广州亚运场馆的绿色实践

2010-12-28潘勇区彤郭勇庄孙毅叶志良PANongOUTongGUOYongZHUANGSunyiYEZhiliang

生态城市与绿色建筑 2010年4期

关键词：新风场馆广州

潘勇区彤郭勇庄孙毅叶志良/ PAN Y ong, OU Tong, GUO Yong, ZHUANG Sunyi, YE Zhiliang

图1 广州亚运场馆东北向鸟瞰

图2 广州亚运场馆全景

图3 历史博物馆二层平台入口

图4 综合馆室内

图5 从场馆外侧看历史馆

1 项目概况

世人瞩目的2010年第十六届亚运会已经在广州举行并获得了圆满成功，这也是我国继2008 年北京奥运会后承办的又一重大综合性国际体育盛会。本届亚运会共有4大主场馆，广州亚运场馆是其中唯一新建的主场馆，由于其创新而优美的建筑形态和空间，在亚运会中也获得了社会各界的广泛关注（图1～6）。

广州亚运馆场项目位于广州亚运城南部，紧邻风景优美的莲花湾，是一个包含体操馆、综合馆、亚运历史展览馆等的综合场馆组群。用地面积101 086m2，总建筑面积65 315m2（图6～11）。

2007 年11 月由广州市政府委托相关部门举办国际建筑设计竞赛征集设计方案，在全球众多的申请者中遴选了8 家知名设计机构参加竞赛，其中有广东省建筑设计研究院等两个境内独立参赛设计院及6个中外设计联合体，包括英国扎哈·哈迪德建筑师事务所、英国奥雅纳工程顾问、德国gmp 国际建筑设计有限公司等国际知名设计机构均受邀参加。广东省建筑设计研究院原创设计的“飘逸彩带”建筑概念设计方案最终脱颖而出并中标实施。这是在重大项目国际建筑设计竞赛中，为数不多的由中国建筑师原创设计中标的案例。

2 绿色建筑技术应用

广州亚运场馆倡导绿色亚运及可持续利用设计理念，参照国家“绿色三星”标准进行设计，综合采用了多项节能环保新技术：包括整合了虹吸雨水收集及综合利用功能的屋面板系统，分质供水系统;采用可回收塑料作为空心内模的空心楼板设计；使用水源热泵技术进行空调冷气提供及热水供应，场馆内采用变风量全空气系统；自然通风模拟评估、自然采光、太阳能照明等等，体现环保、节能和可持续发展的科学理念。广州亚运场馆节能率达60%，节能环保水平居于国内大型体育场馆建筑前列，为住房和城乡建设部2009年度国家绿色建筑与低能耗建筑“双百”示范工程。各种环保节能新技术为场馆可持续利用奠定了良好基础。

图6 总平面图

图7 首层平面

图8 二层组合平面

图9 三层平面

图10 四层平面

图11 立面和剖面

图12 自然采光及雨水收集系统示意

2.1 水资源利用

2.1.1 分质供水系统

分质供水系统针对不同的用水需要供应不同水质的水，从而达到物尽其用的目的，是一种体现环保、节能和可持续发展要求的供水方式，便于在现有条件下合理利用水资源，节约用水。与人体直接接触的生活用水采用高质水系统；建筑冲厕、绿化、浇洒、景观补水等不与人体接触的用水采用杂用水系统。

广州亚运场馆杂用水水源优先选用屋面雨水。雨水是天然水源，没有水资源费用且水质一般较好，经过简单处理后就可以直接回用，对节约用水和可持续发展两方面都具有广泛的社会效益。因此，我们认为雨水是首选的优良杂用水水源，其中屋面雨水为可收集雨水中水质最好的部分，可以优先作为杂用水的水源。

2.1.2整合虹吸雨水收集与综合利用系统的金属屋面

广州的雨水资源丰富，年降雨量大约1682mm，且全年都有降雨。综合分析广州市1961～1990年间的气象资料，从3～10月降雨量都在80mm以上，降雨分布相对均匀，具有雨水收集及综合利用的有利条件。

广州亚运场馆的双层表皮不锈钢金属屋面板系统除了完美的解决复杂屋面的综合视觉效果及排水问题，还整合了虹吸雨水收集与综合利用系统，整个金属屋面系统的雨水基本都能收集和进行有效利用（图 12）。

系统设置为大屋面采用虹吸雨水系统，缩小了雨水排水立管管径，减少了雨水排水立管数量，所有雨水管都导向雨水收集池，经处理后供绿化及冲洗地面用，节约了用水。

广州亚运场馆雨水收集范围屋面面积约33 000m2，雨水收集池分散三处设置，每处约1000 m3。另外雨水综合利用可提高区域排洪排涝系统的安全性。年雨水总利用量约4×104 m3。

2.2 废弃物再生工程材料及适用技术的合理选择

广州亚运场馆结合项目的要求，在满足工程质量要求的前提下，优先采用包括利用工业废料等废弃物再生的工程材料，降低使用材料的能耗指标。

2.2.1 粉煤灰砌块的使用

粉煤灰砌块具有生产原料丰富的优点。特别是使用粉煤灰为原料，能在综合利用工业废渣、治理环境污染、不破坏耕地的同时，又创造良好的社会效益和经济效益，是一种替代传统实心粘土砖理想的墙体材料。同时粉煤灰砌块还具有容重轻、保温性能高、吸音效果好、有一定的强度和可加工等优点。广州亚运场馆的外隔墙保温构造层、内隔墙等墙体，大量采用了粉煤灰砌块。

2.2.2 空心楼盖技术

广州亚运场馆大量采用现浇混凝土空心楼盖技术，采用的填芯材料为圆管芯模，外径分250mm、300mm两种，芯模主要采用废旧塑料进行加工，更加环保节能。采用空心楼盖技术还有以下优点：

（1）内置芯模在混凝土板内形成空腔，空心率达30%～50%，通过增加芯模，将普通实心砼厚板变为空心的“I”型截面肋梁结构，在保证结构承载能力和刚度的同时又减轻结构自重，可有效节约基础工程和上部结构的土建费用。

（2）楼板内的芯模形成的封闭空腔能有效阻隔上下楼层间的噪音、振动的传递，比普通楼板减小噪音15～20分贝。板内空腔同时具有优良的隔热保温功能，利于室内温度保持，可降低空调能耗。

图13 简化后的模型

图14 综合馆一层人员活动区域风速分布图（冷色：风速较低；暖色：风速较高）

图15 综合馆一层人员活动区域风速矢量图（冷色：风速较低；暖色：风速较高）

图16 综合馆一层人员活动区域风速分布图

2.3 能源系统设计

广州亚运场馆综合使用多项空调绿色节能新技术，在实现较好室内空气质量的同时提高能效比，降低能耗。

2.3.1 水源热泵技术

通过亚运城的水源热泵技术提高场馆的空调系统整体能效比。广州亚运场馆的空调纳入整个亚运城太阳能和水源热泵供冷供热系统中，由亚运城3号能源站提供部分冷量。当系统提供生活热水时，则生活热水为机组冷凝器冷源，冷热联供；当系统不供生活热水时，则利用亚运城周边砺江涌江水为水源热泵冷源代替冷却塔。砺江河水夏季取水温度在26±2℃，比传统冷却塔冷却水设计温度（32℃）低4℃～8℃，降低了冷凝器冷却温度，大大提高制冷机组能效比。若冷热联供时，整体能效比更高，约可降低制冷机能耗10%～15%。

2.3.2 中央新风系统

广州亚运场馆采取热回收措施，利用排风对新风进行预热预冷处理降低新风负荷。附属用房区域空调系统设计采用中央新风系统中的能量回收型中央新风加末端风机盘管系统，每台风机盘管回风口均设置光触媒氧化技术的空气净化消毒装置。该系统一方面将室外大自然的新鲜空气经过精细过滤后强制送到室内，室内污浊空气强制排到室外，持续进行空气的置换，一方面进行热交换回收其能量（在夏天回收的是“冷量”，在冬天回收的是“热量”），在潮湿的季节还具有独立的除湿功能。系统保证了室内24小时都有清新的空气，同时可回收高达70%的能量，每年可节省约5万kWh电。另一方面，空气净化消毒装置可以及时消除装修后残留在室内含有甲醛、苯、氨、氡等的有毒气体，大大降低室内TVOC（Total Volatile Organic Compounds，总挥发性有机物）浓度。中央新风系统的运作，促使气流层运动而霉菌无法滋生，延长了器材及建筑物的使用寿命；同时在室内保证工作人员可以享受来自大自然的新鲜空气的沐浴，让健康活力与亚运的主题共存。

2.3.3 变风量全空气系统

场馆内采用焓差控制方式的变风量全空气系统，过渡季可利用100%全新风自然冷却，减少制冷主机的开启时间，而且变风量可降低风机输送能耗。根据广州地区的气候条件，全年约有12%～20%的时间（且大多在下半年）适宜采用通风措施满足室内温湿度要求。因此，全空气集中空调系统采用焓差控制的方式，具备全新风运行能力以充分利用自然条件降温，最大限度实现运行节能。这一项全年可节省能耗10%～15%。另外，全空气风系统每台风柜采用静电杀菌除尘空气净化技术，保证高品质的室内空气环境。

2.3.4 室内空气监控系统

人员密集的比赛场馆内设置CO2监控系统，并采用新风需求控制技术。由于不同比赛，场内人数（包括观众上座率）是变化的，而新风负荷约占比赛场馆负荷的30%～40%。通过监测场馆内场馆CO2浓度，实时反馈场馆内实际人数，动态调节系统新风量（即新风按需求控制），新风能耗总体可降低30%。

通过BAS（Building Automation System,楼宇自动化系统），场馆内设置了室内空气污染物浓度监测、报警和控制系统，预防和控制室内空气污染，以保证使用者的健康。在重要的功能房间或场所，利用传感器对室内主要位置的温湿度、CO2和空气污染物浓度等进行数据采集和分析并传输至计算机或监控平台，进行数据存储、分析和统计。CO2和污染物浓度超标时可实时报警，检测进、排风设备的工作状态，并与室内空气污染监控系统联动，实现自动通风调节，保证室内始终处于健康的空气环境。

2.4 自然通风与采光

2.4.1 合理运用自然通风降低空调能耗

广州亚运场馆由于空间大，通常会带来较大的空调能耗。我们

图17 综合馆室内照明

图18 室内自然采光

北希望通过多种方式来减少空调设备的运行时间，减少能耗，模拟综合分析（图13～16）表明通过适当开口组织自然通风可以有效减少空调设备的启动时间，改善室内空气环境，达到节能的目的。

从建筑方案和模型中可以看出，体育馆底部的观众走道具有一定的通风潜力，通过外墙开口的合理设置，可以对首层观众活动区域以及比赛场地的自然通风都有所帮助。

2.4.2 自然采光减少人工辅助照明，降低能耗

广州亚运场馆充分利用了自然采光满足场地照明的基本需要，减少人工辅助照明，降低能耗。在设计中通过设置屋顶天窗，引入自然光线，同时天窗设置可调节的遮阳百叶，针对太阳光线的入射角度调整倾角，满足赛时及赛后不同的使用要求（图17、18）。通过冬至日早上10时（晴天）广州亚运场馆中体操馆的采光分析表明：在晴天时场馆的运动场地通过天窗采光，基本满足除了正式比赛之外的大部分功能的基本照度，无需人工照明（图19～22）。

图19 计算模型（三维）

图20 计算模型（平面）

图21 三维照度分布图

图22 比赛场地照度分布

3 运营管理和监测

广州亚运场馆的电气系统按照国家“绿色三星”标准进行设计，通过合理确定用电负荷，综合考虑赛时、赛后及不同季节的经济运行和维护需要，变电所设置于体育馆负荷中心，减少输配电线路长度及损耗。

所有变配电系统采用节能、高效型设备，实现变配电系统的经济运行。合理选用变压器，提高其负荷率（变压器负荷率基本在75%～85%之间，且配电线路通过合理的调配，满足在冬季或无比赛及活动期间，仅开启一台或两台变压器就能满足体育馆基本运行的用电需要），使变压器处于经济运行状态。设备选型尽可能采用节能、高效设备，如采用SCB10系列变压器，电梯、水泵、风机等采用节能型电动机，提高电动机的能效。对于动态变化的负荷，如水泵、空调器、新风机等，采用变频器控制，根据负荷大小实时调节电能供应。

广州亚运场馆照明控制系统采用技术先进、使用方便、运行稳定的智能照明控制系统。对比赛场地、走廊、观众大厅、楼梯间、室外立面及环境等照明进行集中监控和管理，并根据环境特点，分别采取定时、分组、照度/人体感应等实时控制方式，最大限度地实现照明系统节能。

照明灯具均采用高效、节能灯具，照明功率密度指标达到《建筑照明设计标准》中目标值的要求，疏散照明及室外泛光照明均采用最节能的LED灯具，同时室外局部采用风光互补路灯，尽可能节省能源。

比赛场地按日常维护、娱乐和训练、俱乐部比赛、国内和国际球类比赛、彩色电视转播的国内和国际一般比赛、彩色电视转播的国内和国际重大比赛、高清电视转播模式（HDTV，High Definition Television）、TV应急照明等多种模式进行分级、分区、分时、分场景控制。在保证体育场馆正常运行和达到比赛要求的照明质量的前提下，可以有效地减少照明系统的耗电量。

走廊、观众大厅、楼梯间、室外立面及环境等公共照明，可根据体育馆的特殊用电作息时间分为：比赛、训练、平时、节假日、双休日、白天、黑天或室外照度等多种工作模式进行集中管理和实时控制，最大限度地实现照明系统节能。

广州亚运场馆通过建筑设备管理系统对综合体育馆的空调、通风、水泵、电梯等设备或系统进行集中管理，一方面使设备运行于最佳工况、节省能源，另一方面大大地提高设备的管理效率，减少管理维护人员，并通过自动、精确的调节控制，创造卫生、舒适、宜人的环境。

广州亚运场馆采用电力监控系统（EMS）对各用电部位（如冷热源、输配系统、照明等）进行实时检测及用电计量，超限报警, 在管理层面上，对用电实施有效监控，避免电能浪费。电力监控系统（Energy Management System，EMS）还对分散设置的UPS（Uninterruptible Power System,不间断电源）、EPS(Emergency Power Supply,集中消防应急供电电源)和直流屏电池集中监控，延长电池寿命，减少环境的污染。

在环保措施方面，备用发电机燃油尾气处理在保证燃烧工况良好的情况下，排出的废气经室内进行水洗消烟及消声除尘处理后，通过专用烟囱由发电机房引至烟井处再引上屋顶高空排放。

4 绿色建筑技术应用分析

由于大型公共建筑由于早期投入较高，后期运行费用较大，在大型公共建筑领域所进行的绿色建筑实践具有较大的现实意义和示范作用。广州亚运场馆倡导绿色亚运，实践可持续发展的科学理念，推行绿色、环保的技术和材料，通过综合的绿色设计手段降低场馆的运行费用，为场馆的长期经营奠定良好的基础。也希望藉此为绿色建筑的推广和应用提供一些思考和借鉴。

项目信息

项目名称：广州亚运场馆（又称：广州亚运城综合体育馆）

建设单位：广州市重点公共建设项目管理办公室

设计单位：广东省建筑设计研究院

建设地点：广州市亚运城

总建筑面积：6.5万m2

占地面积：10.1 万m2

设计团队：

项目负责人：潘勇、陈雄

建筑专业：潘勇、陈雄、王昵、宋定侃、邓载鹏、邵巧明、林健康等

结构专业：陈星、区彤、谭坚、傅剑波、陈高峰等

给排水专业：叶志良、刘志雄、李建进等