用科技为“鸟巢”降温

　　奥运场馆内部成功的暖通空调系统设计，不仅能调动观众的情绪，还能提高运动员的比赛成绩，在节能减排上也有卓著贡献。设计师采用了哪些先进的设计理念？记者将带您走近这些奥运场馆的暖通空调设计师，请他们讲述其中的点滴。

　　炎热的盛夏，凉风习习。

　　此刻，站在国家体育场“鸟巢”的看台上，你丝毫无法想象赛场外会是怎样的骄阳似火。2008北京奥运会开幕前夕，国家体育场向公众开放，记者亲身体验了“鸟巢”所带给观众的舒适感受。这里的风柔和而不干燥，尽管外面酷热难耐，然而“鸟巢”内部的环境却分外宜人。

　　比赛的气氛异常激烈，观众的情绪跟着“一浪高过一浪”。不论你是在静静欣赏运动员矫健的身姿，亦或热情地为他们加油鼓劲，每个人的脸上都写满了热情，却没有人为焦躁炎热的天气抱怨。

　　在确保使用功能的条件下，怎样降低建筑能耗、合理利用天然冷源和可再生能源，成为建设资源节约、环境友好型社会的重要着力点。随着我国城市建设的发展，这种要求已经愈加明显。“鸟巢”——北京2008年奥运会最重要的比赛场馆，它的系统设计更加引人注目。在“鸟巢”的暖通空调设计中，设计师们在严格满足《奥组委体育场馆设计大纲》、《绿色奥运设计指南》的前提下，融合了先进的设计理念，运用成熟的科学技术，为确保赛时功能、兼顾赛后运营以及降低综合使用成本作出努力。国家体育场暖通专业负责人、中国建筑设计研究院建筑节能与新能源工程中心主任丁高向记者逐一解析了“鸟巢”设计中的“亮点”。

　　动态模拟辅助设计，与赛后运营结合

　　传统的空调设计在计算负荷时通常是计算典型设计日的逐时负荷，但实际上，空调系统的大部分时间都不在设计工况下运行，而只是在部分负荷工况下运行。设计师对“鸟巢”工程进行设计时，在计算设计日负荷的同时，还对“鸟巢”进行了全年8760小时的逐时负荷动态模拟，以此结果来指导空调系统设计以及设备选型；同时，在满足环境控制的要求下，尽量避免不必要的能源损耗。他们根据周边的市政管网现状及规划情况，结合全年逐时负荷的模拟结果，通过对电制冷方案和热水吸收式制冷方案进行技术经济比较，最终确定技术可行、经济合理、运行可靠的冷热源方案。

　　“鸟巢”在承担2008年奥运会的比赛任务之后，还要继续数十年的运营。如果仅仅考虑满足奥运会比赛时的要求而置赛后运营于不顾，“后奥运”时期将会面临更多的改造工作，部分地方甚至会缺少改造条件。因此，在空调设计方面，设计师们在满足赛时要求的同时，又要尽量兼顾赛后运营的要求，为赛后改造预留必要条件。

　　“鸟巢”赛时和赛后运营模式的负荷计算结果表明，赛时的空调冷负荷约为赛后商业运营模式的70％，剩余的30％负荷正是冰蓄冷系统合理的消峰范围之内；同时，鉴于体育场空调负荷在赛事时期易出现瞬时高峰，且多在用电高峰时段，而其它时段负荷较为平稳、夜间冷负荷极小，因此较适合使用冰蓄冷系统。设计师们在冷源设计时采用了按赛时负荷配备冷机、赛后增加冰蓄冷系统的方案解决。在施工图设计时，建筑、结构方面已按要求预留了条件，既满足了赛时的要求，又减少了赛后改造的工作量，最大限度地降低了改造的难度和费用。

　　“鸟巢”中宽阔的足球场地为地源热泵系统提供了充足的埋管空间。经过计算可埋管区域，并根据满足赛时、赛后部分负荷运行以及蓄冰时作为基载主机的负荷要求，设计师们确定了地源热泵的装机容量。这种做法既减少了部分负荷运行时的能耗，又充分利用了可再生能源，积极响应“绿色奥运”和“科技奥运”的理念。由于地埋换热管选择了垂直埋管的双U型埋管形式，并采取了措施，因此有效避免了对草坪的影响。同时，地源热泵的设置充分考虑了赛后酒店的运营需要。夏季，夜间地源热泵作为基载主机向酒店及其附属用房供冷；冬季，地源热泵作为市政热网的辅助热源可满足不同时段的供热要求；而在秋末、春初等没有市政供热而酒店有供热需求时，地源热泵又可以很好地满足。

模拟场内热环境

　　“鸟巢”观众席采用自然通风的方式。为了保证此方式能够满足观众区热安全的要求以及确定合适的开口位置，设计师们运用了计算流体力学（CFD）模拟的手段，对其在典型夏季条件下的观众区和比赛区的自然通风效果（气流速度和温度）进行了模拟分析，得到各处的温度、速度等相关的数值模拟结果，并对以上计算结果采用热安全性评价指标进行分析，根据观众区和比赛区的不同需求、体育场内人员分布等特点以及两个区域的不同关注程度，对自然通风的效果进行综合评价；根据温度场和速度场的模拟结果，对观众席和比赛区进行了热安全的评价。

要节能，更要保护环境

　　“鸟巢”南侧候场区为地下区域，奥运比赛过后，这里将改造为商业设施。由于外围护少，内热非常大，即使在冬季这里仍需供冷，同样的情况还有餐厅的部分区域。很显然，在冬季开启制冷机来进行供冷并不经济。由于在冬季和过渡季的部分时段室外温度低，在条件允许的情况下，设计师们想方设法让这些地方利用天然冷源来进行室内的空调降温。在空调设计中，他们充分考虑了冬季利用天然冷源的供冷问题。需要冬季供冷区域的全空气系统均设计为双风机全空气空调系统，利用焓值控制技术调节全年新风量，在过渡季和冬季可以直接利用室外新风向建筑物的内区供冷；新风加风机盘管系统在过渡季和冬季由冷却塔直接供给冷水。

　　此外，变频技术在空调水系统中有了较好的应用。由于空调系统要按最大负荷来设计，水泵也按最不利工况来选型。在奥运会赛后的商业运营模式中，负荷会有较大波动。在大部分时间内，空调系统只是部分负荷运行，如果水泵系统是全功率运行，会造成很大浪费。因此，冷冻水系统采用水泵变频的形式，实现冷冻、冷却水量根据实际负荷变化进行调整，从而达到降低部分负荷时的能源损耗的目的。

　　在“鸟巢”的空调设计中，设计师们还充分考虑了对环境的保护，所使用制冷剂均为环保制冷剂，使破坏臭氧潜值和全球变暖潜值都尽可能小。厨房“拥有”净化处理措施，避免油烟对室外环境的污染。为保证空调区域的空气品质，在设计时充分考虑了保证送风品质的各种措施。新风采集口的位置合理设置；在空调机组及新风机组内设置高压静电除尘杀菌器，可净化并消除空气中的悬浮颗粒物、病毒、细菌、尘螨和化学污染物、粉尘、油污等，全面提升“鸟巢”的空气品质。