体育场馆的建筑节能

雷 慧（西北民族大学体育学院，甘肃 兰州 730124）

1 前言

建筑节能是指在建筑物的设计、建造和使用过程中，执行建筑节能的标准和政策，采用新型建筑材料和建筑节能新技术、新工艺等提高建筑围护结构的保温隔热性能、气密性能和建筑物用能系统效率，在保证建筑物室内热环境质量的前提下，减少供热采暖、照明、空调系统、热水供应的能耗。

近年来，我国建筑节能的重点是民用建筑，公共建筑节能工作起步较晚，面临着巨大的挑战。公共建筑节电潜力每年约为2100亿kW·h/a(约0.68亿吨标准煤)。体育场馆作为大型公共建筑，在节能方面需要引起全社会高度重视。大部分体育场馆建筑节能效率低,新能源、节能新技术、新产品推广应用没有被提上议事日程，节能意识比较淡薄。

2 体育场馆实施建筑节能的技术措施

2.1 规划与设计

按照《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005的设计原则和要求，体育场馆在建筑规划和设计时，首先应考虑气候条件的影响，在北方地区，考虑的重点是保温，冬季日照。南方考虑的重点则是建筑通风和遮阳问题。建筑周边绿化的合理布置也能起到建筑节能的作用。

具体措施可归纳为三个方面：合理选择建筑的地址、采取合理的外部环境设计、合理设计建筑形体(包括建筑整体体量和建筑朝向的确定)[1]，以改善既有的微气候；通过建筑各部件的结构构造设计和建筑内部空间的合理分隔设计实现节能。

2.2 围护结构节能

2.2.1 门窗与玻璃幕墙

场馆建筑与民用建筑不同，因采光需要，玻璃门窗及玻璃围护幕墙比例很大。公共建筑60%以上能耗是从窗户散失的，场馆建筑更是超过了70%以上。从民用建筑目前所使用的节能门窗和墙体的现状来看，门窗和幕墙的传热系数限值 是 2.8W/(m2·K),外 墙 0.7W/(m2·K)（ 参 见《严寒寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010），标准对门窗保温效果的要求只有墙体的1/4左右。实际检测表明，门窗很难达标。《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005规定外墙传热系数限制为0.40-0.45W/(m2·K),门窗（包括透明幕墙）传热系数限制与窗墙面积比挂钩，取值范围为1.5-3.0W/(m2·K)。可见，门窗和透明幕墙是场馆建筑节能的重点部位。

门窗和透明幕墙的节能主要从减少空气渗透量、减少传热量、减少太阳能辐射3个方面进行[2]。减少空气渗透量可以减少室内外冷热气流的直接交换，可通过密封材料解决；减少传热量的有效方法是提高节能型窗框和节能玻璃等技术的推广应用力度，增大窗户和幕墙的整体传热系数。比如，钢化中空玻璃，最好采用三玻两空腔（3+6A+3+6A+3）的真空玻璃窗或空腔填充惰性气体的中空玻璃窗,其保温效果优于430mm砖墙的保温效果。减少太阳能辐射，可使用热工性能随季节动态变化的玻璃，涂抹纳米透明隔热涂料等新技术，充分改善节能效果。纳米透明隔热涂料在夏季，能抑制65%太阳能辐射不进入室内，并能保证透光率达到70%，能使室内温度低于室外温度4℃-7℃，测试表明，夏天开空调时，空调的耗电量可从原来303度降低到208度，可节电20%-30%左右；在冬季，隔热涂膜的特殊金属膜呈透明型、引进可视光，长波长的暖气能在室内反射，使室内的暖气（远红外线）约90%不外流[3]。

2.2.2 围护墙体等其他结构

围护结构其他组成部件(屋顶、墙、地基)的费用仅为总投资的3% ～6% ，而节能却可达20%～40%。提高围护结构各组成部件的热工性能，一般通过改变其组成材料的热工性能来实现。如欧盟新研制的热二极管墙体，低费用的薄片热二极管只允许单方向的传热，可以产生隔热效果。多年以来，我国建筑墙体一般采用单一材料，如空心砌块墙体、加气混凝土墙体等。单一材料导热系数大，一般为高效保温材料的20 倍以上[4]。随着建筑节能的需要，新型复合墙体逐渐出现，使用复合墙体将是大势所趋。如西北民族大学开发并推广应用的拥有30多项专利的微孔轻质混凝土断热节能复合砌块，容重轻，柔韧性好，当量导热系数低，在实现与建筑物同寿命的同时，可达到公共建筑节能要求。

2.3 提高终端用户用能效率

高能效的采暖、空调系统与削减室内冷热负荷的措施并行，可减少采暖、空调能耗。首先，根据建筑的特点和功能，设计高能效的暖通空调设备系统，例如：热泵系统、蓄能系统和区域供热、供冷系统等。然后，在使用中采用能源管理和监控系统监督和调控室内的舒适度、室内空气品质和能耗情况。如欧洲国家通过传感器测量周边环境的温、湿度和日照强度，然后基于建筑动态模型预测采暖和空调负荷，控制暖通空调系统的运行。在其他的家电产品和办公设备方面，应尽量使用节能认证的产品。如美国一般鼓励采用“能源之星”的产品，而澳大利亚对耗能大的家电产品实施最低能效标准。

2.4 最大限度地利用自然通风

自然通风系统的原理主要是通过对流原理和室内外空气温度的差异，让室外的空气从系统上部的进风口进入室内，室外温度较低空气流到底部，室内空气上升并从系统上部的出风口排出，从而实现室内外空气的对流。自然通风系统外形美观，安装时无需改动建筑物的原有结构，可完全取代传统的通风方式；其使用寿命长，基本无需维护，无能源消耗，防水性能好；自然通风系统有 EVTF600、EVTF800、EVTF1000、EVTF1200、EVTF1500五种型号，可广泛应用于工厂、学校、医院、超市、体育馆、办公楼、家庭别墅等场所。导光通风一体化系统是导光管采光系统与自然通风系统相结合的无能耗系统。它不仅能将自然光传导到室内，还可以满足室内自然通风的需求。

2.5 地源热泵的利用

地源热泵技术在建筑空调系统上的应用是对地表浅层蓄存的能量的利用。原理是：室外空气温度波动很大，但是，地表面几米以下的地温全年相对恒定，通常保持在15℃左右，夏季将室内多余的热量不断地排出而为大地所吸收，使建筑物室内保持适当的温湿度。这项技术是一种高效环保的能源利用系统。

地能储存水源热泵系统的能量利用效率要比传统的空气源热泵高出40%以上，其运行费用为普通中央空调的50%-60%[5]，近年来地热系统在北美如美国加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地能地源热泵市场也日趋活跃，体育场馆已有应用示范。“鸟巢”总面积8000平方米左右的足球场下，埋着312口地源热泵系统井。

2.6 太阳能及风能利用

2.6.1 太阳能利用

体育场馆太阳能利用以光伏发电系统为主，建筑供暖供热水系统等传统太阳能利用技术为辅。

我国太阳能光伏发电系统技术目前处于世界先进水平。在体育场馆屋顶、墙面安装太阳能电池发电系统，可以将太阳辐射能直接转换成电能，利用蓄电池组贮存太阳能电池受光照所发出的电能，并可以随时向用电设备供电，从而满足动力和照明系统的用电需求。如“鸟巢”就是首次使用太阳能系统的大型体育场，12个安检棚上都安装了太阳能光伏发电装置，所产生的电力直接并入国家体育场的电力供应系统。安装了100kw的太阳能光伏发电系统，日均发电量超过200kwh，可为1.5万平方米的地下车库提供充足的照明电力。

2.6.2 风能的利用

风能是地球上重要的能源之一，风能的利用有风力发电和利用风能促进室内换气通风等方式。在调节室温时，可利用建筑在迎风面和背风面的空气的压力差在建筑内部产生空气流动来实现建筑的空调效益，在地下埋设一定截面的管路系统，通过空气热压通风和风压通风使空气保持恒定的温度和湿度，调节室内微气候，通过技术的不断完善逐步取代耗能的空调，能够很大程度上节约能源，有着良好的经济和社会效益。

2.7 采光照明

2.7.1 自然采光

体育场的设计应充分利用自然采光，尽量减少人工光源带来的能源消耗。目前我国通用的采光技术有采光天窗和采光板，采光板透光率在25%～85%之间，特殊工艺技术使入射光线非常柔和，创造舒适工作环境。作为非均匀材质复合材料，光线透过时产生散射，使室内光线均匀，无光斑，不眩目。导光管采光系统是向室内房间或空间提供自然光的理想设备。

鸟巢的“巢”内光源，都是各类高效节能型环保光源。使用便于自然采光的屋顶、侧墙设计，减少人工照明时间。中国农业大学体育馆（奥运场馆），屋顶为阶梯状可以开合的玻璃天窗。无论是采光还是通风，都通过顶部400多个分层排列的天窗完成。白天不用借助辅助光源，馆内亮度已足够满足大多数活动的需要。北京科技大学体育馆（奥运场馆）屋顶使用了“光导管”技术，能收集室外的光线，并通过有放大作用的漫射器将光线均匀地洒进场馆，从而实现日间采光“零耗能”。体育场馆采用类似“天窗（侧窗）”的建筑结构，光线经过透光顶板，既可以充分透光，又不会让光线太强烈，也避免形成斑驳光点影响运动员的比赛[6]。另一方面，体育场馆在赛时的人流量很大，加之场面、气氛热烈，通风顺畅十分必要。在不能影响各运动项目的场地风速前提下，可以尽量设计使用自然通风方式，以减少机械通风能耗。进行空气自然的流通、更新，达到减少机械通风的成本。

2.7.2 绿色照明

“绿色照明”，即低能耗，利用有限的资源完成设计的照明效果。

第一：LED电光源。无论是冷色调还是暖色调，LED电光源的运用非常丰富，不仅达到了节能，照度满足要求，最关键的是不会给人带来眩晕的感觉。第二：金卤灯的利用。LED灯只能起到点缀及普通照明的功能，而场地内最最关键的还是金卤灯的利用。如鸟巢的金卤灯除了在散热及内胆上采用了欧司朗及飞利浦高端品牌保证质量以外，最关键的还是它内置了一个90W的应急光源，也就是一个灯罩下面两个光源，一个普通的金卤灯，一个是应急灯。此种设计将消防应急和普通照明柔和在一起，简单明了。在整体设计上，馆内照明采取了场内局部照度集中（采用高功率金卤灯），场外分散泛光。

3 结 语

随着我国城市建设的发展和全民健身意识的增强，体育场馆建设在公共建筑中的比例逐年提高。体育场馆建筑能耗比例不断增加。作为体育场馆的建设、设计、监理、施工及应用等各方主体，都要把节能作为第一要素加以考虑，否则后患无穷。应在确保使用功能的条件下降低能耗，在门窗（包括透明幕墙）、外墙等围护材料和构件的选用方面充分利用最新产品。合理利用天然能源、可再生能源和新能源，优化空调设计，避免冷热抵消。积极利用新技术、新产品、新方法，实现体育建筑的低能耗运行，从而为实现节能减排，建设资源节约、环境友好型社会做出贡献。

[1]张海军.建筑节能现状及建筑节能新技术[J].中国建设信息,2010(19).64-65

[2]王宜梅.关于建筑节能中存在的问题及改进措施[J] .建材与装饰,2008(5).417-418

[3]王晶,曾坚.大型体育场馆的生态节能设计分析[J].建筑师2008（3）12-15

[4]干学宏等.地球危机背景下的建筑节能意义的进一步探究[J] .建筑节能，2012(2).75-78

[5]姜益强、林艳艳，体育建筑节能技术及应用[J].城市建筑2010（11）21-22

[6]胡兴军.奥运会推动我国节能事业[J] .四川建材2004年(1) .39-40