被动式节能设计策略在体育建筑中的应用

被动式节能设计策略在体育建筑中的应用

赵铸

上海太禾城市设计咨询有限公司上海市200092

【摘要】建筑节能已成为全社会的共识，被动式节能是指建筑物本身通过各种自然的方式来收集和储存能量，建筑物与其周围的环境之间形成自循环的系统，不需要耗能的机械设备来提供支持也能充分利用自然资源，达到节约传统能源的效果。与主动式节能技术相比较，被动式节能技术更适用于体育建筑及体育建筑群的发展建设。本文主要探讨被动式节能设计策略在体育建筑中的应用，供设计同行参考与探讨。

【关键词】被动式节能、设计策略、体育建筑、应用

前言

被动式节能与主动式节能是一对相对的概念，主动式节能是指通过机械耗能来创造舒适的建筑环境，而被动式节能不仅能够节约资源，而且建造资金的投入较少，这种低成本高效率的节能技术有利于在我国建筑设计中广泛推广。在体育建筑中，也经常将被动式节能应用于设计之中，并且具有很好的发展前景。

1、建筑节能技术措施

分为主动式节能技术和被动式节能技术。体育建筑项目一般都为政府投资，而且多为城市重点发展区域的启动项目，在建设资金和后期运营上都受到很大的局限，主动式节能技术应用无法在短期内通过节省能源费用收回初期投资，导致其无法广泛、全面、充分地应用于体育场馆的建设中。被动式建筑节能技术则是以非机械电气设备干预手段实现建筑能耗降低的目标，具体指通过建筑功能的合理调配，有效利用基地，合并多类型建筑体量，多功能综合设计利用，在建筑规划和设计中通过对建筑朝向的、遮阳的设置、围护结构的保温等细部节点的技术措施采用，通过自然采光和自然通风来实现建筑能耗的降低。就体育建筑场馆的建设而言，一场多馆的建设规模为以建筑手段实现节能目标的被动式设计策略提供了很好的实验平台。本文总结了一些适用的被动式节能设计策略，供设计同行参考与探讨。

2、多类型组合设计策略

多个独立元素组合在一起发挥综合效力就是多类型组合设计策略，重载强调多种元素组合后所表现出的整体生命力。不同功能建筑的组合设计对使用者不但不会产生负面影响，还会带来很大的便利。更重要的是，这将为建筑的节能提供有利条件：多功能组合设计使所需的室外交通空间减少，建筑内的公共活动空间可以共享，减少了建筑的用地面积，从而有效地节约了土地资源；另外，组合设计后建筑外墙面比各自独立设计时减少很多，设备管线大大缩短，一些公共服务配套空间也可以共享，建筑总面积比各自独立设计时也大为缩小，从而降低了土建及基本设备的投资。对于体育建筑集群设计，体量的合并对于整体形象也会更加饱满，更加富有冲击力。

在上海八万人体育场和上海金山体育场中（图1），创造性地在看台下布置了星级酒店、体育用品商店以及超市，本着“以商养场”的原则，都取得了不错的经济效益。不仅使非赛时的闲置配套用房得到充分利用，而且也创造了一个可以有良好视线观看比赛的酒店空间，赛时相当于包厢，非赛时可以俯瞰绿茵。

可以看出，多类型组合的模式致力于寻找不同类型空间的最佳结合点，使几个方面在使用过程中相互促进，收到1+1>2的效果——这里每一种功能未必是最好的，但是它们并置在一起所产生的多功能复合优势是单一性的体育建筑所无法比拟的。

3、多功能复合设计策略

多功能复合设计策略侧重于同一空间的多功能利用，复合空间的体育建筑不再以单纯容纳体育比赛为目的，而是为体育产业及其相关产业提供多功能空间。这就要求从市场规律、供求关系、消费趋势等多方面认识场馆的设计，为场馆的日常使用提供多种可能。“建一个等于建多个”的思路在节能环保方面的意义自然不言而喻。在体育场馆设计中，深刻认识各类竞技项目对于空间的要求，充分挖掘空间的潜在生命力，使场地具有更强的适应性、灵活性、可变性和延展性，在非赛时可以和其他功能，比如观演、集会、会展、群艺、训练等相结合直接对外开放经营。

4、自然采光及通风设计策略

最直接的降低能耗的手段就是自然采光及通风。体育建筑与一般的公共建筑不同，很多赛事空间不能产生眩光。因此，在上海体育馆（图2）和汕头游泳馆（图3）项目里，采用了特氟龙PTFE膜材顶部整体采光和局部采光带的方式，很好地解决了因为建筑进深过大而导致的室内自然采光不均匀的问题。白天，自然光的照度能满足比赛训练的要求；晚上，顶部的反射光不仅满足了赛场上的照度要求，而且为建筑提供了内透式泛光景观照明，减少了泛光照明所需的设备投资和能耗。

规划布局上首先要考虑夏季主导风向，以达到良好的自然通风效果。但是体育建筑有自己的特殊性，规范中对于室外体育场地必须南北向的严格要求，使体育场在形态上只能通过罩棚的形态来引导风向。建筑内部的气流组织形式一般分为横向的贯通式和竖向的下进上出式。在上海旗忠森林体育城网球中心项目中，充分利用了网球馆的特性，完成了国内首个可开启屋盖的室内网球比赛馆（图4，5）。巨大的屋盖的运行开启过程成为极具视觉冲击力的场景，也使建筑本身成为赛事的标志性亮点。

5、外墙保温及外遮阳设计策略

建筑外保温技术作为节能规范在国内已经强制执行，但其用于体育建筑中还有些新的设计问题值得关注。比如，大空间内部要考虑吸声，否则混响时间太长，影响运动员的感受；金属屋面要考虑隔声，否则下雨会引起“敲鼓”效应；对于环境比较潮湿的游泳馆，其吸声及保温材料的维护也是经常遇到的难题。因此，如何把吸声、隔声材料和外墙、屋面保温材料有效地结合是一个值得探讨的问题。在沈阳奥体中心游泳馆项目中，采用了透声、隔气的杜邦PVF膜，使其在室内外温差有60多℃的北方气候条件下，仍然能够正常运转。

建筑外遮阳策略包括混合遮阳、水平遮阳、外遮阳帘、竖向遮阳、内遮阳帘等。体育建筑由于其巨大的尺度关系，往往会在立面处理上忽略细部的设计，而遮阳装置的设置恰恰在小尺度上提供了细部设计元素。在沈阳奥体体育馆项目中，玻璃内侧设置了附属金属穿孔板，既起到遮阳的效果，又形成了一种特殊的立面纹理，取得了和谐的外立面效果（图6）。同时，大悬挑的屋盖也是一种很有效的遮阳方式。在沈阳奥体网球中心项目中，进深超过20m的大屋盖形成了强烈的虚实阴影关系，既烘托了建筑本身，又使整个建筑群体充满变化，和而不同（图7）。

6、热反射及屋面覆土技术策略

反射热量是克服热导效应的一种技术措施。体育建筑的集群化使大体量的体育建筑之间很容易形成组团内的热岛效应，加大了建筑室内的能源负荷，所以墙面和屋面尽量考虑采用浅色材料以反射热量。绿化屋面也是当下很常用的一种节能措施。找坡层平均厚为100mm，再加上覆土厚度为80mm的屋面，其传热系数k＜1.5W/（m2•k）；而当覆土厚度大于200mm时，其传热系数k＜1.0W/（m2•k）。因此，夏季绿化屋面与普通隔热屋面相比较，屋顶表面温度平均要低6.3℃，屋面下的室内温度平均要低2.6℃。可见，屋顶绿化作为夏季隔热措施有显著的效果，可以节省大量空调用电量，而且还可以降低周围建筑的环境温度。在上海体育中心项目中，大量使用了绿化屋面作为停车场的顶盖，避免了大量的硬质铺装路面暴露于日照之下，同时为市民提供了一个完全无机动车的体育公园的概念（图8）。

7、结语

建筑的节能设计是一个复杂的工程，被动式节能低投入高效率，适合在我国建筑设计中推广，但需注意节能措施不能生搬硬套。在不增加初期建设投资和运营维护费用的条件下，使体育建筑场馆变得更加绿色，不仅是每个建筑师的心愿，更是引导社会正能量的建筑发展之道。

参考文献：

[1]陈华晋李宝骏董志峰.浅谈建筑被动式节能设计[J]．建筑节能，2007，35(3):29-31．

[2]李晋.体育馆的自然通风设计方法研究[J]．昆明理工大学学报，2008.

[3]金坤等.临海市体育中心体育馆建筑设计[J]．建筑学报，2009，12：52．