随着２００８年奥运会的圆满结束，国家游泳中心（“水立方”）以其良好的室内环境、屡破世界纪录的传奇和独特的夜景形象蜚声海内外。而这些均离不开国家游泳中心的全ＥＴＦＥ气枕围护结构。这种围护结构既为“水立方”披上了神秘的外衣，又成功地将自然光引入室内，形成良好的室内外视觉联系，为照明节能提供了非常好的条件。同时，由于ＥＴＦＥ气枕的光学特性不同于普通建筑材料，对室内环境有重要的影响。为了预先掌握这种围护结构下的室内光环境的情况，国家游泳中心特地申报了“国家游泳中心室内光环境”科研课题，并委托中国建筑科学研究院物理所（以下简称“物理所”）进行相关研究，提出“国家游泳中心室内光环境研究报告”。笔者将从EＴＦＥ气枕围护结构光学特性入手，分析室内主要区域的光环境，得出照明节能效果。

1 ＥＴＦＥ气枕围护结构的光学特性

1.1 ＥＴＦＥ气枕围护结构的组成

　　国家游泳中心４个立面和顶部均由双层ＥＴＦＥ气枕构成，内部还设有２道气枕墙，将室内空间分隔为比赛大厅、热身池大厅和戏水大厅等主要的区域，平面分布如图１所示。

由图１可见，比赛大厅、戏水大厅、南北商业街和网球场等场所的自然光利用条件比较优越，是照明节能的重点区域。各部位气枕墙体均由双层ＥＴＦＥ气枕组成，每个气枕又由３～４层ＥＴＦＥ膜构成，详见图２和表１。

1.2 ＥＴＦＥ气枕围护结构的光学特性

　　根据ＥＴＦＥ气枕围护结构的组成情况，将其光学特性分为以下几个方面。

（1）ＥＴＦＥ膜的光学特性

　　经实验研究，ＥＴＦＥ膜的测试数据结果如表２～４所示。

采光计算时假定ＥＴＦＥ膜是匀质的，即其透射比、反射比等参数是均匀的。当在一层ＥＴＦＥ膜上覆盖６０％的镀银点时，其透射比按镀银点透射比的６０％加上透明ＥＴＦＥ透射比的４０％进行计算。表５为１００ＮＪ（６５％镀点面积）、２５０ＮＪ（１０％/２０％/３０％/４０％/５０％/６５％镀点面积）ＥＴＦＥ膜计算后的光学性能参数。

（2）ＥＴＦＥ气枕的光学特性

　　经实验研究，气枕的光谱透射曲线如图3所示。

由图3可见，镀银点和空白透明处的透射差异很大，但将两者加权平均得到的透射曲线与远场透射曲线却吻合得很好。因此，在以后的“水立方”室内空间的计算中，均假定材料是匀质的。根据这一原则计算的光学性能参数为镀银点和空白透明处的加权平均结果。

（3）双层气枕光学特性

　　与前面一样，在计算双层气枕的光学特性参数时，也假定材料是匀质的，经计算得到各区气枕的光学性能参数如表6所示。

2 室内主要区域光环境的分析

2.1 参考建筑的采光效果

　　参考建筑的内部结构及格局划分与待评建筑基本相同，四个外立面上有固定的窗墙比，没有天窗。室内各区域间的内墙隔断类型为开放式，“水立方”为双层ＥＴＦＥ膜的气枕结构；参考建筑为反射率为０．５５的实墙。两者的其余室内各空间材料的光学性能参数相同。其室内空间的采光情况见表7。2.2 室内主要区域的理论采光系数
在上述计算结果的基础上，考虑到结构网架会产生严重的遮挡和气枕污染的折减系数等主要因素，室内各主要区域的采光系数计算结果见表8。

2.3 室内主要区域的实测照度

（１）比赛大厅

　　设计人员分别选择了晴天和阴天对比赛大厅的泳池附近照度进行测试，应奥运比赛训练的要求，比赛大厅的人工照明也同时开启。图４为８月３日中午的现场照度，当时南广场室外地面照度为１０１７００ｌｘ。

　　此时比赛大厅开启跳水高清转播模式，比赛大厅实测照度值如图5所示。
考虑跳水高清转播模式下，体育照明系统为池岸提供了大约２０００～２５００ｌｘ的水平照度，所以在上述实测照度中自然光提供了大约２５００～３０００ｌｘ的照度，采光系数大约为２％～２．５％左右，与前面计算的采光系数比较接近。

　　当天气转阴，室外照度降低到只有２３００ｌｘ时，大厅内部实测照度值如图６所示。自然光提供了大约５０ｌｘ的照度，采光系数接近２．４％。上述２种天气条件下的现场实景见图７、图８。

　　图7、图8是将影响转播和可能引起眩光的东、西立面ＥＴＦＥ气枕墙遮挡后的现场实景。从现场实景和奥运会游泳和跳水赛事转播效果来看，自然光透过屋面和天花的双层气枕以及气枕空腔中的钢构架等进入比赛大厅，没有引起照度不均匀和眩光等问题，反而营造了一个非常舒适的半室外光环境，为运动员的超水平发挥和屡破世界纪录提供了最佳的视觉环境，也为赛后运营提供了良好的自然采光，降低了照明能耗。

（2）南商业街

　　２００８年８月１日中午１２：００，天气多云，西入口地面照度为５８０００～６１８００ｌｘ，室内仅开启应急照明和少量普通照明，此时南商业街测得的地面照度如图９～１１所示。

　　上述多云天气下各实测照度部位的现场实景见图１２～１５。

　　晴天条件下，南商业街现场实景见图１６～１８。

　　由上可知，南商业街的实际采光效果良好，优于理论计算值，是照明节能的重点区域。北部商业街则与此类似。

3 照明节能效果分析计算

（1）主要区域的照明标准和功率密度要求如表9所示。

（2）天然采光可利用时数
    根据北京地区的光气候情况，参照各区域的照明标准，在不同的临界照度下，各主要空间的天然光利用时数对比见表１０，其它区域主要依靠人工照明。

（3）照明能耗对比

①基础条件
  假设建筑在赛后的使用时间为８：００~２２：００，全年使用时数为５１１０小时（＝１４×３６５）。根据各空间的采光水平和可利用的天然光时数，白天时段不开或部分开启人工照明，夜晚全部开启人工照明。

②照明能耗对比
  经计算，“水立方”与参考建筑室内各区域的全年照明能耗见表１1。

    综上所述，“水立方”的采光水平和均匀性均优于参考建筑。与参考建筑相比，“水立方”各主要采光区域的全年天然光利用时数高出近６６％～１０６％，照明能耗上也降低近４４％～６８％，整个建筑的照明能耗降低近２９．４％。因此，在场馆赛后运营中，应充分利用天然光，将自然采光和人工照明控制相结合，实现照明节能的最大化。