國家體育場(鳥巢)節(jié)能減排專題研究報告

1、國家體育場（鳥巢）節(jié)能減排專題研究報告摘要：本文通過對國家體育場（鳥巢）工程的發(fā)電系統(tǒng)、水供給措施、暖通工程、結構材料、保溫材料和照明設計等多方面進行了較為深入的建筑節(jié)能減排與生態(tài)環(huán)保專題的研究，并從中獲得建筑節(jié)能相關方面的啟示，總結出該工程對以后的建筑節(jié)能舉措可資借鑒的地方。以對國家體育場具體工程案例的分析與總結，鞏固對建筑節(jié)能課程的學習與實踐。關鍵詞：國家體育場;鳥巢;節(jié)能減排;生態(tài)環(huán)保一. 項目概況國家體育場坐落在北京奧林匹克公園中心區(qū)的南面，是北京承辦2008年第29屆夏季奧運會的主體育場。在奧運會圓滿結束后，國家體育場成為了廣大人民群眾參加體育活動的專業(yè)性大型場所和國內(nèi)外游客爭相參觀

2、的景點，并且作為地標性的創(chuàng)新建筑繼續(xù)發(fā)揮著它的功能。國家體育場形如鳥巢，又似搖籃，無不寄托著人類對孕育新生的期許和對未來的憧憬。杰出的設計師們對這個場館外部并未做多余處理而將結構袒露，自然而然地形成了鳥巢之狀，“鳥巢”之名便油然而生。國家體育場作為目前為止全球最大的環(huán)保型體育場，“鳥巢”一一這座擁有9.1萬個座位的大型體育類建筑，以其精巧獨特的造型、與時俱進的高科技工程、環(huán)保綠色的整體設計而備受世人矚目。二. 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與砷化鎵薄膜太陽能技術當今全球性的課題之一就是能源危機和生態(tài)環(huán)境的惡化，面對國家體育場這一龐然大物，對于電力資源的需求量不言而喻。而電力資源作為二次能源，必然在生產(chǎn)

3、和使用過程中具有相當大的能耗。因此，太陽能作為一種可再生能源，其利用前景以及所具備的資源潛力都非?？捎^。于是，在無錫尚德電力有限公司的技術支持下，在國家體育場中建成了一座lOOkW光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)安裝在主體建筑四周的7個安檢棚頂部，由于條件限制，每個安檢棚的區(qū)域均被設計為一個并網(wǎng)發(fā)電單元，就地并網(wǎng)發(fā)電。根據(jù)專業(yè)的模擬計算結果顯示，國家體育場lOOkW光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠提供約10.6萬千瓦時/年，每年可減少排放的CO2量約120.9噸。另外，據(jù)新聞報道：2014年8月，國家體育場與漢能控股集團在鳥巢金色大廳聯(lián)合宣布，漢能正式成為國家體育場戰(zhàn)略合作伙伴、清潔能源技術唯一合作伙伴。同時，漢

4、能成功并購美國阿爾塔設備公司（AltaDevices），借此擁有全球轉(zhuǎn)化率最高的砷化鎵薄膜太陽能技術，該項技術將率先應用在鳥巢的提升清潔能源效率方面。砷化鎵太陽能電池具有柔性可彎曲、質(zhì)量輕等優(yōu)勢，與鳥巢復雜的鋼結構可實現(xiàn)無縫對接，還能創(chuàng)造出建筑本身綠色發(fā)電的能力，環(huán)保與經(jīng)濟效益十分可觀。三雨洪利用我們深知，北京是一座水資源緊缺的城市。北京的水資源分布本身并不充裕，再加上近年來氣候干旱、城市化步伐加快和人口的大量遷入，導致水資源供需矛盾十分突出。盡管國家南水北調(diào)工程能緩解一定的水資源壓力，但是并不能徹底地解決水資源匱乏的重大問題。本著綠色環(huán)保理念設計的國家體育場，在水的供給問題上，設計人員自是不

5、能坐視不管，也決不允許加劇北京水資源供應的負擔。國家體育場有七成的供水都由回收水代替，其中23%來自于降雨。這主要歸功于其功效顯著的雨洪利用系統(tǒng)。在鳥巢的頂部裝有專門的雨水回收系統(tǒng)，雨水會通過專門的管道流入體育場周邊地下的6個蓄水池中，再經(jīng)過系統(tǒng)先進的過濾處理工藝，這些被收集起來的雨水最終就變成了可以用來綠化、沖廁、消防甚至是沖洗跑道的回收水，有效地提高了水資源的循環(huán)利用率，大大降低了市政供排水量。雨洪利用系統(tǒng)年回收利用的雨水量可達到年平均總降水量的近三分之二，可有效地減少北京市的供水負擔，降低徑流量，減少市政水管網(wǎng)的壓力。與使用自來水相比，還能為業(yè)主節(jié)約大量的水資源費、自來水費和排污費，同時

6、每年能節(jié)約大概400萬元的城市防洪費，具有顯著的經(jīng)濟效益。四. 地源熱泵技術與冷源設計國家體育場在承擔北京奧運會的比賽任務后，依然需要發(fā)揮它的功能，如果只考慮賽時要求而不顧賽后的運營要求，那么在奧運會落幕之后，鳥巢將會面臨許多改造才能得以繼續(xù)正常使用，甚至會導致部分地方可能會由于事先未考慮的因素而難以改造的現(xiàn)象，從而造成國家體育場功能和經(jīng)濟等多方面不必要的損失?！白闱驁鱿掳挡氐沫h(huán)保機關”應運而生。這個看似神秘的機關實際是312口地源熱泵系統(tǒng)井深入地下75m?！暗卦礋岜孟到y(tǒng)”，簡而言之就是利用井水冬暖夏涼的特性，以分區(qū)域的方式應用地源熱泵、冷熱水機組三聯(lián)供，可同時實現(xiàn)夏季制冷、冬季采暖和生活熱水

7、供給。冷源設計方面，體育場賽時和賽后運營模式的負荷計算結果顯示出：其賽時空調(diào)冷負荷約為賽后商業(yè)運營模式的70%，其余30%的負荷處于冰蓄冷系統(tǒng)合理的削峰范圍內(nèi)。與此同時，考慮到空調(diào)負荷有賽事時易出現(xiàn)瞬時高峰，且多在北京市用電高峰時間段，而其他時段負荷較為平穩(wěn)的特征，因此在冷源設計時采用了按賽時負荷配備冷機、賽后增加冰蓄冷系統(tǒng)的方案解決。夏季夜間，地源熱泵作為基載主機向酒店及其附屬用房供冷；冬季地源熱泵作為市政熱網(wǎng)的輔助熱源可滿足各個時段的供熱要求；候場區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)也兼顧了賽后運營的要求。如此一來，在奧運會落幕之后，國家就可以盡量地降低其改造工作量和節(jié)約二次投資。五. 膜結構技術應用國家體育場的

8、膜結構由兩部分構成，分別是上層鑲嵌在主體鋼結構上層鋼梁區(qū)格之間透明的ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）膜結構和下層懸掛在主體鋼結構下層鋼梁下面半透明的PTFE（聚四氟乙烯）膜結構吊頂。作為像鳥巢這類大型體育建筑的ETFE膜，最明顯的優(yōu)勢在于其可加工成任意形狀和大小，以滿足大跨度的需求。作為一種充氣后使用的材料，ETFE膜可以通過對充氣量的控制，實現(xiàn)對遮光度和透光性的調(diào)節(jié)功能，有效地利用自然光，同時也起到保溫隔熱效果。除此之外,ETFE膜還具有的環(huán)保特性是它的自清潔功能，清潔周期大約為5年，能夠不讓灰塵附著在膜上，大大減少了人工清潔的工作，也能保持鳥巢作為地標性建筑的風貌。而PTFE膜在環(huán)保節(jié)能方

9、面具有獨特的光學性能：白天入射光線通過它以后能轉(zhuǎn)變成均勻分布的自然溫射光，避免人因強烈的集中光線而目眩；而且它能阻止紫外線的透射，防止體育場內(nèi)部的裝飾材料及設備的褪色；夜間高反射性可以產(chǎn)生很好的照明效果，降低對電能的依賴，可謂是一舉多得。ETFE和PTFE膜材作為可循環(huán)利用的新型建材，它們的開發(fā)與應用，使人們擺脫了對鋼材、混凝土等傳統(tǒng)建筑材料的嚴重依賴，打破了陳舊的建筑觀念，為建筑行業(yè)帶來了一場新的革命。六聚氨酯保溫材料筑起節(jié)能防火墻在鳥巢的建設中，許多節(jié)能環(huán)保型材料都投以大量使用，積極響應“綠色奧運”的口號。對于其保溫材料的要求，自然而然首先得符合環(huán)保的大前提，比如所選保溫材料的發(fā)泡劑必須對

10、臭氧層無害；其次是保溫性能要好，要滿足建筑節(jié)能整體達到65%的國家標準；最后，作為建筑保溫材料，還要具備一定的抗壓強度、尺寸穩(wěn)定性和優(yōu)良的阻燃性等。綜合考慮上述要求后，在鳥巢看臺內(nèi)墻墻體中，有超過66%的保溫材料都選用了聚氨酯現(xiàn)場噴涂干掛外飾面系統(tǒng)，只需3厘米厚度即可滿足相應要求。聚氨酯保溫材料可以不采用任何粘接劑而做到整體無接縫；加工簡單方便，不需要模具，很大程度提高了勞動生產(chǎn)率；使用壽命長，減少材料老化等原因造成的更換；同時還兼具防水與隔音等附加功能。七. 綠色照明國家體育場的照明主要分為兩部分：內(nèi)部是場地照明，外部是夜色景觀建筑照明。無論體育場舉辦著多少運動項目，都必須要同時滿足相關的國

11、際奧委會等機構組織對場地照明的要求標準，否則體育場將面臨無法驗收的尷尬。在滿足場地照明的要求同時，我們也需要注意到鳥巢的文化主題。一個建筑要有生命力，就必須具有內(nèi)涵和特色。這一表現(xiàn)可以是中國之紅，白天鳥巢墻面在陽光下，鋼結構分外明麗，而到了夜晚，紅墻在燈光照射下溫暖厚實。而為了鋼結構能在燈光映射下展現(xiàn)出的剪影效果，紅墻的照明設計尤為重要。于是，鳥巢奧運場館照明重點采用了立面照明設計原理，利用豐富的光線將體育場從內(nèi)而外照亮，塑造出外層鋼梁和柱子的剪影，以產(chǎn)生鮮明的視覺效果，使建筑物在白天和夜晚里彰顯出截然不同的特色。照明系統(tǒng)之所以稱之為“綠色照明”，源于它三部分節(jié)能環(huán)保的組合：首先為設計，接著是

12、產(chǎn)品，最后就是控制系統(tǒng)，三者相輔相成，以科學的手段達到最佳照明效果，減少能耗，避免不必要的能源輸出。八. 國家體育場節(jié)能工程的啟示隨著社會和經(jīng)濟的大力發(fā)展，能源潛在的危機和自然環(huán)境的惡化問題日益突顯，人們在追求快速發(fā)展的步伐中得以審視自身的行為。我國近些年來糾偏改錯，倡導又好又快發(fā)展，在全社會重視生態(tài)環(huán)保、節(jié)能減排的今天，人民意識的提升，正逐漸改善著人與自然的關系。作為國家標志性建筑的國家體育場（鳥巢），是生態(tài)環(huán)保節(jié)能減排的一個重要典范。從建筑材料的選擇到先進綠色技術的應用，無不體現(xiàn)出一個國家對于環(huán)保、對于節(jié)能的重視，而所取得的成績又何嘗不是我國支持發(fā)展綠色環(huán)保技術，構建人與自然和諧社會的強有

13、力證據(jù)？在鳥巢這項工程中，我們可以看到：工程正逐步擺脫對舊建材的依賴，選用新型環(huán)保建材，優(yōu)化廢棄物的回收處理；在工程技術方面都是具體問題具體分析，從實際出發(fā)綜合考察各項因素，吸收國內(nèi)外優(yōu)良的科技成果，采用先進的節(jié)能減排工程措施。九建筑節(jié)能工程學習體會在本學期我選修了建筑節(jié)能工程，感覺收獲頗豐。最重要的一點是構建了我的建筑節(jié)能的基本理念。雖然在課程中囿于課時和專業(yè)的限制，涉獵深度不夠，但是以此為契機所建立的建筑節(jié)能的思路是我最大的獲益?！敖ㄖ?jié)能”，起初在發(fā)達國家被定義為減少建筑中能量的散失，當下更普遍的說法是提高建筑中的能源利用率，在保證建筑使用的舒適性的基礎上，合理分配、使用能源，在材料和技

14、術等方面不斷提升能源利用效率。能源潛在的危機和自然環(huán)境的惡化，鞭笞著人們以往錯誤改造自然的惡行?，F(xiàn)在的我們通過回顧歷史，借鑒歷史，思想意識上有了更新更高層次的認識，我們也正以先進的思想為指導，改善人與自然的關系，構建和諧社會。通過建筑節(jié)能工程的學習與總結，我能運用所學知識去考慮一個單體建筑或是一個工程項目在節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保方面可能需要應對的問題，我能通過查閱書籍文獻等資料、運用網(wǎng)絡等手段，提出在我專業(yè)范疇內(nèi)的基本解決思路，并學習了解一些節(jié)能減排的具體工程措施。在面對建筑節(jié)能的具體案例時，我能夠從中汲取養(yǎng)分獲得啟示，并總結其可資借鑒之處，以供我以后面對全新或陌生工程的考察思量奠定基礎。趙老師課上的教導與他在建筑節(jié)能方面的實踐成績，指導和激勵著我們持之于恒地學習與實踐。建筑節(jié)能是必須落到實處的，空談只是竹籃打水，實干才是知識理論付諸實現(xiàn)的不二法門。十.參考文獻1 李久林，楊俊鋒，楊慶德,邱德隆，盛宇，張穎國家體育場(鳥巢)工程施工新技術綜述J建筑技術,2008,39(8).2 蔣文宇.淺談建筑光伏并網(wǎng)發(fā)電J.中國科技信息,2014,8.3 趙君利用科技為“鳥巢”降溫一一訪國家體育場暖通專業(yè)負責人、中國建研院建筑節(jié)能與新能源工