體育場(chǎng)館的建筑節(jié)能

雷 慧（西北民族大學(xué)體育學(xué)院，甘肅 蘭州 730124）

1 前言

建筑節(jié)能是指在建筑物的設(shè)計(jì)、建造和使用過(guò)程中，執(zhí)行建筑節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)和政策，采用新型建筑材料和建筑節(jié)能新技術(shù)、新工藝等提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能、氣密性能和建筑物用能系統(tǒng)效率，在保證建筑物室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的前提下，減少供熱采暖、照明、空調(diào)系統(tǒng)、熱水供應(yīng)的能耗。

近年來(lái)，我國(guó)建筑節(jié)能的重點(diǎn)是民用建筑，公共建筑節(jié)能工作起步較晚，面臨著巨大的挑戰(zhàn)。公共建筑節(jié)電潛力每年約為2100億kW·h/a(約0.68億噸標(biāo)準(zhǔn)煤)。體育場(chǎng)館作為大型公共建筑，在節(jié)能方面需要引起全社會(huì)高度重視。大部分體育場(chǎng)館建筑節(jié)能效率低,新能源、節(jié)能新技術(shù)、新產(chǎn)品推廣應(yīng)用沒(méi)有被提上議事日程，節(jié)能意識(shí)比較淡薄。

2 體育場(chǎng)館實(shí)施建筑節(jié)能的技術(shù)措施

2.1 規(guī)劃與設(shè)計(jì)

按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2005的設(shè)計(jì)原則和要求，體育場(chǎng)館在建筑規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)考慮氣候條件的影響，在北方地區(qū)，考慮的重點(diǎn)是保溫，冬季日照。南方考慮的重點(diǎn)則是建筑通風(fēng)和遮陽(yáng)問(wèn)題。建筑周邊綠化的合理布置也能起到建筑節(jié)能的作用。

具體措施可歸納為三個(gè)方面：合理選擇建筑的地址、采取合理的外部環(huán)境設(shè)計(jì)、合理設(shè)計(jì)建筑形體(包括建筑整體體量和建筑朝向的確定)[1]，以改善既有的微氣候；通過(guò)建筑各部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)和建筑內(nèi)部空間的合理分隔設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能

2.2.1 門窗與玻璃幕墻

場(chǎng)館建筑與民用建筑不同，因采光需要，玻璃門窗及玻璃圍護(hù)幕墻比例很大。公共建筑60%以上能耗是從窗戶散失的，場(chǎng)館建筑更是超過(guò)了70%以上。從民用建筑目前所使用的節(jié)能門窗和墻體的現(xiàn)狀來(lái)看，門窗和幕墻的傳熱系數(shù)限值 是 2.8W/(m2·K),外 墻 0.7W/(m2·K)（ 參 見(jiàn)《嚴(yán)寒寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ26-2010），標(biāo)準(zhǔn)對(duì)門窗保溫效果的要求只有墻體的1/4左右。實(shí)際檢測(cè)表明，門窗很難達(dá)標(biāo)?！豆步ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2005規(guī)定外墻傳熱系數(shù)限制為0.40-0.45W/(m2·K),門窗（包括透明幕墻）傳熱系數(shù)限制與窗墻面積比掛鉤，取值范圍為1.5-3.0W/(m2·K)。可見(jiàn)，門窗和透明幕墻是場(chǎng)館建筑節(jié)能的重點(diǎn)部位。

門窗和透明幕墻的節(jié)能主要從減少空氣滲透量、減少傳熱量、減少太陽(yáng)能輻射3個(gè)方面進(jìn)行[2]。減少空氣滲透量可以減少室內(nèi)外冷熱氣流的直接交換，可通過(guò)密封材料解決；減少傳熱量的有效方法是提高節(jié)能型窗框和節(jié)能玻璃等技術(shù)的推廣應(yīng)用力度，增大窗戶和幕墻的整體傳熱系數(shù)。比如，鋼化中空玻璃，最好采用三玻兩空腔（3+6A+3+6A+3）的真空玻璃窗或空腔填充惰性氣體的中空玻璃窗,其保溫效果優(yōu)于430mm磚墻的保溫效果。減少太陽(yáng)能輻射，可使用熱工性能隨季節(jié)動(dòng)態(tài)變化的玻璃，涂抹納米透明隔熱涂料等新技術(shù)，充分改善節(jié)能效果。納米透明隔熱涂料在夏季，能抑制65%太陽(yáng)能輻射不進(jìn)入室內(nèi)，并能保證透光率達(dá)到70%，能使室內(nèi)溫度低于室外溫度4℃-7℃，測(cè)試表明，夏天開空調(diào)時(shí)，空調(diào)的耗電量可從原來(lái)303度降低到208度，可節(jié)電20%-30%左右；在冬季，隔熱涂膜的特殊金屬膜呈透明型、引進(jìn)可視光，長(zhǎng)波長(zhǎng)的暖氣能在室內(nèi)反射，使室內(nèi)的暖氣（遠(yuǎn)紅外線）約90%不外流[3]。

2.2.2 圍護(hù)墻體等其他結(jié)構(gòu)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)其他組成部件(屋頂、墻、地基)的費(fèi)用僅為總投資的3% ～6% ，而節(jié)能卻可達(dá)20%～40%。提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)各組成部件的熱工性能，一般通過(guò)改變其組成材料的熱工性能來(lái)實(shí)現(xiàn)。如歐盟新研制的熱二極管墻體，低費(fèi)用的薄片熱二極管只允許單方向的傳熱，可以產(chǎn)生隔熱效果。多年以來(lái)，我國(guó)建筑墻體一般采用單一材料，如空心砌塊墻體、加氣混凝土墻體等。單一材料導(dǎo)熱系數(shù)大，一般為高效保溫材料的20 倍以上[4]。隨著建筑節(jié)能的需要，新型復(fù)合墻體逐漸出現(xiàn)，使用復(fù)合墻體將是大勢(shì)所趨。如西北民族大學(xué)開發(fā)并推廣應(yīng)用的擁有30多項(xiàng)專利的微孔輕質(zhì)混凝土斷熱節(jié)能復(fù)合砌塊，容重輕，柔韌性好，當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)低，在實(shí)現(xiàn)與建筑物同壽命的同時(shí)，可達(dá)到公共建筑節(jié)能要求。

2.3 提高終端用戶用能效率

高能效的采暖、空調(diào)系統(tǒng)與削減室內(nèi)冷熱負(fù)荷的措施并行，可減少采暖、空調(diào)能耗。首先，根據(jù)建筑的特點(diǎn)和功能，設(shè)計(jì)高能效的暖通空調(diào)設(shè)備系統(tǒng)，例如：熱泵系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)和區(qū)域供熱、供冷系統(tǒng)等。然后，在使用中采用能源管理和監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)督和調(diào)控室內(nèi)的舒適度、室內(nèi)空氣品質(zhì)和能耗情況。如歐洲國(guó)家通過(guò)傳感器測(cè)量周邊環(huán)境的溫、濕度和日照強(qiáng)度，然后基于建筑動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)采暖和空調(diào)負(fù)荷，控制暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行。在其他的家電產(chǎn)品和辦公設(shè)備方面，應(yīng)盡量使用節(jié)能認(rèn)證的產(chǎn)品。如美國(guó)一般鼓勵(lì)采用“能源之星”的產(chǎn)品，而澳大利亞對(duì)耗能大的家電產(chǎn)品實(shí)施最低能效標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 最大限度地利用自然通風(fēng)

自然通風(fēng)系統(tǒng)的原理主要是通過(guò)對(duì)流原理和室內(nèi)外空氣溫度的差異，讓室外的空氣從系統(tǒng)上部的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入室內(nèi)，室外溫度較低空氣流到底部，室內(nèi)空氣上升并從系統(tǒng)上部的出風(fēng)口排出，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣的對(duì)流。自然通風(fēng)系統(tǒng)外形美觀，安裝時(shí)無(wú)需改動(dòng)建筑物的原有結(jié)構(gòu)，可完全取代傳統(tǒng)的通風(fēng)方式；其使用壽命長(zhǎng)，基本無(wú)需維護(hù)，無(wú)能源消耗，防水性能好；自然通風(fēng)系統(tǒng)有 EVTF600、EVTF800、EVTF1000、EVTF1200、EVTF1500五種型號(hào)，可廣泛應(yīng)用于工廠、學(xué)校、醫(yī)院、超市、體育館、辦公樓、家庭別墅等場(chǎng)所。導(dǎo)光通風(fēng)一體化系統(tǒng)是導(dǎo)光管采光系統(tǒng)與自然通風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合的無(wú)能耗系統(tǒng)。它不僅能將自然光傳導(dǎo)到室內(nèi)，還可以滿足室內(nèi)自然通風(fēng)的需求。

2.5 地源熱泵的利用

地源熱泵技術(shù)在建筑空調(diào)系統(tǒng)上的應(yīng)用是對(duì)地表淺層蓄存的能量的利用。原理是：室外空氣溫度波動(dòng)很大，但是，地表面幾米以下的地溫全年相對(duì)恒定，通常保持在15℃左右，夏季將室內(nèi)多余的熱量不斷地排出而為大地所吸收，使建筑物室內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臏貪穸取＿@項(xiàng)技術(shù)是一種高效環(huán)保的能源利用系統(tǒng)。

地能儲(chǔ)存水源熱泵系統(tǒng)的能量利用效率要比傳統(tǒng)的空氣源熱泵高出40%以上，其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的50%-60%[5]，近年來(lái)地?zé)嵯到y(tǒng)在北美如美國(guó)加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國(guó)家取得了較快的發(fā)展，中國(guó)的地能地源熱泵市場(chǎng)也日趨活躍，體育場(chǎng)館已有應(yīng)用示范?！傍B巢”總面積8000平方米左右的足球場(chǎng)下，埋著312口地源熱泵系統(tǒng)井。

2.6 太陽(yáng)能及風(fēng)能利用

2.6.1 太陽(yáng)能利用

體育場(chǎng)館太陽(yáng)能利用以光伏發(fā)電系統(tǒng)為主，建筑供暖供熱水系統(tǒng)等傳統(tǒng)太陽(yáng)能利用技術(shù)為輔。

我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)目前處于世界先進(jìn)水平。在體育場(chǎng)館屋頂、墻面安裝太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)，可以將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，利用蓄電池組貯存太陽(yáng)能電池受光照所發(fā)出的電能，并可以隨時(shí)向用電設(shè)備供電，從而滿足動(dòng)力和照明系統(tǒng)的用電需求。如“鳥巢”就是首次使用太陽(yáng)能系統(tǒng)的大型體育場(chǎng)，12個(gè)安檢棚上都安裝了太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置，所產(chǎn)生的電力直接并入國(guó)家體育場(chǎng)的電力供應(yīng)系統(tǒng)。安裝了100kw的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，日均發(fā)電量超過(guò)200kwh，可為1.5萬(wàn)平方米的地下車庫(kù)提供充足的照明電力。

2.6.2 風(fēng)能的利用

風(fēng)能是地球上重要的能源之一，風(fēng)能的利用有風(fēng)力發(fā)電和利用風(fēng)能促進(jìn)室內(nèi)換氣通風(fēng)等方式。在調(diào)節(jié)室溫時(shí)，可利用建筑在迎風(fēng)面和背風(fēng)面的空氣的壓力差在建筑內(nèi)部產(chǎn)生空氣流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑的空調(diào)效益，在地下埋設(shè)一定截面的管路系統(tǒng)，通過(guò)空氣熱壓通風(fēng)和風(fēng)壓通風(fēng)使空氣保持恒定的溫度和濕度，調(diào)節(jié)室內(nèi)微氣候，通過(guò)技術(shù)的不斷完善逐步取代耗能的空調(diào)，能夠很大程度上節(jié)約能源，有著良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2.7 采光照明

2.7.1 自然采光

體育場(chǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用自然采光，盡量減少人工光源帶來(lái)的能源消耗。目前我國(guó)通用的采光技術(shù)有采光天窗和采光板，采光板透光率在25%～85%之間，特殊工藝技術(shù)使入射光線非常柔和，創(chuàng)造舒適工作環(huán)境。作為非均勻材質(zhì)復(fù)合材料，光線透過(guò)時(shí)產(chǎn)生散射，使室內(nèi)光線均勻，無(wú)光斑，不眩目。導(dǎo)光管采光系統(tǒng)是向室內(nèi)房間或空間提供自然光的理想設(shè)備。

鳥巢的“巢”內(nèi)光源，都是各類高效節(jié)能型環(huán)保光源。使用便于自然采光的屋頂、側(cè)墻設(shè)計(jì)，減少人工照明時(shí)間。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)體育館（奧運(yùn)場(chǎng)館），屋頂為階梯狀可以開合的玻璃天窗。無(wú)論是采光還是通風(fēng)，都通過(guò)頂部400多個(gè)分層排列的天窗完成。白天不用借助輔助光源，館內(nèi)亮度已足夠滿足大多數(shù)活動(dòng)的需要。北京科技大學(xué)體育館（奧運(yùn)場(chǎng)館）屋頂使用了“光導(dǎo)管”技術(shù)，能收集室外的光線，并通過(guò)有放大作用的漫射器將光線均勻地灑進(jìn)場(chǎng)館，從而實(shí)現(xiàn)日間采光“零耗能”。體育場(chǎng)館采用類似“天窗（側(cè)窗）”的建筑結(jié)構(gòu)，光線經(jīng)過(guò)透光頂板，既可以充分透光，又不會(huì)讓光線太強(qiáng)烈，也避免形成斑駁光點(diǎn)影響運(yùn)動(dòng)員的比賽[6]。另一方面，體育場(chǎng)館在賽時(shí)的人流量很大，加之場(chǎng)面、氣氛熱烈，通風(fēng)順暢十分必要。在不能影響各運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的場(chǎng)地風(fēng)速前提下，可以盡量設(shè)計(jì)使用自然通風(fēng)方式，以減少機(jī)械通風(fēng)能耗。進(jìn)行空氣自然的流通、更新，達(dá)到減少機(jī)械通風(fēng)的成本。

2.7.2 綠色照明

“綠色照明”，即低能耗，利用有限的資源完成設(shè)計(jì)的照明效果。

第一：LED電光源。無(wú)論是冷色調(diào)還是暖色調(diào)，LED電光源的運(yùn)用非常豐富，不僅達(dá)到了節(jié)能，照度滿足要求，最關(guān)鍵的是不會(huì)給人帶來(lái)眩暈的感覺(jué)。第二：金鹵燈的利用。LED燈只能起到點(diǎn)綴及普通照明的功能，而場(chǎng)地內(nèi)最最關(guān)鍵的還是金鹵燈的利用。如鳥巢的金鹵燈除了在散熱及內(nèi)膽上采用了歐司朗及飛利浦高端品牌保證質(zhì)量以外，最關(guān)鍵的還是它內(nèi)置了一個(gè)90W的應(yīng)急光源，也就是一個(gè)燈罩下面兩個(gè)光源，一個(gè)普通的金鹵燈，一個(gè)是應(yīng)急燈。此種設(shè)計(jì)將消防應(yīng)急和普通照明柔和在一起，簡(jiǎn)單明了。在整體設(shè)計(jì)上，館內(nèi)照明采取了場(chǎng)內(nèi)局部照度集中（采用高功率金鹵燈），場(chǎng)外分散泛光。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)城市建設(shè)的發(fā)展和全民健身意識(shí)的增強(qiáng)，體育場(chǎng)館建設(shè)在公共建筑中的比例逐年提高。體育場(chǎng)館建筑能耗比例不斷增加。作為體育場(chǎng)館的建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工及應(yīng)用等各方主體，都要把節(jié)能作為第一要素加以考慮，否則后患無(wú)窮。應(yīng)在確保使用功能的條件下降低能耗，在門窗（包括透明幕墻）、外墻等圍護(hù)材料和構(gòu)件的選用方面充分利用最新產(chǎn)品。合理利用天然能源、可再生能源和新能源，優(yōu)化空調(diào)設(shè)計(jì)，避免冷熱抵消。積極利用新技術(shù)、新產(chǎn)品、新方法，實(shí)現(xiàn)體育建筑的低能耗運(yùn)行，從而為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會(huì)做出貢獻(xiàn)。

[1]張海軍.建筑節(jié)能現(xiàn)狀及建筑節(jié)能新技術(shù)[J].中國(guó)建設(shè)信息,2010(19).64-65

[2]王宜梅.關(guān)于建筑節(jié)能中存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施[J] .建材與裝飾,2008(5).417-418

[3]王晶,曾堅(jiān).大型體育場(chǎng)館的生態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)分析[J].建筑師2008（3）12-15

[4]干學(xué)宏等.地球危機(jī)背景下的建筑節(jié)能意義的進(jìn)一步探究[J] .建筑節(jié)能，2012(2).75-78

[5]姜益強(qiáng)、林艷艷，體育建筑節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用[J].城市建筑2010（11）21-22

[6]胡興軍.奧運(yùn)會(huì)推動(dòng)我國(guó)節(jié)能事業(yè)[J] .四川建材2004年(1) .39-40