作为在冬奥会开幕式之前进行的唯一项目，冰壶比赛于2月2日在“冰立方”率先登场。
“冰立方”，即2008年时惊艳世界的国家游泳中心“水立方”。为承接冬奥会冰壶项目和冬残奥会轮椅冰壶项目，国家游泳中心进行了多项升级改造，使其成为世界上唯一水上和冰上项目均可运行的“双奥场馆”。
从游泳馆变身冰壶赛场，“水立方”的特殊顶棚材料却成为阻碍：原有的ETFE透明膜结构透光性强，对于游泳馆来说是极惊艳的效果，可对于冰上场馆来说，热辐射、顶棚冷凝水都会给比赛带来麻烦。
给“水立方”装什么样的“窗帘”，既美观又能达到隔热效果，还不破坏原有覆膜结构?哈尔滨工业大学建筑学院教授陆诗亮带领的科研团队，通过对ETFE材料的传热模型，以及对室内热湿集成环境的作用机制的研究，最终选择了一种PVC膜基夹黑涂层织物材料，成功给“冰立方”盖上一层隔热“窗帘”，为冬奥会比赛保驾护航。
“窗帘”能隔热还可为观众区“增温”
作为2008年北京夏季奥运会的标志性建筑，“水立方”大胆地在国内率先采用膜结构设计——由ETFE膜材制成的数千个半透明“气枕”，构成了场馆的外表面。
ETFE中文名叫“乙烯-四氟乙烯共聚物”，这是一种轻质阻燃材料，层厚0.2毫米，熔点275℃，透光性能极佳。“水立方”的膜结构设计，有利于体育场馆在“气枕”空腔内铺设LED景观照明设备，带来更好的视觉效果，也可让太阳光透过“气枕”，为场馆在白天节约照明能耗。
不过，在承办冰壶这一对冰面要求较高的项目时，从“气枕”透射进来的太阳辐射过多，不利于维持冰壶比赛所需的低温低湿环境。
弊端还有，热辐射照射冰面，会使得冰面产生水蒸气，水气扩散至顶棚，遇冷凝结后会滴落回冰面，给比赛带来一系列麻烦。
为解决这一问题，自2019年起，陆诗亮带领科研团队，就如何为“冰立方”遮阳展开研究。
“我们对多种材料进行比对，结果显示，使用PVC膜材遮蔽太阳光是最切实可行的方案。”陆诗亮介绍，他们使用的是“PVC膜基夹黑涂层织物材料”。实测表明，敷设后的“冰立方”室内太阳辐射量可降低98%，顶棚空腔内温度降低1.5%，近天花区温度降低10.2%，比赛场地附近温度降低11%，可达到理想的太阳光遮蔽效果。而且该材料可以灵活拆装，使国家游泳中心在“冰—水”运动间自由转换。
陆诗亮打了个比方，敷设PVC膜材，相当于给“冰立方”装上一层“窗帘”。
除降低场馆的热量外，敷设PVC膜材还有其他好处。陆诗亮介绍，PVC膜材还能将拦截的太阳辐射留在顶棚内，通过热对流在场馆内形成局部高温场，进而提高观众区的温度，提供舒适的观赛环境。此外，余留的热量还能够提高顶棚表面温度，防止场馆内的水蒸气在场馆上方形成凝结水。
值得一提的是，这种“窗帘”材料的选择，既考虑功能，也充分考虑了“冰立方”的美观。“如果单纯追求降温效果，只需使用黑色不透光的材料，但视觉效果会很差。我们专门研究出这种带涂层的PVC膜材，也是基于美观的角度考虑。”陆诗亮说。
顶棚装“夹心”依照不同需求随时替换
除了对“窗帘”的材料选择，如何为敷设“窗帘”选择最佳位置，最大限度降低馆内制冰系统的运转负荷和冰面维护的能耗，也是给“冰立方”遮阳的一大难题。为此，科研团队也进行了大量模拟和实际测试。
“冰立方”外表由3000多个半透明的“气枕”组成，内部则拥有一层由钢骨架连接、用单层ETFE膜材与场馆室内相隔的“空腔”顶棚。
陆诗亮介绍，科研团队专门建立了一套传热模型，以研究“空腔”内部及该结构与场馆室内的热湿环境相互作用机制。
“我们选择将遮阳膜直接敷设在‘空腔’的中间层，也就是在单层ETFE膜材的平面上再安装一层PVC膜材‘夹心’。室内观众平时用肉眼难以察觉到遮阳膜的存在。”在陆诗亮看来，这种方案的最大优点在于可以使遮阳膜的生产和安装难度降到最低，便于“冰立方”未来快速变回“水立方”。
根据改造方案，本届冬奥会结束后，该场馆将在游泳季和冰上季之间不断切换，春夏秋3个季节将成为“水立方”，用于水上运动，冬季则变身“冰立方”，用于开展冰上运动。
“‘冰立方’采用的遮阳膜设计是一种便于临时搭建的‘可动设施’。轻便的PVC材料方便灵活拆装，且造价便宜。”陆诗亮介绍，在“空腔”敷设的遮阳膜可供运营方依据各类赛事和活动的需求及时替换，这一设计思路也是对低碳奥运理念的具体实践。
“冰立方”改造是可持续发展的样本
在本届冬奥会的“四个办奥”理念中，“绿色办奥”位居首位。在该理念指导下，国家游泳中心等2008年北京夏奥会旧场馆进行了升级改造，并致力于实现场馆在赛后的可持续利用。
未来的国家游泳中心，将成为既可以举办国际级别的游泳赛事，也能举办大型冰上赛事，还可以举办多种大众冰水娱乐活动，真正实现了“水立方”“冰立方”双轮驱动。
陆诗亮希望，这一可持续利用改造案例，能为全国各地的体育场馆建设和运维起到示范性作用。“如果能把‘冰立方’的改造模式加以推广，那么能让全国体育场馆受惠，走上绿色、科技之路。”陆诗亮说。
也是基于这一初衷，受科技部委托，陆诗亮的团队又和同济大学、北京建筑设计院联合进行体育场馆可持续运维的研究。先后派遣二三十名科研人员分赴北京、新疆、内蒙、福建、四川、黑龙江等地15个冰上项目场馆开展数据收集工作。
运动场馆“始于赛事，不止于赛时”，在陆诗亮看来，冰上运动场馆未来应逐步实现精细化、科学化管理，降低能源消耗和运营成本，让更多民众参与到冰雪运动中来。
“作为一名大学教师，团队的科研成果能够获得落地，尤其是能够亲身参与到建设‘冰立方’中，把我们的研究工作‘做在祖国的大地上’，这让我感到十分荣幸。”陆诗亮说。
责任编辑：Rex_08
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