国家游泳中心“水立方”暖通空调设计亮点介绍
会所游泳馆暖通空调设计探讨
会所游泳馆暖通空调设计探讨摘要：本文介绍了北京地区某会所游泳馆的暖通空调系统设计，并简单地叙述了会所游泳馆类建筑的特点，对防结露问题进行了探讨。
设计的主要内容有：暖通空调系统形式的选择、会所游泳馆的空调负荷计算、设备的选型及气流组织方式的选择。
关键词：除湿热泵空调负荷计算防结露1 工程概况本文所介绍的游泳馆坐落于北京，共三层，地上两层，游泳池设于地下一层，泳池南侧外围护结构采用大面积落地窗，窗外毗邻下沉广场。
空调机房位于地下一层，冷热源由除湿热泵机组提供，冬季辅助热源为小区锅炉房。
泳池池厅面积为705m2，层高7.3m，内设25×10m四泳道练习池及65m2戏水池各一座，池水面积315m2，池水体积440m3，池边面积250m2。
2 会所游泳馆的特点会所游泳馆的服务对象主要以小区居民为主，不设观众席，池厅内水面所占面积较大，在空调系统设计上需要注意如下几点：1）其热湿负荷较大，在寒冷季节，还需防止围护结构表面结露的问题；2）其服务对象中以老人与儿童居多，池水设计温度也会相应提高。
本工程设定为28℃，相对湿度为70%；3）国内泳池一般采用氯化物消毒，很少采用臭氧消毒，泳池水面蒸发出来的含氯水汽，对建筑结构、金属风管、设备等具有腐蚀性；4）由于游泳馆的排风量很大，池水也需定期更换，再加上淋浴以及池水加热等，这些耗热量是很大的。
因此，必须应用各种方法对这些能量进行回收和利用。
3 游泳馆空调系统形式本工程采用了除湿热泵空调系统，其工作原理如下：除湿热泵空调机组的风机从游泳池室内抽入温暖潮湿的空气，空气流经蒸发器盘管，将热能传递给制冷剂。
这种能量交换可使空气温度降至其露点温度以下，在蒸发器盘管上结露，形成的凝结水流入设备的盛液盘中。
低温液态制冷剂流经蒸发器之后变为低温低压的气态制冷剂，然后进入设备的压缩机，经压缩变为高温高压气体。
在进入压缩机期间，制冷剂吸收了压缩机的能量。
之后，这种高温气态制冷剂可以流经空气再热盘管、池水冷凝器或者风冷式冷凝器。
奥运会体育场馆暖通空调系统设计及分布式能源系统
奥运会体育场馆暖通空调系统设计及分布式能源系统培训小结此次13-15日的培训由中国建筑科学研究院组织，培训主要内容即08年北京奥运会主要体育场馆（国家体育场“鸟巢”和国家游泳馆“水的立方”）暖通空调系统设计及分布式能源系统介绍，分别由丁高、毛红卫和李先瑞三位老师授课，以下为此次培训小结。
一、国家体育场“鸟巢”本项目主要投资方有北京国资公司、中信集团公司、北京城建集团，三方成立了国家体育场有限公司负责建设及运营。
经过今年5月份的“奥运瘦身”计划之后，国家体育场的设计做了部分调整，原方案中可开启的活动屋顶取消，同时上部开口的面积扩大，由原来的投影至田径跑道的外边缘扩大到第一排观众席的外边缘，主体钢结构的投资减少。
原设计观众总量10万人，后来削减为9.1万人，其中1.1万人为临时座位，奥运结束之后保留8万人的正常使用规模。
国家体育场的总建筑面积约258,000m2，地下两层，分别为B1和0层，地上7层。
0层为室外地坪起坡形成。
B1层主要功能为停车场及人防，0层的主要功能为各种工艺技术用房。
F1、2、5、6、7为观众看台，F3为餐厅，可容纳2000人同时就餐，F4为在比赛期间为VIP、VVIP等提供服务的高级包厢，赛后F4将改造为高档酒店。
在鸟巢周边设12个核心服务筒，消防通道、水电风等专业干管均设在核心服务筒内。
建筑总高度约为33.8米。
奥运会比赛期间投入使用的总建筑面积约151000m2，其中空调面积大约107000 m2，通风面积约44000 m2。
在奥运会比赛期间，空调系统冷源使用常规电制冷结合地源热泵冷源系统。
空调尖峰负荷为14892.8kW，在南北方向各设一处电制冷机房，每个机房内各配置两台1000RT的双工况制冷主机（螺杆机还是离心机未定）。
冷却塔布置在一个鸟巢外围景观区的一下沉广场内，采用了鼓风式冷却塔。
土壤热交换器地源热泵（GSHP）系统可以提供约1500kW的冷量，土壤换热器管道埋管深度100m，有效深度95m。
“水立方”特色探秘5页
“水立方”特色探秘一、“水立方”简介“水立方”自2003年12月开建，历时4年多完工。
它融合了众多时代前沿的高新科技，是名副其实的建筑大手笔。
场馆名称：国家游泳中心地点：奥林匹克公园建筑面积：79， 532平方米功能：举行游泳比赛、跳水比赛、花样游泳比赛完工时间：2007年10月二、“水立方”特色揭秘1.“水立方”最大的特色是它的膜结构“水立方”是世界上最大的膜结构工程，建筑外围的“泡泡”所用的材料是“ETFE”，也就是我们常说的“聚氟乙烯”。
这种材料耐腐蚀性、保温性俱佳，自身清洁能力强，可以利用自然的雨水完成自身清洁。
跟玻璃相比，这种新兴的环保材料可以透进更多的阳光和空气，能让泳池保持恒温，能节电30%。
除了地面以外，“水立方”通体采用了膜结构，是世界上最大的膜结构建筑。
它是许多高新技术产物的综合体：首先是它具有较强的隔热功能，在天气炎热的时候，为场内空调的节能大大地做出了贡献；其二，半透明的气枕透光性很好，四面映射的自然光与室内照明相结合，根据场内活动的需要，由计算机通过气枕控制着透光量，可以随时调节，使场内没有任何光照死角。
其三，“水立方”采取的LED景观照明方案，使晚间的气枕放射出梦幻般的蓝色光芒。
其四，这些膜材料不仅环保节能，具有利用雨水自洁的功能，每年还能回收雨水一万多吨，相当于一百户居民一年的用水量。
2.耐高温715℃的燃点不容易起火“水立方”外层膜的延展性也很强，可以被拉伸到本身的3~4倍。
715℃的燃点将保证膜结构的消防安全，即便被点燃，这种材料在燃烧时也并不会扩散，且无烟、无燃烧物掉落。
“水立方”膜结构的充气系统是全自动的，其中任何一个细节出现问题，工作人员都能通过电脑及时监测到。
每个气枕都有一个相对独立的充气系统，不会出现一损俱损的情况。
气枕的维修也非常方便，万一出现外膜破裂、漏气的情况，工作人员将在8小时对破损的外膜修补或更新。
3.“水立方”自己会“洗脸”“水立方”的膜材料ETFE不仅环保节能，还具有自洁功能。
奥运会体育场馆暖通空调系统设计及分布式能源系统
奥运会体育场馆暖通空调系统设计及分布式能源系统培训小结此次13-15日的培训由中国建筑科学研究院组织，培训主要内容即08年北京奥运会主要体育场馆（国家体育场“鸟巢”和国家游泳馆“水的立方”）暖通空调系统设计及分布式能源系统介绍，分别由丁高、毛红卫和李先瑞三位老师授课，以下为此次培训小结。
一、国家体育场“鸟巢”本项目主要投资方有北京国资公司、中信集团公司、北京城建集团，三方成立了国家体育场有限公司负责建设及运营。
经过今年5月份的“奥运瘦身”计划之后，国家体育场的设计做了部分调整，原方案中可开启的活动屋顶取消，同时上部开口的面积扩大，由原来的投影至田径跑道的外边缘扩大到第一排观众席的外边缘，主体钢结构的投资减少。
原设计观众总量10万人，后来削减为9.1万人，其中1.1万人为临时座位，奥运结束之后保留8万人的正常使用规模。
国家体育场的总建筑面积约258,000m2，地下两层，分别为B1和0层，地上7层。
0层为室外地坪起坡形成。
B1层主要功能为停车场及人防，0层的主要功能为各种工艺技术用房。
F1、2、5、6、7为观众看台，F3为餐厅，可容纳2000人同时就餐，F4为在比赛期间为VIP、VVIP等提供服务的高级包厢，赛后F4将改造为高档酒店。
在鸟巢周边设12个核心服务筒，消防通道、水电风等专业干管均设在核心服务筒内。
建筑总高度约为33.8米。
奥运会比赛期间投入使用的总建筑面积约151000m2，其中空调面积大约107000 m2，通风面积约44000 m2。
在奥运会比赛期间，空调系统冷源使用常规电制冷结合地源热泵冷源系统。
空调尖峰负荷为14892.8kW，在南北方向各设一处电制冷机房，每个机房内各配置两台1000RT的双工况制冷主机（螺杆机还是离心机未定）。
冷却塔布置在一个鸟巢外围景观区的一下沉广场内，采用了鼓风式冷却塔。
土壤热交换器地源热泵（GSHP）系统可以提供约1500kW的冷量，土壤换热器管道埋管深度100m，有效深度95m。
水立方工程施工特点
水立方工程施工特点国家游泳中心，别名水立方，是北京市为2008年夏季奥运会修建的主游泳馆，也是北京奥运会的标志性建筑物之一。
水立方的施工具有许多独特的特点，主要体现在以下几个方面：一、创新的设计理念水立方的设计方案是经过全球设计竞赛产生的“水的立方”（[H2O]3）方案，由中国建筑工程总公司、澳大利亚PTW建筑师事务所、ARUP澳大利亚有限公司联合设计。
设计体现出创新的设计理念，融建筑设计与结构设计于一体，设计新颖，结构独特。
二、独特的结构体系水立方的设计主体由两万多根组装位置都不同的钢杆骨架搭建，外层用ETFE膜（四氟乙烯）全封闭。
这种结构体系是泡沫理论在建筑工程上的首次尝试，造型新奇，如梦幻般的水立方的建设面临着前所未有的世界级难题。
三、新材料及新技术工艺的应用针对水立方工程的特点难点，中建一局装饰公司积极推广应用新材料及新技术工艺，同时结合工程的特点难点，在新技术的应用中突破创新，并获得多项技术专利。
例如，首次采用的ETFE膜材料，可以最恰当地表现水立方。
四、严格的质量目标和管理由于水立方工程的重要性，中建一局集团装饰工程有限公司决定将此工程作为公司重点工程，并按照有关要求制定了严格的质量目标。
在施工过程中，严格遵循相关质量标准，确保施工质量。
五、优秀的工程奖项水立方工程在施工过程中，荣获了多项优秀工程奖项，如“2008年北京市建筑装饰优质工程奖”、“全国建筑工程装饰奖”、“建筑工程鲁班奖”、“詹天佑奖”、“北京市示范工程”等。
这些奖项的获得，充分证明了水立方工程施工的高质量和高水平。
综上所述，水立方工程施工具有创新的设计理念、独特的结构体系、新材料及新技术工艺的应用、严格的质量目标和管理、优秀的工程奖项等特点。
这些特点使得水立方工程成为了一个具有世界水平的优秀工程，也为我国建筑事业的发展做出了重要贡献。
建筑工程实例分析——水立方
建筑工程实例分析——水立方摘要：国家游泳中心作为2008年奥运会的重要场馆，以其独特的建筑外形吸引着全球的目光。
“水立方”采用新型多面体空间结构，并在单纯被切割的空间结构上加以优化，形成了特殊的空间结构。
建筑的外表面全部由ETFE充气膜覆盖，建筑充分利用ETFE充气膜的优势，细化膜结构的构造，形成完整、封闭，具有良好物理性质的使用空间。
本文从“水立方”这一建筑实例出发，着重分析建筑的多面体空间结构，和特殊的膜结构，以及在膜结构基础上进行的排水、保温、隔热、隔声构造处理。
关键词：水立方多面体空间结构ETFE膜结构1工程概况国家游泳中心位于奥林匹克大道的西侧，占地61295㎡，在国家主体育场以西约200m。
由中建总公司牵头、联合中建国际() 设计顾问XX、澳大利亚PTW 建筑师事务所和悉尼ARUP 工程顾问XX组成的设计联合体提交的“水立方”方案在严格的国际竞赛中胜出成为国家游泳中心的实施方案。
“水立方”由中方建筑师提出的方型建筑造型体现了与国家体育场(“鸟巢”) 的和谐共生, 由ARUP 工程师创造的摹仿水泡组合形式的全新结构形式，具有高度重复性又呈现出一种随机无序的总体感觉，屋面和墙体内外统一采用ETFE 充气枕覆盖，整体建筑形态简洁纯朴而又富于变化。
“水立方”的平面尺寸为176.538m×176.538m，高度约31m，地下2层，地上主体单层、局部5层。
建筑外包钢结构屋盖和墙体采用新型多面体空间刚架结构,屋盖厚71211m，墙体厚31472m 和51876m。
墙体底部支承于11009m(外墙落地墙) 和61350m(内墙及门洞) 标高的钢板2混凝土组合梁平台上。
“水立方”的覆盖结构采用ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物) 充气枕结构，屋盖和墙体的内外表面均覆以ETFE 充气枕，最大的单个气枕面积约71㎡、跨度9m 左右,ETFE 膜材的用量约30 万平方米。
上：赛后座位工程区位下：赛时座位2多面体空间钢架结构的构造分析国家游泳中心工程地上钢结构墙体和屋盖为新型多面体的空间钢架结构体系，多面体的空间钢架结构几何构成的理论基础是“气泡理论”，即用两种不同的单元体，一种是14面体，另外一个为12面体，将三维空间细分为若干小部分，每个部分的体积相等但保证接触表面积均最小”这种多面体组合被称为wp多面体。
《国家游泳中心——水立方》阅读练习及答案
《国家游泳中心——水立方》阅读练习及答案国家游泳中心——水立方阅读材料国家游泳中心——水立方国家游泳中心又被称为“水立方”(Water Cube)，位于北京奥林匹克公园内，是北京为2008年夏季奥运会修建的主游泳馆，A也是2008年北京奥运会标志性建筑物之一。
国家游泳中心建设主要的先进节能技术包括热泵的选用、太阳能的利用、水资源综合利用、先进的采暖空调系统，以及控制系统和其他节能环保技术，如采用内外墙保温，减少能量的损失;采用高效节能光源与照明控制技术等。
这些新标准、新技术、新材料的采用，为我国今后建筑节能建设起到了良好的示范作用，还可进一步带动和促进我国建筑节能技术产业化的发展。
水立方首次采用的ETFE膜材料,可以最恰当地表现“水立方”，“水立方”的外形看上去就像一个蓝色的水盒子，而墙面就像一团无规则的泡泡。
这个泡泡所用的材料“ETFE”，也就是我们常说的“聚氟乙烯”。
这种材料耐腐蚀性、保温性俱佳，自清洁能力强。
国外的抗老化试验证明，它可以使用15至20年。
而且这种材料也很结实，据称，人在上面跳跃也不会损伤它。
同时由于自身的绝水性，它可以利用自然雨水完成自身清洁，是一种新兴的环保材料。
犹如一个个“水泡泡”的ETFE膜具有较好抗压性，厚度仅如同一张纸的ETFE膜构成的气枕，甚至可以承受一辆汽车的重量。
气枕根据摆放位置的不同，外层膜上分布着密度不均的镀点，B这镀点将有效的屏蔽直射入馆内的日光，起到遮光、降温的作用。
国家游泳中心——水立方阅读题题目1.请你根据*内容对你的朋友简单介绍一下“水立方”：(3分)2.从A、B两句中任选一句，说说加点词语的表达效果：(2分)3.仔细研读最后一节，说说“水立方”采用 ETFE膜作为材料的原因：(3分)4.“绿色奥运、科技奥运、人文奥运，作为北京奥运会的三大核心理念，对于北京奥运会的各项工作具有纲领性指导意义。
”请结合上文，分别说说“水立方”是如何体现“绿色奥运、科技奥运”理念的。
国家游泳中心“水立方”暖通空调设计亮点介绍[1]
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Annual Elec. Lighting Consumption Comparison: Water cube vs. Reference Building
Area
Competition Pool Leisure Pool Bubble Bar
Shopping Corridor South
Shopping Corridor North
国家游泳中心“水立方”暖通空调设计亮点介绍
毛红卫
国家注册工程师，副总工程师, ASHRAE 会员 中建国际设计顾问有限公司 (CCDI) 2008.11.14
内容 Contents
1 创新的ETFE 幕墙建筑热工设计 2 高效节能的暖通空调系统 3 泳池防结露设计 4 暖通空调系统在“快速泳池” 中的贡献
• Frits painted on ETFE： Diameter = 16mm，Density = 10%、 20%、30%、50% and 65%。
Daylight Illumination of the Olympic Pool Hall
Visualisation of the Olympic Pool Hall, Daylight Only
全年累计冷负荷
年空调用电量
33
40
45
50
Cavity Temperature（℃）
10200 10150 10100 10050 10000 9950 9900 9850 9800
Cavity Ventilation Temperature vs. Annual AC Elec. Consumption
比赛大厅室内空气温度
Temperature distribution in Sept., Leisure Pool, Natural Ventilation Mode
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国家游泳中心“水立方”暖通空调设计亮点介绍毛红卫国家注册工程师，副总工程师, ASHRAE 会员中建国际设计顾问有限公司(CCDI)2008.11.14内容Contents1 创新的ETFE 幕墙建筑热工设计2 高效节能的暖通空调系统3 泳池防结露设计4 暖通空调系统在“快速泳池”中的贡献Example in Green Building Design:National Olympic Swimming Center 项目地点：北京市景观路总建筑面积：87283㎡层数：地上赛时3层、赛后5层，地下2层设计/竣工：2003年/2006年建筑设计合作公司：PTW Architects工程合作公司：Ove Arup PYDProject location：Jingguan Road, BeijingBuilding Area:87283㎡Level: On ground 3 floors during the Games, 5 floors after the Games,2 underground floorsDesign/Completion：2003/2006Architectural Partner：PTW ArchitectsEngineering Partner：Ove Arup PYD1 创新的ETFE 幕墙建筑热工设计外墙材料ETFEFacade Material ETFE简介Brief立面的双层皮结构由一系列小的单元组成，每个单元的外面都覆盖着一层薄膜-双层聚四氟乙烯（ETFE）。
The facade system is comprised of a series of paneled units that are mounted as internal and external skins.A series of Ethylene Tetra Fluoro Ethylene (ETFE) bubbles.材料性能Material Performance1.阻燃材料，熔点为275摄氏度2.优秀的隔热保温性能3.良好的自洁性4.轻质，每层仅0.2MM厚5.良好透光性能6.正常使用寿命30年。
1.Self-extinguishing quality，Melttemperature 275o C2.Excellent thermal insulation3.Self-cleaning surface4.Light weight, average thickness is 0.2MM5.Good light permeability6.Design life 30 yearsThe building physics concept is to develop a lightweight insulated façade that acts in principle as a greenhouse as swimming pools are predominantly heating driven in cold area.The translucent triple skin bubble façade acts like a green house to trap the power of the sun thus providing passive heating to the pool and surrounding areas.建筑热工设计策略Thermal Design Strategy宗旨:设计一个轻质保温的阳光房，因为对于寒冷地区游泳池类型的建筑物来说，热需求是主要的。
ETFE气枕实现了被动太阳能加热的目的。
key thermal characteristics of the ETFE bubble façadeU-values of Roof0.68 w/m 2.K U-values of Wall 0.88 w/m 2.K可变遮阳系数的围护结构Seasonally Variable Shading Design•冬季平均遮阳系数为0.4，–SC= 0.4 in winter•夏季为0.2。
–SC = 0.2 in summer •Measures：•1、空腔内进行通–Ventilated Cavity•2、不同朝向的ETFE外墙采用不同密度的图案。
–patterning the various layers ofthe facade with translucentpainted ‘frit’.通过调整薄膜上的镀点密度，获得0.13～0.59不等的遮阳系数，使之实现建筑设计所需满足的热工性能。
自然光研究Daylight Study•传热系数、透光率、遮阳系数决定了气枕ETFE层数及镀点密度The number of ETFE layers and the density of frits painted on ETFE are designeddifferently to optimize the heat-transfercoefficient, light transmittance, and shading coefficient of the facade.•Frits painted on ETFE：Diameter = 16mm，Density = 10%、20%、30%、50% and 65%。
Daylight Illumination of theOlympic Pool Hall Visualisation of the Olympic Pool Hall, Daylight Only2 高效节能的暖通空调系统节能技术：•被动太阳能加热•空腔通风•自然通风•自然光应用•空调冷水机组热回收技术，将废热回收用于生活热水及游泳比赛池池水加热，节省80万度电/年。
•空调系统采用了排风热回收技术•充分利用室外新风在冬季对内区提供“免费制冷”•分层空调、分区空调•性能华消防技术•等等Peak Cooling Load（KW）AccumulativeCooling Load（MWh）Peak Heat Load（KW）AccumulativeHeating Load（MWh）Solid Wall581.48220.841577.362760.44 Translucent ETFEWall874.94543.791366.942149.68 Difference-293.46-322.95210.42610.76 Elec. -92.3175.9被动太阳能加热Passive Solar Heating最大冷负荷（KW）累计冷负荷（MWh）最大热负荷（KW）累计热负荷（MWh）不透明墙体581.48220.841577.362760.44半透明ETFE墙体874.94543.791366.942149.68负荷差-293.46-322.95210.42610.76折合电量-92.3*175.9**注：* 制冷系统综合COP按3.5计算；** 水立方采用市政供热，根据《绿色奥运建筑评估体系》中的能质系数0.288进行折合。
400045005000550060006500700075008000不通风1/3通风2/3通风全通风Cavity Ventilation Mode 全年累计冷负荷（M W h ）980099001000010100102001030010400年空调用电量（M W h ）全年累计冷负荷年空调用电量4000450050005500600065007000750033404550Cav ity Temperature （℃）全年累计冷负荷（M W h ）98009850990099501000010050101001015010200年空调用电量（M W h ）全年累计冷负荷年空调用电量T(℃)Accumulative Cooling Load （MWh ）Annual AC Elec. Consumption （MWh ）335215.6410050.29406125.209886.85456454.819910.24506973.579985.49Cavity Ventilation Temperature vs. Annual AC Elec. Consumption空腔通风Cavity Ventilation Analysis室外空气温度比赛大厅室内空气温度Temperature distribution in May,Leisure Pool, Natural Ventilation Mode Temperature distribution from June to August, Leisure Pool, Natural Ventilation Mode Temperature distribution in Sept.,Leisure Pool, Natural Ventilation Mode Temperature distribution from April to October,Competition Pool, Natural Ventilation Mode自然通风研究Natural Ventilation StudyAunualLighting Consumption(kwh)AreaWater Cube Reference Building Competition Pool22014743423449.3Leisure Pool28244852058245.7Bubble Bar56061728267.6Shopping Corridor -South5122010010048.8Shopping Corridor -North259486788461.8Skating Rink 6216613434753.7Energy Saving （%）Day lighting Utilization: Water Cube vs. Reference Building95.135991845Skating Rink 106.438741877ShoppingCorridor -North96.333751719ShoppingCorridor -South66.142902583Bubble Bar88.132851747Leisure Pool102.133631664Competition PoolWater Cube Reference Building Increased （%）Num. Hours utilized by Daylighting (h)Area自然光模拟: 9 hours day light per day结论: （simulated by ESPr software ）与国家《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2005）中的参考建筑相比，实际建筑全年耗电量低约895.63 实测数据项目日期空调系统峰值用电量（kW ）空调系统全天用电量（MWh ）单位建筑面积峰值用电量（W/m 2）8月8日313847.435.98月9日334847.638.39月8日207229.523.751%41%8%制冷主机空调用电量（kWh）空调末端空调用电量（kWh）空腔通风系统用电量（kWh）奥运期间实则结果和计算模拟结果一致3 泳池防结露设计游泳馆内由于室内设计参数及游泳池内池水蒸发的原因，始终处于高温高湿的环境下，“水立方”设计从多个角度考虑防结露的策略：1）建筑的围护结构热工设计。