作為在冬奧會開幕式之前進行的唯一項目，冰壺比賽于2月2日在“冰立方”率先登場。
“冰立方”，即2008年時驚艷世界的國家游泳中心“水立方”。為承接冬奧會冰壺項目和冬殘奧會輪椅冰壺項目，國家游泳中心進行了多項升級改造，使其成為世界上唯一水上和冰上項目均可運行的“雙奧場館”。
從游泳館變身冰壺賽場，“水立方”的特殊頂棚材料卻成為阻礙：原有的ETFE透明膜結構透光性強，對于游泳館來說是極驚艷的效果，可對于冰上場館來說，熱輻射、頂棚冷凝水都會給比賽帶來麻煩。
給“水立方”裝什么樣的“窗簾”，既美觀又能達到隔熱效果，還不破壞原有覆膜結構?哈爾濱工業大學建筑學院教授陸詩亮帶領的科研團隊，通過對ETFE材料的傳熱模型，以及對室內熱濕集成環境的作用機制的研究，最終選擇了一種PVC膜基夾黑涂層織物材料，成功給“冰立方”蓋上一層隔熱“窗簾”，為冬奧會比賽保駕護航。
“窗簾”能隔熱還可為觀眾區“增溫”
作為2008年北京夏季奧運會的標志性建筑，“水立方”大膽地在國內率先采用膜結構設計——由ETFE膜材制成的數千個半透明“氣枕”，構成了場館的外表面。
ETFE中文名叫“乙烯-四氟乙烯共聚物”，這是一種輕質阻燃材料，層厚0.2毫米，熔點275℃，透光性能極佳。“水立方”的膜結構設計，有利于體育場館在“氣枕”空腔內鋪設LED景觀照明設備，帶來更好的視覺效果，也可讓太陽光透過“氣枕”，為場館在白天節約照明能耗。
不過，在承辦冰壺這一對冰面要求較高的項目時，從“氣枕”透射進來的太陽輻射過多，不利于維持冰壺比賽所需的低溫低濕環境。
弊端還有，熱輻射照射冰面，會使得冰面產生水蒸氣，水氣擴散至頂棚，遇冷凝結后會滴落回冰面，給比賽帶來一系列麻煩。
為解決這一問題，自2019年起，陸詩亮帶領科研團隊，就如何為“冰立方”遮陽展開研究。
“我們對多種材料進行比對，結果顯示，使用PVC膜材遮蔽太陽光是最切實可行的方案。”陸詩亮介紹，他們使用的是“PVC膜基夾黑涂層織物材料”。實測表明，敷設后的“冰立方”室內太陽輻射量可降低98%，頂棚空腔內溫度降低1.5%，近天花區溫度降低10.2%，比賽場地附近溫度降低11%，可達到理想的太陽光遮蔽效果。而且該材料可以靈活拆裝，使國家游泳中心在“冰—水”運動間自由轉換。
陸詩亮打了個比方，敷設PVC膜材，相當于給“冰立方”裝上一層“窗簾”。
除降低場館的熱量外，敷設PVC膜材還有其他好處。陸詩亮介紹，PVC膜材還能將攔截的太陽輻射留在頂棚內，通過熱對流在場館內形成局部高溫場，進而提高觀眾區的溫度，提供舒適的觀賽環境。此外，余留的熱量還能夠提高頂棚表面溫度，防止場館內的水蒸氣在場館上方形成凝結水。
值得一提的是，這種“窗簾”材料的選擇，既考慮功能，也充分考慮了“冰立方”的美觀。“如果單純追求降溫效果，只需使用黑色不透光的材料，但視覺效果會很差。我們專門研究出這種帶涂層的PVC膜材，也是基于美觀的角度考慮。”陸詩亮說。
頂棚裝“夾心”依照不同需求隨時替換
除了對“窗簾”的材料選擇，如何為敷設“窗簾”選擇最佳位置，最大限度降低館內制冰系統的運轉負荷和冰面維護的能耗，也是給“冰立方”遮陽的一大難題。為此，科研團隊也進行了大量模擬和實際測試。
“冰立方”外表由3000多個半透明的“氣枕”組成，內部則擁有一層由鋼骨架連接、用單層ETFE膜材與場館室內相隔的“空腔”頂棚。
陸詩亮介紹，科研團隊專門建立了一套傳熱模型，以研究“空腔”內部及該結構與場館室內的熱濕環境相互作用機制。
“我們選擇將遮陽膜直接敷設在‘空腔’的中間層，也就是在單層ETFE膜材的平面上再安裝一層PVC膜材‘夾心’。室內觀眾平時用肉眼難以察覺到遮陽膜的存在。”在陸詩亮看來，這種方案的最大優點在于可以使遮陽膜的生產和安裝難度降到最低，便于“冰立方”未來快速變回“水立方”。
根據改造方案，本屆冬奧會結束后，該場館將在游泳季和冰上季之間不斷切換，春夏秋3個季節將成為“水立方”，用于水上運動，冬季則變身“冰立方”，用于開展冰上運動。
“‘冰立方’采用的遮陽膜設計是一種便于臨時搭建的‘可動設施’。輕便的PVC材料方便靈活拆裝，且造價便宜。”陸詩亮介紹，在“空腔”敷設的遮陽膜可供運營方依據各類賽事和活動的需求及時替換，這一設計思路也是對低碳奧運理念的具體實踐。
“冰立方”改造是可持續發展的樣本
在本屆冬奧會的“四個辦奧”理念中，“綠色辦奧”位居首位。在該理念指導下，國家游泳中心等2008年北京夏奧會舊場館進行了升級改造，并致力于實現場館在賽后的可持續利用。
未來的國家游泳中心，將成為既可以舉辦國際級別的游泳賽事，也能舉辦大型冰上賽事，還可以舉辦多種大眾冰水娛樂活動，真正實現了“水立方”“冰立方”雙輪驅動。
陸詩亮希望，這一可持續利用改造案例，能為全國各地的體育場館建設和運維起到示范性作用。“如果能把‘冰立方’的改造模式加以推廣，那么能讓全國體育場館受惠，走上綠色、科技之路。”陸詩亮說。
也是基于這一初衷，受科技部委托，陸詩亮的團隊又和同濟大學、北京建筑設計院聯合進行體育場館可持續運維的研究。先后派遣二三十名科研人員分赴北京、新疆、內蒙、福建、四川、黑龍江等地15個冰上項目場館開展數據收集工作。
運動場館“始于賽事，不止于賽時”，在陸詩亮看來，冰上運動場館未來應逐步實現精細化、科學化管理，降低能源消耗和運營成本，讓更多民眾參與到冰雪運動中來。
“作為一名大學教師，團隊的科研成果能夠獲得落地，尤其是能夠親身參與到建設‘冰立方’中，把我們的研究工作‘做在祖國的大地上’，這讓我感到十分榮幸。”陸詩亮說。
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