對(duì)著重重困難，孟慶林和他的團(tuán)隊(duì)都沒有氣餒。

他們依托亞熱帶建筑科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究平臺(tái)，聯(lián)合中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司、江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司、廣東省建筑節(jié)能協(xié)會(huì)幾家單位，在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等12項(xiàng)課題的資助下，圍繞亞熱帶地區(qū)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)蒸發(fā)、遮陽、防潮、通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)方法和工程應(yīng)用研究，開展了長達(dá)12年的系統(tǒng)研究，最終形成了建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)防熱節(jié)能設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用的創(chuàng)新成果。

◇創(chuàng)新技術(shù)理論，指導(dǎo)建筑節(jié)能

孟慶林和團(tuán)隊(duì)通過研究建筑外表面貼附水膜的隔熱機(jī)理，建立了蓄水、流動(dòng)水膜和不流動(dòng)水膜三種情況蒸發(fā)冷卻傳熱過程數(shù)學(xué)模型；揭示了圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(guī)律；并確定了建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)被動(dòng)蒸發(fā)冷卻效果的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)——附加熱阻。

他們定義了建筑“外窗綜合遮陽系數(shù)”并提出計(jì)算方法。他將窗口外遮陽構(gòu)造、外窗構(gòu)造和玻璃配置的綜合遮陽性能進(jìn)行了量化評(píng)價(jià)，并建立關(guān)系式：遮陽系數(shù)SW=建筑外遮陽系數(shù)SD×玻璃遮蔽系數(shù)Se×窗透光面積占比η。并以此關(guān)系式指導(dǎo)設(shè)計(jì)節(jié)能建筑。經(jīng)廣東省建設(shè)廳鑒定：《現(xiàn)代建筑遮陽設(shè)計(jì)方法研究》總體達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中復(fù)雜遮陽設(shè)計(jì)計(jì)算研究處于國際領(lǐng)先。

他們研發(fā)出了建筑節(jié)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(qiáng)度；開發(fā)了一種玻璃用透明隔熱涂料，及涂料涂膜技術(shù)，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(shù)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(yōu)于處于國際領(lǐng)先水平的日本產(chǎn)品。相關(guān)成果在國內(nèi)大型工程中應(yīng)用，并形成了國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑門窗用鋁塑共擠型材》JG/T437和《玻璃膜應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》。

他們提出了房間自然通風(fēng)外窗開啟設(shè)計(jì)方法，“窗開啟面積比”確定為進(jìn)行自然通風(fēng)的必要條件。采用流體力學(xué)定量模擬居住建筑典型房間的通風(fēng)效果，獲得了不同“窗開啟面積比”對(duì)應(yīng)的“房間主流區(qū)最大風(fēng)速”及“通風(fēng)換氣次數(shù)”的關(guān)系，截至2010年共指導(dǎo)設(shè)計(jì)節(jié)能建筑約2.9億m2。

◇創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法，助力標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

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

以建筑蒸發(fā)降溫研究為例，這是一種非常有效的被動(dòng)式建筑節(jié)能技術(shù)，但采用何種材料才能得到最佳效果，則是一項(xiàng)需要反復(fù)研究測試的難題。孟慶林介紹，要了解最真實(shí)的材料蒸發(fā)降溫過程，自然是在真實(shí)的室外環(huán)境實(shí)測最佳，但室外實(shí)測受自然條件限制較大，要復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常困難。

那么，能不能建立一個(gè)與真實(shí)室外環(huán)境無限接近的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，以便更好地開展實(shí)驗(yàn)研究？

基于此，孟慶林帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)采用多參數(shù)耦合控制技術(shù)，創(chuàng)建了我國首個(gè)可重現(xiàn)的動(dòng)態(tài)熱濕氣候風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，并建立了建筑多孔材料蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀２捎脽釢駳夂蝻L(fēng)洞實(shí)驗(yàn)方法，他們復(fù)現(xiàn)了濕熱地區(qū)夏季典型日的氣象環(huán)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(dòng)態(tài)熱濕傳遞規(guī)律及關(guān)鍵熱物性參數(shù)的工程檢測方法，并通過了CMA認(rèn)證。經(jīng)廣東省科學(xué)技術(shù)廳鑒定：“動(dòng)態(tài)熱濕氣候風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)”研究成果總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

同時(shí)，他們還研究開發(fā)了我國首個(gè)城市熱環(huán)境低空遙感系統(tǒng)——飛艇巡航低空遙感地面溫度測試系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了相關(guān)裝置，建立了由飛艇牽引裝置、可見和熱像拍攝設(shè)備、遙控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成的地表溫度低空巡航遙感系統(tǒng)，為大型工程規(guī)劃建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)。

而要推動(dòng)這些技術(shù)與方法的普及，尤其是在偌大的中國，并非易事。建筑行業(yè)，是行業(yè)準(zhǔn)入制度控制下的行業(yè)，新的節(jié)能技術(shù)要推廣，必須走標(biāo)準(zhǔn)化的道路。只有依托行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來推動(dòng)技術(shù)實(shí)施，才能使其發(fā)揮更大的社會(huì)效益，正所謂“得標(biāo)準(zhǔn)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(shù)與方法的標(biāo)準(zhǔn)化之路。

到如今，根據(jù)孟慶林的研究成果形成的《城市居住區(qū)熱環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ286-2013），是我國首部應(yīng)用于城市居住區(qū)熱環(huán)境設(shè)計(jì)的國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其他多項(xiàng)成果被國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 75）及多省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用。

此外，他根據(jù)太陽反射比檢測原理，首次提出采用光導(dǎo)纖維分光光譜法測定熱反射隔熱涂料的節(jié)能性能，并通過設(shè)計(jì)定位片，有效解決了測試光路系統(tǒng)漏光和測點(diǎn)定位的技術(shù)難點(diǎn)，解決了反射隔熱涂料的太陽光反射比在工程現(xiàn)場檢測的難題。該成果形成了國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑反射隔熱涂料節(jié)能檢測標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T287。

在室內(nèi)熱環(huán)境測試方法領(lǐng)域，他提出了異形房間測點(diǎn)定位方法，并研究確定室內(nèi)熱環(huán)境測試傳感器布置位置和數(shù)量。經(jīng)過努力，該成果最終形成了國家建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑熱環(huán)境測試方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/ T347。

…………

◇創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，推動(dòng)工程實(shí)踐

無論理論研究，還是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其最終目的都是為了應(yīng)用于工程實(shí)踐，為了將理論數(shù)值變成實(shí)實(shí)在在的節(jié)能效率。多年來，孟慶林積極推動(dòng)建筑防熱節(jié)能設(shè)計(jì)理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，由其主持自主研發(fā)的多項(xiàng)創(chuàng)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(qū)動(dòng)百葉遮陽、第三代鋁塑共擠節(jié)能門窗、可變遮陽系數(shù)的內(nèi)置百葉中空玻璃、單片涂膜遮陽玻璃，以及開窗+吊扇+空調(diào)三者尋優(yōu)控制技術(shù)（即三聯(lián)控技術(shù)）等，都已在多個(gè)工程實(shí)踐中得以應(yīng)用。

2003年以來，孟慶林帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)我國夏熱冬暖地區(qū)新建民用建筑節(jié)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(jié)能實(shí)驗(yàn)樓、廣州白云國際機(jī)場航站樓、三亞鳳凰國際機(jī)場航站樓、廣州亞運(yùn)工程、廣州大學(xué)城、中新廣州知識(shí)城在內(nèi)的20余項(xiàng)重大工程的建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)能效率達(dá)60%以上，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

其中，由孟慶林團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)建設(shè)的亞熱帶建筑低能耗實(shí)驗(yàn)樓，能耗指標(biāo)僅為同類建筑物的四分之一，夏季室內(nèi)空調(diào)可節(jié)約電耗40%，節(jié)能效果顯著。

2014年10月16日，建筑節(jié)能“節(jié)約之星”由中國經(jīng)濟(jì)網(wǎng)發(fā)布，華南理工大學(xué)建筑節(jié)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(xiàng)創(chuàng)新科研成果及其成功應(yīng)用。

自1999年中心成立以來，先后承擔(dān)了國家級(jí)、省部級(jí)科研項(xiàng)目30余項(xiàng)，研究成果獲廣東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)等省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)13項(xiàng)、國際獎(jiǎng)勵(lì)2項(xiàng)，授權(quán)和受理申請(qǐng)專利13項(xiàng)，4項(xiàng)科研成果經(jīng)鑒定達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。而孟慶林，也因貢獻(xiàn)突出，被中國建筑業(yè)協(xié)會(huì)授予“全國建筑節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新先進(jìn)個(gè)人”榮譽(yù)稱號(hào)。

近年，孟慶林還兼任了廣東省建筑節(jié)能協(xié)會(huì)理事長、國家建筑幕墻門窗標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)委員、國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑構(gòu)配件專家委員會(huì)委員等職務(wù)。建筑節(jié)能是一項(xiàng)利國利民的綜合性事業(yè)，更是一項(xiàng)任重道遠(yuǎn)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(jié)能事業(yè)的推進(jìn)貢獻(xiàn)最大的力量。