国家体育场鸟巢节能减排专题研究报告精编版
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国家体育场（鸟巢）节能减排专题研究报告
摘要：本文通过对国家体育场（鸟巢）工程的发电系统、水供给措施、暖通工程、结构材料、保温材料和照明设计等多方面进行了较为深入的建筑节能减排与生态环保专题的研究，并从中获得建筑节能相关方面的启示，总结出该工程对以后的建筑节能举措可资借鉴的地方。以对国家体育场具体工程案例的分析与总结，巩固对建筑节能课程的学习与实践。
关键词：国家体育场;鸟巢;节能减排;生态环保 一． 项目概况
国家体育场坐落在北京奥林匹克公园中心区的南面，是北京承办2008年第29届夏季奥运会的主体育场。在奥运会圆满结束后，国家体育场成为了广大人民群众参加体育活动的专业性大型场所和国内外游客争相参观的景点，并且作为地标性的创新建筑继续发挥着它的功能。
国家体育场形如鸟巢，又似摇篮，无不寄托着人类对孕育新生的期许和对未来的憧憬。杰出的设计师们对这个场馆外部并未做多余处理而将结构袒露，自然而然地形成了鸟巢之状，“鸟巢”之名便油然而生。
国家体育场作为目前为止全球最大的环保型体育场，“鸟巢”——这座拥有万个座位的大型体育类建筑，以其精巧独特的造型、与时俱进的高科技工程、环保绿色的整体设计而备受世人瞩目。
二． 太阳能光伏并网发电系统与砷化镓薄膜太阳能技术
当今全球性的课题之一就是能源危机和生态环境的恶化，面对国家体育场这一庞然大物，对于电力资源的需求量不言而喻。而电力资源作为二次能源，必然在生产和使用过程中具有相当大的能耗。因此，太阳能作为一种可再生能源，其利用前景以及所具备的资源潜力都非常可观。
于是，在无锡尚德电力有限公司的技术支持下，在国家体育场中建成了一座100kW光伏并网发电系统。该系统安装在主体建筑四周的7个安检棚顶部，由于条件限制，每个安检棚的区域均被设计为一个并网发电单元，就地并网发电。
根据专业的模拟计算结果显示，国家体育场100kW光伏并网发电系统能够提供约万千瓦时/年，每年可减少排放的CO2量约吨。
另外，据新闻报道：2014年8月，国家体育场与汉能控股集团在鸟巢金色大厅联合宣布，汉能正式成为国家体育场战略合作伙伴、清洁能源技术唯一合作伙伴。同时，汉能成功并购美国阿尔塔设备公司(AltaDevices)，借此拥有全球转化率最高的砷化镓薄膜太阳能技术，该项技术将率先应用在鸟巢的提升清洁能源效率方面。砷化镓太阳能电池具有柔性可弯曲、质量轻等优势，与鸟巢复杂的钢结构可实现无缝对接，还能创造出建筑本身绿色发电的能力，环保与经济效益十分可观。
三． 雨洪利用
我们深知，北京是一座水资源紧缺的城市。北京的水资源分布本身并不充裕，再加上近年来气候干旱、城市化步伐加快和人口的大量迁入，导致水资源供需矛盾十分突出。尽管国家南水北调工程能缓解一定的水资源压力，但是并不能彻底地解决水资源匮乏的重大问题。本着绿色环保理念设计的国家体育场，在水的供给问题上，设计人员自是不能坐视不管，也决不允许加剧北京水资源供应的负担。
国家体育场有七成的供水都由回收水代替，其中23%来自于降雨。这主要归功于其功效显着的雨洪利用系统。在鸟巢的顶部装有专门的雨水回收系统，雨水会通过专门的管道流入体育场周边地下的6个蓄水池中，再经过系统先进的过滤处理工艺，这些被收集起来的雨水最终就变成了可以用来绿化、冲厕、消防甚至是冲洗跑道的回收水，有效地提高了水资源的循环利用率，大大降低了市政供排水量。
雨洪利用系统年回收利用的雨水量可达到年平均总降水量的近三分之二，可有效地减少北京市的供水负担，降低径流量，减少市政水管网的压力。与使用自来水相比，还能为业主节约大量的水资源费、自来水费和排污费，同时每年能节约大概400万元的城市防洪费，具有显着的经济效益。 四． 地源热泵技术与冷源设计
国家体育场在承担北京奥运会的比赛任务后，依然需要发挥它的功能，如果只考虑赛时要求而不顾赛后的运营要求，那么在奥运会落幕之后，鸟巢将会面临许多改造才能得以继续正常使用，甚至会导致部分地方可能会由于事先未考虑的因素而难以改造的现象，从而造成国家体育场功能和经济等多方面不必要的损失。
“足球场下暗藏的环保机关”应运而生。这个看似神秘的机关实际是312口地源热泵系统井深入地下75m。“地源热泵系统”，简而言之就是利用井水冬暖夏凉的特性，以分区域的方式应用地源热泵、冷热水机组三联供，可同时实现夏季制冷、冬季采暖和生活热水供给。
冷源设计方面，体育场赛时和赛后运营模式的负荷计算结果显示出：其赛时空调冷负荷约为赛后商业运营模式的70％，其余30％的负荷处于冰蓄冷系统合理的削峰范围内。与此同时，考虑到空调负荷有赛事时易出现瞬时高峰，且多在北京市用电高峰时间段，而其他时段负荷较为平稳的特征，因此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。
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各个时段的供热要求；候场区的空调系统也兼顾了赛后运营的要求。如此一来，在奥运会落幕之后，国家就可以尽量地降低其改造工作量和节约二次投资。 五． 膜结构技术应用
国家体育场的膜结构由两部分构成，分别是上层镶嵌在主体钢结构上层钢梁区格之间透明的ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）膜结构和下层悬挂在主体钢结构下层钢梁下面半透明的PTFE（聚四氟乙烯）膜结构吊顶。
作为像鸟巢这类大型体育建筑的ETFE膜，最明显的优势在于其可加工成任意形状和大小，以满足大跨度的需求。作为一种充气后使用的材料，ETFE膜可以通过对充气量的控制，实现对遮光度和透光性的调节功能，有效地利用自然光，同时也起到保温隔热效果。除此之外，ETFE膜还具有的环保特性是它的自清洁功能，清洁周期大约为5年，能够不让灰尘附着在膜上，大大减少了人工清洁的工作，也能保持鸟巢作为地标性建筑的风貌。
而PTFE膜在环保节能方面具有独特的光学性能：白天入射光线通过它以后能转变成均匀分布的自然温射光，避免人因强烈的集中光线而目眩；而且它能阻止紫外线的透射，防止体育场内部的装饰材料及设备的褪色；夜间高反射性可以产生很好的照明效果，降低对电能的依赖，可谓是一举多得。
ETFE和PTFE膜材作为可循环利用的新型建材，它们的开发与应用，使人们摆脱了对钢材、混凝土等传统建筑材料的严重依赖，打破了陈旧的建筑观念，为建筑行业带来了一场新的革命。
六． 聚氨酯保温材料筑起节能防火墙
在鸟巢的建设中，许多节能环保型材料都投以大量使用，积极响应“绿色奥运”的口号。对于其保温材料的要求，自然而然首先得符合环保的大前提，比如所选保温材料的发泡剂必须对臭氧层无害；其次是保温性能要好，要满足建筑节能整体达到65%的国家标准；最后，作为建筑保温材料，还要具备一定的抗压强度、尺寸稳定性和优良的阻燃性等。
综合考虑上述要求后，在鸟巢看台内墙墙体中，有超过66%的保温材料都选用了聚氨酯现场喷涂干挂外饰面系统，只需3厘米厚度即可满足相应要求。聚氨酯保温材料可以不采用任何粘接剂而做到整体无接缝；加工简单方便，不需要模具，很大程度提高了劳动生产率；使用寿命长，减少材料老化等原因造成的更换；同时还兼具防水与隔音等附加功能。 七． 绿色照明
国家体育场的照明主要分为两部分：内部是场地照明，外部是夜色景观建筑照明。无论体育场举办着多少运动项目，都必须要同时满足相关的国际奥委会等机构组织对场地照明的要求标准，否则体育场将面临无法验收的尴尬。
在满足场地照明的要求同时，我们也需要注意到鸟巢的文化主题。一个建筑要有生命力，就必须具有内涵和特色。这一表现可以是中国之红，白天鸟巢墙面在阳光下，钢结构分外明丽，而到了夜晚，红墙在灯光照射下温暖厚实。而为了钢结构能在灯光映射下展现出的剪影效果，红墙的照明设计尤为重要。
于是，鸟巢奥运场馆照明重点采用了立面照明设计原理，利用丰富的光线将体育场从内而外照亮，塑造出外层钢梁和柱子的剪影，以产生鲜明的视觉效果，使建筑物在白天和夜晚里彰显出截然不同的特色。照明系统之所以称之为“绿色照明”，源于它三部分节能环保的组合：首先为设计，接着是产品，最后就是控制系统，三者相辅相成，以科学的手段达到最佳照明效果，减少能耗，避免不必要的能源输出。
八． 国家体育场节能工程的启示
随着社会和经济的大力发展，能源潜在的危机和自然环境的恶化问题日益突显，人们在追求快速发展的步伐中得以审视自身的行为。我国近些年来纠偏改错，倡导又好又快发展，在全社会重视生态环保、节能减排的今天，人民意识的提升，正逐渐改善着人与自然的关系。
作为国家标志性建筑的国家体育场（鸟巢），是生态环保节能减排的一个重要典范。从建筑材料的选择到先进绿色技术的应用，无不体现出一个国家对于环保、对于节能的重视，而所取得的成绩又何尝不是我国支持发展绿色环保技术，构建人与自然和谐社会的强有力证据？
在鸟巢这项工程中，我们可以看到：工程正逐步摆脱对旧建材的依赖，选用新型环保建材，优化废弃物的回收处理；在工程技术方面都是具体问题具体分析，从实际出发综合考察各项因素，吸收国内外优良的科技成果，采用先进的节能减排工程措施。
九． 《建筑节能工程》学习体会
在本学期我选修了《建筑节能工程》，感觉收获颇丰。最重要的一点是构建了我的建筑节能的基本理念。虽然在课程中囿于课时和专业的限制，涉猎深度不够，但是以此为契机所建立的建筑节能的思路是我最大的获益。“建筑节能”，
起初在发达国家被定义为减少建筑中能量的散失，当下更普遍的说法是提高建筑中的能源利用率，在保证建筑使用的舒适性的基础上，合理分配、使用能源，在材料和技术等方面不断提升能源利用效率。
能源潜在的危机和自然环境的恶化，鞭笞着人们以往错误改造自然的恶行。现在的我们通过回顾历史，借鉴历史，思想意识上有了更新更高层次的认识，我们也正以先进的思想为指导，改善人与自然的关系，构建和谐社会。
通过《建筑节能工程》的学习与总结，我能运用所学知识去考虑一个单体建筑或是一个工程项目在节能减排、生态环保方面可能需要应对的问题，我能通过查阅书籍文献等资料、运用网络等手段，提出在我专业范畴内的基本解决思路，并学习了解一些节能减排的具体工程措施。在面对建筑节能的具体案例时，我能够从中汲取养分获得启示，并总结其可资借鉴之处，以供我以后面对全新或陌生工程的考察思量奠定基础。
赵老师课上的教导与他在建筑节能方面的实践成绩，指导和激励着我们持之于恒地学习与实践。建筑节能是必须落到实处的，空谈只是竹篮打水，实干才是知识理论付诸实现的不二法门。 十． 参考文献
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[5]刘鹏,郭汝艳,赵昕,朱跃云,张燕平,吴连荣,刘振印,傅文华.国家体育场绿色奥运关键技术——雨洪利用[J].第六届亚太地区基础设施发展部长级论坛暨第二届中国城镇水务发展国际研讨会论文集,2008.
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