孟庆林：以科技创新成就建筑节能

文/高妍　毛艳玲



孟庆林：以科技创新成就建筑节能

文/高妍毛艳玲

孟庆林教授

你可知道，一扇窗开多大才能以最小的能量损耗得到最佳的通风效果？

你可了解，选择怎样的玻璃，才能既做到遮阳隔热，又保证足够的光线照明？

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没错，这些生活中的小细节，都蕴含着科学，它们都是现代建筑节能中不可忽视的部分。华南理工大学建筑节能研究中心主任孟庆林教授就是深谙建筑节能秘密的高手。

孟庆林多年致力于亚热带建筑热环境与节能研究，他敢于创新，取得了多个首创性的研究成果并应用于工程实践，获得了显著的社会效益和经济效益。他创建了“亚热带建筑热环境与节能”学科方向和南方建筑节能研究机构，制定了首部应用于城市居住区热环境设计的国家行业标准，开发了首个城市热环境低空遥感系统，研制出首个动态热湿气候风洞实验台。他获发明专利6项，发表论文127篇，出版专著和编著4部，主持编制国家行业和地方标准及标准设计图集17部，培养博士和硕士研究生73名，为我国南方地区建筑节能的学科建设、科技进步、标准完善与人才培养作出了突出贡献。

立足前沿，投身南方建筑节能

孟庆林，生于吉林海龙，是一个地地道道的北方人，却在机缘巧合之下扎根岭南，专注于亚热带建筑的节能技术研究与应用，并以多项创新成果立足业内。

孟庆林1985年毕业于吉林建筑工程学院供热通风专业，后南下求学于我国著名的建筑老八校之一——重庆建筑大学，先后获得建筑技术科学专业硕士、博士学位。1995年7月，孟庆林转投同为建筑老八校之一的华南理工大学建筑学院，并扎根于此，历任副教授、教授。

华南理工大学的亚热带建筑研究起步于上世纪初，百年发展中，对华南地区的建筑教育、建筑设计实践及岭南建筑风格的形成作出了巨大贡献。该校的亚热带建筑科学国家重点实验室，是全国高等学校建筑领域中唯一的国家重点实验室；华南理工大学建筑节能研究中心则是亚热带建筑科学国家重点实验室的重要组成单位，也是我国高校系统首个通过国家计量认证的建筑节能检测机构。

现在，孟庆林承担着华南理工大学亚热带国家重点实验室副主任、建筑学院副院长、建筑节能研究中心主任等职务。

孟庆林将专业方向锁定在亚热带建筑的热环境与节能技术研究上，是从硕士阶段开始的。

在当时的中国，建筑节能仍是一个相对冷门的研究领域，并未受到重视。但一直以来，建筑是个“能耗大户”却是不争的事实，特别是进入新世纪以来建筑行业飞速发展，所带来的能耗额更是快速上涨。

有数据显示，我国建筑能耗占社会总能耗比例已超过30%，且呈现逐年上升的趋势。而由于受到高温高湿气候的影响，以及人们生活水平提高等刚性需求的扩大，使得亚热带地区民用建筑能耗增长迅速，已经占到全国民用建筑能耗总量的54%。

随着全世界节能减排战略的实施及人们绿色环保意识的提高，建筑节能已逐渐成为社会共识，建筑节能技术的研究与进步也已经成为热门及前沿研究领域。

孟庆林介绍，建筑节能技术的发展与应用，是一项具有显著地域性的工作，与当地的气候等密切相关。也就是说，北方的节能技术和创新成果，并不都适合南方，同样的道理，发达国家的先进技术也会因地域、气候的差异，难以在我国产生良好的效果。“这就决定了南方的建筑节能，必须走自主创新的道路。”

孟庆林专注建筑节能研究二十余年，正是在不断探索适合南方气候和地域特征的新的建筑节能技术与方法。他认为，“解决南方建筑节能问题的根本途径，是坚持和发展围护结构防热为主的技术路线”。

所谓围护结构，是指建筑及房间各面的围挡物，如门、窗、墙等，能够有效地抵御不利环境的影响。众所周知，南方地区夏热冬冷、温高湿重、辐射强烈，因此，近百年来我国南方地区一直运用遮阳、通风、隔热等传统防热技术解决建筑环境过热问题。

但随着空调设备的普及，原本用以防止室内过热为目的的围护结构传统防热技术体系不再适用，必须立足新情况，提出新理论、新技术与新方法。

浸淫行业多年，孟庆林非常清楚自身所面临的挑战，“在我国，不计成本和代价地实现少数建筑物的节能并不难，而让我国数以千亿计的建筑物乃至整个建筑业都节能，面临的困难很多，我们意识到，在今后的一个相当长的历史时期里，探索适合国情的建筑节能新技术、新方法、新材料，对于落实国家建筑节能政策至关重要。”

孟庆林是这样想的，也是这样做的。多年来，他将研究重点放在围护结构上，依托亚热带建筑科学国家重点实验室和建筑节能研究中心，围绕最为经典的遮阳、隔热、通风三点深入开展研究，已经取得了丰硕的研究成果，社会效益显著。

锐意创新，结累累硕果

2001年，我国正式启动亚热带地区建筑节能。但在当时，在亚热带建筑围护结构的热工设计理论和技术领域，仍面临着若干关键问题亟待解决。

孟庆林介绍，问题涉及多个方面，比如在围护结构蒸发降温基础理论和应用技术方面，迫切需要建立标准的实验气候分析方法，以确定建筑节能设计中的热工参数；在建筑遮阳节能技术基础理论与构造设计方面，需要建立基于建筑能耗的遮阳性能参数模型，提出建筑门窗玻璃的自身遮阳关键技术方法；在围护结构防潮理论和构造设计方面，需要研究围护结构热湿双向传递机理和构造设计方法，确定围护结构多孔材料的工程设计参数；在围护结构自然通风节能原理与设计方面，需要解决大尺度建筑群的风环境模拟问题，在此基础上进一步分析建筑开口设计与室内风场分布之间的相关性等。

孟庆林教授作会议报告

面对着重重困难，孟庆林和他的团队都没有气馁。

他们依托亚热带建筑科学国家重点实验室研究平台，联合中国建筑西南设计研究院有限公司、江苏省建筑科学研究院有限公司、广东省建筑节能协会几家单位，在国家自然科学基金重点项目等12项课题的资助下，围绕亚热带地区建筑围护结构蒸发、遮阳、防潮、通风节能设计的基础理论、实验方法和工程应用研究，开展了长达12年的系统研究，最终形成了建筑围护结构防热节能设计关键技术和应用的创新成果。

◇创新技术理论，指导建筑节能

孟庆林和团队通过研究建筑外表面贴附水膜的隔热机理，建立了蓄水、流动水膜和不流动水膜三种情况蒸发冷却传热过程数学模型；揭示了围护结构周期性热湿气候边界条件下含水多孔材料的热湿耦合迁移规律；并确定了建筑围护结构被动蒸发冷却效果的综合评价指标——附加热阻。

他们定义了建筑“外窗综合遮阳系数”并提出计算方法。他将窗口外遮阳构造、外窗构造和玻璃配置的综合遮阳性能进行了量化评价，并建立关系式：遮阳系数SW=建筑外遮阳系数SD×玻璃遮蔽系数Se×窗透光面积占比η。并以此关系式指导设计节能建筑。经广东省建设厅鉴定：《现代建筑遮阳设计方法研究》总体达到国际先进水平，其中复杂遮阳设计计算研究处于国际领先。

他们研发出了建筑节能门窗用断桥铝塑共挤型材，保证了窗框架的保温性能（K<1.5）、耐火性能和强度；开发了一种玻璃用透明隔热涂料，及涂料涂膜技术，可阻隔太阳辐射光谱中1000nm附近能量的80%，使单片6mm厚涂膜玻璃的遮蔽系数Se从0.89降到0.6以下，可见光透射比保持在60%以上，遮阳性能优于处于国际领先水平的日本产品。相关成果在国内大型工程中应用，并形成了国家行业标准《建筑门窗用铝塑共挤型材》JG/T437和《玻璃膜应用技术规程》。

他们提出了房间自然通风外窗开启设计方法，“窗开启面积比”确定为进行自然通风的必要条件。采用流体力学定量模拟居住建筑典型房间的通风效果，获得了不同“窗开启面积比”对应的“房间主流区最大风速”及“通风换气次数”的关系，截至2010年共指导设计节能建筑约2.9亿m2。

◇创新实验方法，助力标准建设

建筑“长”在环境中，研究建筑，必须放在特定的气候环境中。城市热环境的优劣，影响着局地环境的舒适、安全及建筑能耗。

以建筑蒸发降温研究为例，这是一种非常有效的被动式建筑节能技术，但采用何种材料才能得到最佳效果，则是一项需要反复研究测试的难题。孟庆林介绍，要了解最真实的材料蒸发降温过程，自然是在真实的室外环境实测最佳，但室外实测受自然条件限制较大，要复现实验结果非常困难。

那么，能不能建立一个与真实室外环境无限接近的实验环境，以便更好地开展实验研究？

基于此，孟庆林带领团队采用多参数耦合控制技术，创建了我国首个可重现的动态热湿气候风洞实验室，并建立了建筑多孔材料蒸发实验模型。采用热湿气候风洞实验方法，他们复现了湿热地区夏季典型日的气象环境，从而获得了种植屋面的附加热阻值，解决了多孔建筑材料的动态热湿传递规律及关键热物性参数的工程检测方法，并通过了CMA认证。经广东省科学技术厅鉴定：“动态热湿气候风洞实验技术”研究成果总体达到国际领先水平。

同时，他们还研究开发了我国首个城市热环境低空遥感系统——飞艇巡航低空遥感地面温度测试系统，并设计了相关装置，建立了由飞艇牵引装置、可见和热像拍摄设备、遥控系统、数据通信系统和数据处理系统构成的地表温度低空巡航遥感系统，为大型工程规划建设提供了科学依据。

而要推动这些技术与方法的普及，尤其是在偌大的中国，并非易事。建筑行业，是行业准入制度控制下的行业，新的节能技术要推广，必须走标准化的道路。只有依托行业标准来推动技术实施，才能使其发挥更大的社会效益，正所谓“得标准者得天下”。

孟庆林深深懂得这其中的道理，因此他非常重视新技术与方法的标准化之路。

到如今，根据孟庆林的研究成果形成的《城市居住区热环境设计标准》（JGJ286-2013），是我国首部应用于城市居住区热环境设计的国家行业标准，其他多项成果被国家行业标准《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 75）及多省居住建筑节能设计标准采用。

此外，他根据太阳反射比检测原理，首次提出采用光导纤维分光光谱法测定热反射隔热涂料的节能性能，并通过设计定位片，有效解决了测试光路系统漏光和测点定位的技术难点，解决了反射隔热涂料的太阳光反射比在工程现场检测的难题。该成果形成了国家行业标准《建筑反射隔热涂料节能检测标准》JGJ/T287。

在室内热环境测试方法领域，他提出了异形房间测点定位方法，并研究确定室内热环境测试传感器布置位置和数量。经过努力，该成果最终形成了国家建设部行业标准《建筑热环境测试方法标准》JGJ/ T347。

…………

◇创新技术应用，推动工程实践

无论理论研究，还是实验系统，其最终目的都是为了应用于工程实践，为了将理论数值变成实实在在的节能效率。多年来，孟庆林积极推动建筑防热节能设计理论与工程实践相结合，由其主持自主研发的多项创新成果，如反射隔热墙面、模块化佛甲草绿化屋顶、太阳能光电驱动百叶遮阳、第三代铝塑共挤节能门窗、可变遮阳系数的内置百叶中空玻璃、单片涂膜遮阳玻璃，以及开窗+吊扇+空调三者寻优控制技术（即三联控技术）等，都已在多个工程实践中得以应用。

2003年以来，孟庆林带领团队指导我国夏热冬暖地区新建民用建筑节能工程约3亿平方米，配合建筑师完成了包括泰州民俗文化展示中心、亚热带建筑节能实验楼、广州白云国际机场航站楼、三亚凤凰国际机场航站楼、广州亚运工程、广州大学城、中新广州知识城在内的20余项重大工程的建筑节能优化设计，节能效率达60%以上，取得了显著的社会效益和经济效益。

其中，由孟庆林团队设计建设的亚热带建筑低能耗实验楼，能耗指标仅为同类建筑物的四分之一，夏季室内空调可节约电耗40%，节能效果显著。

2014年10月16日，建筑节能“节约之星”由中国经济网发布，华南理工大学建筑节能研究中心榜上有名。其所凭借的，正是多年来所积累的多项创新科研成果及其成功应用。

自1999年中心成立以来，先后承担了国家级、省部级科研项目30余项，研究成果获广东省科技进步一等奖等省部级奖励13项、国际奖励2项，授权和受理申请专利13项，4项科研成果经鉴定达到了国际领先水平。而孟庆林，也因贡献突出，被中国建筑业协会授予“全国建筑节能技术创新先进个人”荣誉称号。

近年，孟庆林还兼任了广东省建筑节能协会理事长、国家建筑幕墙门窗标准化委员会委员、国家住房和城乡建设部建筑构配件专家委员会委员等职务。建筑节能是一项利国利民的综合性事业，更是一项任重道远的艰辛旅程。孟庆林正以不同身份，从不同角度为我国建筑节能事业的推进贡献最大的力量。