長春市工人體育館暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

余秋萍

上海同濟開元建筑設(shè)計有限公司

1 項目概況

長春市工人體育館位于長春市南部新城南四環(huán)路與前進大街交匯處，總用建筑面積52167 m2，總建筑面積52140 m2，其中地上建筑面積33781 m2，地下18359 m2。體育館主體2 層，局部夾層4 層，地下室1層。地上部分為既相互聯(lián)系又可獨立運作的各體育場館，包括游泳館，籃球館，乒乓球館，羽毛球館，臺球館，網(wǎng)球館和健身館。地下部分主要為停車場，預(yù)留商業(yè)服務(wù)用房和少量附屬設(shè)備用房。建筑高度23.90 m。建筑外觀如圖1 所示。

圖1 建筑效果圖

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 主要設(shè)計參數(shù)

空調(diào)室內(nèi)參數(shù)、采暖室內(nèi)設(shè)計參數(shù)分別如表1、2所示，表3 為設(shè)計指標(biāo)。

表1 空調(diào)室內(nèi)參數(shù)

表2 采暖室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

表3 設(shè)計指標(biāo)

2.2 冷熱源配置

本建筑屬于丙類體育建筑，采用中央空調(diào)系統(tǒng)。由于不同功能場館較多，使用時間不盡相同，為滿足各館獨立運營的需要，空調(diào)系統(tǒng)采用直接蒸發(fā)式屋頂空調(diào)機組和一拖多變冷媒流量熱泵空調(diào)相結(jié)合的方式，各場館運行互不影響，運行費用低。游泳館泳池專用熱泵除濕空調(diào)機組設(shè)在三層設(shè)備機房內(nèi)，室外風(fēng)冷冷凝器放在屋頂設(shè)備平臺，通過冷媒管道進行連接。

比賽場館的屋頂空調(diào)室內(nèi)機設(shè)在室內(nèi)設(shè)備機房內(nèi)，外機設(shè)在屋頂。辦公用房、會議室、棋牌室等小開間均采用VRF 加新風(fēng)系統(tǒng)。消防控制室、閉路電視機房等區(qū)域，因運行時間、運行狀與大樓不一致，設(shè)置分體空調(diào)。

冬季供暖熱源采用市政熱水管網(wǎng)換熱（本地市政一次進、出水溫度為85 ℃～60 ℃），采用2 臺水-水板式換熱機組作為采暖熱源，分別提供地暖熱水、散熱器熱水，換熱機組放置在地下室的換熱機房內(nèi)。散熱器系統(tǒng)進、出水溫度為75 ℃/50 ℃，地暖系統(tǒng)進、出水溫度為50 ℃/40 ℃。換熱機房設(shè)置熱量表、氣候補償?shù)茸詣诱{(diào)節(jié)裝置。

泳池空調(diào)負荷為960 kW，各主要場館新風(fēng)負荷為3314kW（含泳池空調(diào)負荷），泳池初次加熱量為1200 kW，泳池循環(huán)加熱量為600 kW，生活熱水為1200 kW。選取3 臺2.5 t 的燃氣真空鍋爐，冬季全開。過渡季節(jié)最大開啟兩臺，過渡季節(jié)的熱量為泳池空調(diào)、生活熱水、泳池循環(huán)熱量。3 臺鍋爐自由搭配可滿足不同工況用熱要求，節(jié)省初投資。鍋爐一次側(cè)供回水溫度為80 ℃/60 ℃，采用2 臺水-水板式換熱機組作為空調(diào)熱源，分別提供泳池空調(diào)熱水、場館新風(fēng)空調(diào)熱水，空調(diào)熱水的供回水溫度為60 ℃/50 ℃?？照{(diào)及泳池?zé)崴疅嵩丛韴D見圖2。

圖2 鍋爐房水系統(tǒng)原理圖

2.3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

體育館建筑屬于大空間建筑，體積大、維護結(jié)構(gòu)傳熱量大、人員燈光密集，空調(diào)負荷較大，因此，設(shè)計合理的氣流組織，以使得館內(nèi)空氣分布滿足比賽和觀眾的要求，同時又保證空調(diào)系統(tǒng)能耗較低就具有重要意義。本項目中，游泳館、籃球館、羽毛球館、網(wǎng)球館都屬于高大空間，采用全空氣定風(fēng)量低速管道系統(tǒng)，采用上送風(fēng)方式，回風(fēng)集中在下部。為滿足比賽時風(fēng)速要求，羽毛球場館主范圍距地9 m 以下氣流速度≤0.2 m/s[1-2]，結(jié)合籃球館、羽毛球館、網(wǎng)球館等比賽場館為大垮度鋼結(jié)構(gòu)屋頂，選用纖維織物風(fēng)管穿插在網(wǎng)架內(nèi)，通過管道壁纖維滲透空氣及微孔射流形成面式出風(fēng)，出風(fēng)面積大，風(fēng)量大，風(fēng)速低，無吹風(fēng)感，舒適度高，既減輕重量又滿足球類比賽對風(fēng)速的要求。

乒乓球采用全空氣定風(fēng)量低速管道系統(tǒng)，其中乒乓球上送下回，所有送風(fēng)口均避開場館比賽主范圍，使場館主范圍距地3 m 以下氣流速度≤0.2 m/s[1-2]。

游泳館選用纖維織物風(fēng)管，通過管道壁纖維滲透空氣及微孔射流形成面式出風(fēng)，使池區(qū)氣流速度距地2.4 m 以內(nèi)，氣流速度≤0.2 m/s。游泳館內(nèi)空氣濕度大，常常出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，結(jié)露后會使墻和屋頂內(nèi)表面發(fā)霉，影響玻璃采光，甚至影響主體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，與此同時，結(jié)露會產(chǎn)生霉菌，霉菌不但會釋放出過敏物質(zhì)，引發(fā)過敏，有些毒性強的霉菌，更會引起嚴重的肺部病變，甚至死亡。因此，游泳館內(nèi)除濕極為重要，本設(shè)計使用泳池專用熱泵除濕空調(diào)機組，夏季由熱泵除濕機組負責(zé)除濕，同時控制室內(nèi)溫度達到設(shè)計要求，過渡季節(jié)通過外置風(fēng)冷冷凝器平衡室內(nèi)外熱量，也可將冷凝熱用于加熱池水。冬季運行時回風(fēng)流經(jīng)除濕熱泵蒸發(fā)器，溫度下降，水汽凝結(jié)成水滴從空氣中分離，使空氣干爽，實現(xiàn)空氣除濕功能，同時，空氣冷卻、水汽凝結(jié)及冷卻過程中釋放出的熱量被制冷劑吸收，然后制冷劑吸收的熱量經(jīng)再熱冷凝器，加熱冷卻空氣，實現(xiàn)空氣保溫功能。室內(nèi)空氣及補充的新風(fēng)需要的加熱量，由鍋爐房提供的空調(diào)熱水提供給空調(diào)機組加熱盤管，處理空氣達到室內(nèi)設(shè)計參數(shù)。新風(fēng)不僅滿足人員需求，還起到控制室內(nèi)氯氣濃度，降低對材料的腐蝕及冬季除濕的作用。

各場館全空氣系統(tǒng)均可在過渡季節(jié)全新風(fēng)或加大新比例運行。循環(huán)空調(diào)箱和新風(fēng)空調(diào)箱均設(shè)G4/F7兩級過濾，以加強對粉塵的過濾。空調(diào)機組的過濾段設(shè)壓差顯示及報警?？照{(diào)箱設(shè)熱水盤管，冬季可開啟作為新風(fēng)加熱，并設(shè)置新房防凍機組，與空調(diào)箱一一對應(yīng)，防止冬季新風(fēng)過冷造成盤管凍結(jié)。另外，冬季在散熱器或地暖熱量不足時可通過帶有熱水盤管的空調(diào)箱作為室內(nèi)補充熱量，冬季新風(fēng)閥關(guān)閉，只做室內(nèi)循環(huán)風(fēng)使用。

2.4 采暖系統(tǒng)設(shè)計

寒冷地區(qū)的游泳館宜采用散熱器采暖，低溫?zé)崴匕遢椛洳膳蜔犸L(fēng)采暖相結(jié)合的方式。在外廊窗下設(shè)散熱器，采暖供回水設(shè)計溫度75 ℃/55 ℃。在池邊運動員停留場所設(shè)置地板輻射采暖裝置，地暖供回水設(shè)計溫度50 ℃/40 ℃。布袋風(fēng)管向外窗吹熱風(fēng)，防止外窗結(jié)露并保持美觀，同時采用熱管式熱回收裝置回收排風(fēng)負荷。

各比賽大廳，平時使用散熱器采暖，重要場合時開啟空調(diào)新風(fēng)，即提高市內(nèi)溫度又改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。一般房間采用地暖采暖，熱水由換熱機房提供。散熱器采暖采用下供下回雙管同程式系統(tǒng)，供回水管道設(shè)在地下室或吊頂下，地暖分集水器設(shè)置在比賽區(qū)周圍及觀眾區(qū)后側(cè)。

換熱機房通過板換機組分別提供地暖熱水、散熱器熱水。在大樓的熱力入口處，設(shè)置有閘閥、除污器、流量平衡閥、壓力表、溫度計及流量計，在各分路采暖熱水管上按需要設(shè)有流量平衡閥，籃球館、羽毛球館、網(wǎng)球館、臺球館、乒乓球館等主要場館分別設(shè)置遠程熱計量裝置，進行獨立計量。每個回水立管底端設(shè)三通放水口，供水水平干管末端設(shè)放氣閥，水平干管坡度≥0.002。散熱器采用壓鑄鋁雙金屬散熱器，游泳池散熱器需外防腐處理。采用同側(cè)或異側(cè)上供下回方式，設(shè)自動溫控閥，室溫可調(diào)，散熱器工作壓力0.6 MPa。供暖管道穿越不采暖房間、吊頂及管道井時，均設(shè)置保溫。

2.5 通風(fēng)與防排煙系統(tǒng)設(shè)計

2.5.1 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

由于各比賽場館人員及照明燈光散熱量大，全年均有余熱量，其建筑空間大，熱量積聚在大廳上部，在大廳上部均設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)排除余熱。游泳館設(shè)排風(fēng)保持房間負壓，防止潮濕空氣擴散到其他房間。

變電所、換熱機房、器材室等庫房設(shè)機械通風(fēng)。地下車庫設(shè)機械排風(fēng)、排煙系統(tǒng)。排風(fēng)、排煙量均按6 次/h 換氣次數(shù)考慮。鍋爐房設(shè)平時通風(fēng)（6 次/h）和事故通風(fēng)（12 次/h），設(shè)置機械補風(fēng)。

餐飲廚房均預(yù)留排油煙豎井及廚房排風(fēng)兼排煙系統(tǒng)。同時設(shè)置廚房的補風(fēng)系統(tǒng)及崗位送新風(fēng)系統(tǒng)。油煙凈化器和排油煙風(fēng)機及相應(yīng)聯(lián)鎖控制的新風(fēng)機設(shè)在屋頂上，以利于今后的維修和保養(yǎng)，一般每個廚房均單獨運行，廚房的油煙經(jīng)油煙凈化器處理后達到允許的排放濃度后方可排至室外大氣中。

2.5.2 防排煙系統(tǒng)設(shè)計

地下服務(wù)用房設(shè)機械排煙系統(tǒng)，每個防煙分區(qū)排煙量按每平方米60 m3/h 計算，由空調(diào)送風(fēng)補風(fēng)。地下層汽車庫按防火分區(qū)設(shè)置機械排煙系統(tǒng)，每個防煙分區(qū)面積不大于2000 m2，長度不大于60 m，排煙量不小于GB50067-2014 規(guī)定值。補風(fēng)量不小于排煙量的50%。采用自然排煙的房間通過設(shè)可開啟外窗，外窗面積不小于建筑面積的2%。

封閉樓梯間采用自然排煙方式，每5 層可開啟外窗面積不小于2 m2。不滿足自然排煙的封閉樓梯間采用機械加壓送風(fēng)。

籃球館、網(wǎng)球館設(shè)高位電動排煙窗自然排煙，排煙窗有效排煙面積不小于房間建筑面積5%。羽毛球館設(shè)機械排煙系統(tǒng)，排煙量20 萬m3/h，風(fēng)機設(shè)在屋頂。乒乓館、臺球館、多功能健身館、游泳館大廳等均采用機械方式排煙。每個防煙分區(qū)排煙量按每平方米60 m3/h 計算。對無直接自然通風(fēng)，且長度超過20 m 的內(nèi)走道或雖有直接自然通風(fēng)，但長度超過60 m 的內(nèi)走道設(shè)機械排煙系統(tǒng)，排煙量按每平方米60 m3/h 計算。排煙口距離最遠端不大于30 m。

2.6 防凍設(shè)計

寒冷地區(qū)冬季熱水供熱空調(diào)進新風(fēng)經(jīng)常存在盤管凍結(jié)的問題，將制約和影響空調(diào)的運行使用，導(dǎo)致室內(nèi)空氣流通不暢，空氣質(zhì)量劣化嚴重，對室內(nèi)衛(wèi)生條件造成不良影響。本項目位于長春市，屬于嚴寒地區(qū)，冬季室外空調(diào)計算干球溫度為-24.3 ℃，需要對冬季寒冷時節(jié)空調(diào)新風(fēng)盤管防凍結(jié)設(shè)計。通常新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)自動控制的策略是通過外網(wǎng)回水管路上的電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)加熱盤管內(nèi)的熱水流量，外網(wǎng)供回水管路與加熱盤管之間屬于變流量量調(diào)系統(tǒng)。外網(wǎng)的量調(diào)變化會引起加熱盤管管束內(nèi)水力工況發(fā)生巨大變化。當(dāng)某些管束內(nèi)流速過低形成層流，靠近管壁處流速接近于靜止，與冷空氣接觸時水溫很快降到0 ℃以下，在管束的彎頭等薄弱部位就會產(chǎn)生盤管凍結(jié)現(xiàn)象[3]。本項目為新風(fēng)機組配置能夠智能控制的新風(fēng)防凍調(diào)控機組（圖3），通過智能化控制，解決冬季新風(fēng)空調(diào)機組在啟動、運行、停止等運行狀態(tài)下加熱盤管凍結(jié)的問題。

圖3 新風(fēng)防凍機組系統(tǒng)原理圖

3 設(shè)計總結(jié)

1）本項目建筑體量較大，功能復(fù)雜，不同功能場館較多，使用時間不盡相同，為滿足各館獨立運營的需要，采用直接蒸發(fā)式屋頂空調(diào)機組和一拖多變冷媒流量熱泵空調(diào)相結(jié)合的方式，各場館運行互不影響，可有效降低系統(tǒng)的運行費用。

2）根據(jù)不同場館比賽項目的不同，設(shè)計合理的氣流組織，不僅可以使館內(nèi)空氣分布滿足比賽以及觀眾的要求，同時又保證了空調(diào)系統(tǒng)能耗較低，具有重要的意義。

3）針對嚴寒地區(qū)的空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)，為新風(fēng)機組配置能夠智能控制的新風(fēng)防凍調(diào)控機組，可有效解決冬季新風(fēng)空調(diào)機組加熱盤管凍結(jié)的問題。