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国家体育场绿色奥运关键技术与应用 中国建筑设计研究院 建筑节能与新能源工程中心 丁高 主要内容 1. 国家体育场通风空调系统 2. 国家体育场雨洪利用系统 3. 国家体育场太阳能蓄电系统 国家体育场概况 国家体育场概况 建设地点：奥林匹克公园 建筑规模：总面积258000㎡，建筑高度69.21m，地上主体7层，地下1层 座席数量：91000，永久座席80000，临时座席11000 赛时功能：田径、足球、开闭幕式 赛后功能：国际国内体育比赛和文化、娱乐活动 开工时间：2003.12 1. 通风空调系统 1.1 设计指导原则 1.2 全年空调负荷动态模拟 1.3 赛时空调设计和赛后运营 1.4 地源热泵系统 1.5 空调水系统环形管网设计 1.6 场内热环境及风环境的数值模拟 1.7 天然冷源的利用 1.8 变频技术的应用 1.9 环境保护 1.1 空调通风设计指导原则 设计目标－确保使用功能的前提条件下降低能耗，合理利用天然冷源、可再生能源。 设计思想－先进的设计理念、成熟的科学技术，确保赛时功能、兼顾赛后运营、降低综合使用成本。 《奥组委体育场馆设计大纲》 《绿色奥运设计指南》 1.2 全年空调负荷动态模拟辅助设计 传统空调设计负荷计算 典型设计日的逐时负荷 缺陷：不能反应部分负荷工况运行 体育场空调运行特点：功能多样、部分负荷运行 全年负荷的逐时动态模拟 避免系统设计不合理、设备选型不合适、运行能耗大的弊端。 清华大学 建筑与系统动态模拟分析软件 Dest 全年8760h 模拟结果 冷热源技术方案比较 比较依据 体育场周边的市政管网现状及规划情况 供冷季冷负荷分布 比较内容 初投资 运行费用 全寿命周期 1.3 赛时空调设计和赛后运营模式 主要矛盾：比赛和赛后运营－赛时和赛后运营时的空调负荷相差约为26％； 比赛时段空调运行特点：易出现瞬时高峰，瞬时高峰冷负荷多出现在用电高峰时段，夜间冷负荷非常小； 解决思路：空调设计在满足赛时要求的同时，应尽量兼顾赛后运营的要求； 解决方法：冰蓄冷系统； 优势：减轻对市政电网的冲击，利用峰谷时间的电力差价，为业主节省运营费用。 1.4 地源热泵系统 地源热泵 ：节能、环保、可再生能源，积极响应“绿色奥运”和“科技奥运”的理念 ； 设计参数：均匀布置的竖井为200个,井间距4~5m，孔口直径250mm左右； 系统设计：地下埋管采用并联环路方式，分环路通过水平干管引至地源热泵机房 1.5 空调水系统环形管网设计 体育场制冷机房和热力站分别位于体育场内东北、东南和西南方位，需要设计环形空调供回水管网； 环形管网特点： 水力工况复杂 多个冷、热源联网运行 管网中存在压力平衡点，随着工况变化、系统调节，压力平衡点也会随之变动 环形管网水力计算 计算内容： 不同环形管网管径情况下，各用户流量分布情况 不同管径情况下，泵扬程及回水量计算 负荷改变引起的水泵扬程的改变 不同工况水力分析 计算软件：HydroNet软件 1.6 风环境及热环境数值模拟 计算目的：国家体育场自然通风的效果进行综合评价； 计算方法：计算流体动力学方法(CFD) 计算软件：Star-CD 计算模型： 计算结果 1.7 天然冷源在冬季及过渡季的利用 国家体育场南侧候场区：地下区域、外围护结构少、内热大－冬季需要供冷； 冬季和过渡季的部分时段，室外空气温度较低，在条件允许的情况下可以利用天然冷源来对室内进行空调降温； 1.8 变频技术在空调水系统中的应用 1.9 环境保护 制冷剂－环保制冷剂 厨房油烟净化－油烟净化率90％ 空调机组及新风机组－内设置高压静电除尘杀菌器 ...... 2. 雨洪利用系统 2.1 屋面排水系统 雨水排水系统设计 主要设计参数 雨水系统的形式选择 雨水排水系统 雨水系统的主要控制参数 设计重现期 100年，最大设计排水量290m3/min 屋面雨水排水系统和所用各种管道使用寿命≥30年 支承结构的设计工作温度：-27.4～65℃ 建设规模 雨水收集面积约22公顷 雨水收集能力： 比赛场地 144mm／次，即5年一遇一次不外排 其他用地范围86mm ／次，即2年一遇一次不外排 雨水贮水池6座，一次最多可容纳12000m3雨水 平均年回收雨水约67000m3，经处理后供水量52842m3。 雨水系统的形式选择 单纯的重力排水系统管径大、立管数量过多 屋面的条件使虹吸作用难以形成 溢流问题 组合式系统和集水槽 重力系统排水分区 重力雨水斗布置 虹吸系统排水分区 2.2 雨水利用系统 系统工作原理 雨水利用系统组成 “回用水”系统 雨水收集和泵送系统 雨水处理 自动控制系统 系统工作原理 雨水利用系统