奥运场馆系列访谈二：揭开“水立方”空调系统神秘面纱

当郭晶晶和吴敏霞收获女子双人3米跳板金牌时，“水立方”顿时沸腾了。然而，站在这个一流水平的游泳场馆里，有谁了解“水立方”暖通空调系统怎样保障场馆的正常运转？国家游泳中心暖通专业负责人、中建国际设计北京区域暖通所所长平川为您——揭开“水立方”空调系统的面纱。

平川存着一沓国家游泳中心工程现场的“车辆出入证”和不同时期的“人员出入证”。自2004年8月国家游泳中心水立方开工伊始，这些出入证就被她逐一地悉心保存下来，因为这些同样记录着四年来的风风雨雨。

回想起当时的情况，平川不禁万分感慨。作为水立方暖通专业负责人，这个项目是她所在的团队在极度艰难的状况下完成的。8万平方米的施工图设计，从前到后仅仅用了不到两个月的时间，那种夜以继日的工作状态为常人所难以想象。如今，她的言语充满了自豪：“把这么重要的场馆交给我们这么年轻的团队，当时建设单位还有些疑惑，而我们通过共同艰苦的努力、出色的表现和完善的服务，最终赢得了他们的信任。从这点看，我们无疑是成功的。”

结露，游泳馆设计面临的第一道槛

水，是这里最为重要的元素。水立方离不开水的存在，即便夜幕降临，人们看不到水蓝色的外表，高科技的LED灯照样会把水立方映射得晶莹剔透，宛如一座迷人的“水晶宫”。

然而，对于设计师来说，水，却是他们要严肃面对的命题。因为，高湿高温的环境会成为建筑物极大的安全隐患，而水立方首先要解决的问题就是屋顶结露———源于泳池和空气中的水。

平川向记者介绍，一方面，如果结露的水滴“砸”在室内人员身上会很不舒服，而另一方面，同时也更重要的是，结露会对长期处于潮湿腐蚀环境中的屋顶结构构成威胁，影响安全及使用寿命。因此，他们在设计初始便注意到水立方的特殊性，多角度考虑防结露的策略，并针对结露原因进行分析。

想要迈过屋顶结露这道槛却并非易事。平川介绍，设计师主要从三方面着手解决结露难题。首先，在建筑围护结构方面，设计师对此进行了专门分析，通过对金属连接件进行断热处理，辅助传热模拟软件，计算分析各种类型连接点的温度分布情况，并基于计算结果进行保温层的设计，从而彻底阻断结构冷桥的存在，将连接构件的结露风险降至最低。其次，在气流组织设计上，他们结合国内外的成功经验，合理设计空调系统和大空间气流组织，合理布置送风、回风和排风口，尽量避免出现送风、回风死区，保证大空间气流的合理分布。最后，水立方的防结露还需要运行人员的“共同努力”。正确操作、控制系统的合理运行以及多个环节的密切配合，都能很好避免结露出现；在夜间覆盖泳池，减少池水蒸发量，可以从源头上降低结露的可能。为此，设计师与使用单位进行了充分沟通。

气流组织，让呼吸更舒适

平川说，气流组织设计是水立方暖通空调设计的一大亮点，同时为业内所关注。在这个能容纳多达17000人的“大空间”里，比赛区域和座椅区域要求的温度、湿度参数均不一样，给设计工作带来了极高的难度。

设计师在负荷计算中，利用“分层、分区空调”的理念，在详细计算泳池大厅及嬉水大厅空调设计负荷的前提下，为保证设计的正确性，特别是确保空调送风、回风方式的合理性，并保证温度场和风速场符合有关要求，在设计时应用了计算流体力学（CFD）的工具，进行了计算机模拟的充分研究和分析。同时，根据现有设计的空调送风量和空调气流组织分布形式，模拟嬉水大厅设计工况下的室内温度场、湿度场和速度场。通过以上研究，指导、优化和验证后的暖通空调设计方案，确保了各项室内环境参数符合比赛要求，为室内人员提供了舒适的空间，同时最大程度地实现了节能的目的。

力求美观，注重材质的耐用性

水立方，这个与鸟巢柔情相依、酷似蓝色水晶盒的建筑，在平川眼中近乎完美。然而在进行暖通空调设计时，她常常要与负责建筑设计的同事“激烈争论”。旁人很难理解，外观的完美无瑕，给这些负责“功能”的设计师带来了太多麻烦。

为了满足总体美观及通风需求，进排风口设置成为摆在这些设计师面前的一大难题。由于比赛层位于地下一层，其它各层的功能面积需求紧张，空调机房只能集中设置在建筑物地下二层的周边。进排风口间距需要保证，而机房无法靠近功能区域布置，使所有送回风管道集中输配到8个赛时使用的核心筒，供到各层的功能区；管线集中交错，给机房的设计和施工都带来了意想不到的困难。让人欣慰的是，设计师通过与建设单位的共同努力，较好地解决了管线综合布置中的困难，满足了各项要求，同时达到整齐美观的效果。

冷却塔是另一个“外观大敌”。由于水立方的屋顶无法放置冷却塔设备，为了满足室外设备高度与景观协调的要求，冷却塔最终确定设置在南广场的半地下。然而，塔顶高出地面两米，为设备选型及运行又带来了难题。设计师经过计算机流体力学模拟分析，配合景观设计的立面围护遮挡的要求，及时调整了冷却塔的型号台数和周边环境参数，很好地满足了奥运比赛的运行要求。

有了美观，还要注重材料的耐用性能。水立方泳池中高温、高湿、高氯的空气条件会对风管及空调机组产生强烈的腐蚀作用，大大减少其使用寿命。材料的防腐难题一直困扰着关键设备投标技术要求的确认。为此，设计师在风管的材质选择及涂层的设置、空调机组的箱体及各功能段都做出相应的防腐蚀措施，以确保材质经久耐用。

节能降耗，水立方不遗余力

水立方在节能减排方面同样“贡献卓著”。设计师遵循奥组委的设计原则，在暖通空调设计中采取多项措施，满足建筑物节能的要求。

他们首先对冷凝热和显热进行充分回收。水立方共设置了四台冷水机组，其中一台小型冷凝热回收型冷水机组将冷凝热用于生活热水的预热及休闲池池水加热，同时使空调冷却水得到冷却。他们还采用低温热管式显热回收空调机组，为比赛大厅、跳水池厅等常年“高温高湿”的区域服务，回收排放的余热，预热新风。

其次，内区制冷也是设计师节能设计的“一招”。水立方比赛层大部分区域为内区，有冬季消除冷负荷的需求，在冬季利用室外新风为内区提供免费冷源。为保证室内的舒适性，设计师将室外新风加热加湿到设定的温度和湿度后送入室内，既保证了室内对新风的需求，又起到了冷却内区的作用，避免了冷机在冬季时开启运行增加能耗和运行费用。

通风是水立方节能的“重头戏”。无论是自然通风，还是空腔通风，设计师都考虑得很周到。每年有相当长的时间，自然通风不仅可以满足室内环境的新风需求，还可以补偿部分或全部室内的热湿负荷，创造与室外互动的自然生态环境。

在夏季和太阳辐射较强的过渡季节，两个膜层间很容易形成温室效应，导致空腔内温度升高。这时，空腔通风可以减少夏季高峰时段的热量，明显降低整个建筑的夏季冷负荷。在屋顶空腔温度为40摄氏度时开启空腔排风机，以设计排风量三分之二的通风模式作为空腔通风的运行模式，此时空调系统全年用电量将低于全通风模式下空调系统的用电量。冬季，将空腔封闭保持热量，还可以充分“享受”阳光的照射。

采访行将结束，平川像讲完一个曲折而唯美的故事，露出了会心的微笑。她把收获的原因归结于团队在设计过程中所迸发出来的凝聚力和责任感。她说，这是所有人拼搏精神延续下来的结果。

水立方在暖通空调设计中的困惑和技术难点远不止文章所提及的这些，欣慰的是，几乎所有难点都被这个富有激情和智慧的团队所解决。尽管平川认为，时间、资金等因素在某种程度上限制了发挥，如果有所改善，“遗憾会更少”。

水立方的故事还很多。也许，水立方背后至今还有很多不为人知的情节。正如平川所言，她对待水立方是一种特殊而唯美的真挚情感，其实并不需要都拿出来讲述，静静在心中去品味、去回忆，感觉就足够美好。