貴陽(yáng)奧林匹克體育中心暖通空調(diào)設(shè)計(jì)

中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司 安玉雙 詹泰益 孟凡兵

1 工程概況

建設(shè)地點(diǎn)：貴州省貴陽(yáng)市。建筑面積：體育場(chǎng)53 961 m2，體育館130 300 m2。建筑高度：體育場(chǎng)40.0 m，體育館43.7 m。建筑層數(shù)：體育場(chǎng)局部6層，體育館地上4層、地下1層。建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)：5.2萬(wàn)座大型體育場(chǎng)，1.2萬(wàn)座甲級(jí)特大型體育館。

建筑功能：體育場(chǎng)設(shè)圍合式看臺(tái)。東側(cè)看臺(tái)結(jié)合地形依山勢(shì)修建，下部?jī)H設(shè)少量觀眾用房；西側(cè)看臺(tái)為主看臺(tái)，共設(shè)6層功能用房；主要包括貴賓區(qū)、運(yùn)動(dòng)員區(qū)、媒體區(qū)、競(jìng)賽組織用房、觀眾使用區(qū)域、包廂層、觀眾休息平臺(tái)、媒體評(píng)論用房及技術(shù)用房、檢錄處等。體育館主要由比賽館、熱身館、地下車(chē)庫(kù)及配套服務(wù)用房組成。

2 冷熱源設(shè)計(jì)

2.1 空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷

該工程體育場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷為1 300 kW，熱負(fù)荷為1 000 kW，單位面積冷負(fù)荷指標(biāo)為110 W/m2，單位面積熱負(fù)荷指標(biāo)為85 W/m2。體育館空調(diào)系統(tǒng)冷、熱負(fù)荷見(jiàn)表1。單位面積冷負(fù)荷指標(biāo)為113 W/m2，單位面積熱負(fù)荷指標(biāo)為86 W/m2。

表1 體育館空調(diào)系統(tǒng)冷、熱負(fù)荷

2.2 體育場(chǎng)冷熱源

6層功能用房具有空間較小、使用靈活的特點(diǎn)。采用變頻多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，冬季供熱、夏季供冷?？照{(diào)房間根據(jù)裝修風(fēng)格選擇適宜的室內(nèi)機(jī)形式，各房間均可分室控溫。室外機(jī)安裝在5層夾層內(nèi)，由于頂部被遮擋，不利于自然對(duì)流的形成，因此室外機(jī)設(shè)置風(fēng)管導(dǎo)風(fēng)帽進(jìn)行排熱，室外機(jī)壓頭通過(guò)計(jì)算選擇。

2.3 體育館冷熱源

比賽館和訓(xùn)練館采用集中冷熱源，周邊配套服務(wù)用房采用變頻多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)。

1) 集中冷熱源。

對(duì)于比賽館及訓(xùn)練館區(qū)域集中設(shè)置的冷熱源，空調(diào)主機(jī)臺(tái)數(shù)和容量按照比賽模式配置，在單配的同時(shí)適應(yīng)非比賽模式冷負(fù)荷的變化需要。該區(qū)域冬季空調(diào)熱負(fù)荷為4 220 kW(集中供熱)，夏季空調(diào)冷負(fù)荷為5 550 kW(集中供冷)，因此配置4臺(tái)相同容量的螺桿式空氣源熱泵機(jī)組，夏季供冷、冬季供熱。由于貴陽(yáng)地區(qū)冬季室外相對(duì)濕度較大，在選擇機(jī)組時(shí)考慮冬季融霜工況下制熱量的衰減，通過(guò)采用智能融霜系統(tǒng)，保證在冬季設(shè)計(jì)工況時(shí)機(jī)組性能系數(shù)要求。按貴州當(dāng)?shù)厥彝鈿庀髼l件進(jìn)行設(shè)備選型，單臺(tái)制冷量1 408.9 kW、制熱量1 099.7 kW。主機(jī)采用可變水流量冷水機(jī)組，其允許流量變化范圍40%～110%，允許流量變化率>10%/min，循環(huán)泵變頻控制，滿足部分負(fù)荷下高效運(yùn)行需求。

空氣源熱泵機(jī)組設(shè)置在配套服務(wù)用房的屋頂，高度為11.40 m，通風(fēng)良好。循環(huán)水泵設(shè)置在地下1層空調(diào)水泵房?jī)?nèi)(-5.40 m)。循環(huán)水泵與冷水機(jī)組一對(duì)一設(shè)置，共設(shè)置5臺(tái)，四用一備。采用變頻泵，其流量對(duì)應(yīng)機(jī)組的流量。

冷水的補(bǔ)水為軟化水。水系統(tǒng)的膨脹定壓采用定壓膨脹補(bǔ)水真空脫氣機(jī)組來(lái)完成，施工時(shí)其泄水管結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)引至軟化水箱。冷水循環(huán)水側(cè)設(shè)置物化全程處理器等水處理裝置，解決管道和設(shè)備內(nèi)表面結(jié)垢、生銹等問(wèn)題。

2) 多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)。

配套服務(wù)用房考慮賽后運(yùn)行模式設(shè)置變頻多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，夏季供冷、冬季供暖?？照{(diào)系統(tǒng)依據(jù)用戶(hù)單元分別布置，室外機(jī)設(shè)置于屋頂或首層專(zhuān)用格柵內(nèi)，設(shè)置專(zhuān)用導(dǎo)風(fēng)帽進(jìn)行設(shè)備排熱，格柵設(shè)置檢修門(mén)便于后期維護(hù)。弱電用房、移動(dòng)通信機(jī)房、通信機(jī)房、有線電視機(jī)房根據(jù)設(shè)備發(fā)熱量設(shè)置多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)正常工作溫度，空調(diào)室外機(jī)布置在室外通風(fēng)良好的地方。

3) 機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)。

網(wǎng)絡(luò)機(jī)房設(shè)置機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)(恒溫恒濕空調(diào))，自帶獨(dú)立冷熱源，并按工藝要求設(shè)置備用機(jī)組，N+1冗余，滿足全年溫濕度控制需要。室外機(jī)(風(fēng)冷冷凝器)設(shè)置在室外通風(fēng)良好處。

3 空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

體育館空調(diào)冷水系統(tǒng)為一級(jí)泵閉式循環(huán)系統(tǒng)，采用變流量運(yùn)行，根據(jù)室內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)水流量，水泵采用變頻調(diào)節(jié)，總供回水管之間設(shè)置旁通管和電動(dòng)旁通調(diào)節(jié)閥，旁通閥的設(shè)計(jì)流量取各臺(tái)冷水機(jī)組允許的最小流量中的最大值。此節(jié)能運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)所供即所需，降低水泵輸送能耗。負(fù)荷側(cè)末端為兩管制系統(tǒng)，采用電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥變流量運(yùn)行。風(fēng)機(jī)盤(pán)管和空調(diào)機(jī)組分別設(shè)置豎向立管，風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)豎向立管為異程式，立管敷設(shè)在管井內(nèi)。

4 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于體育場(chǎng)，有空調(diào)系統(tǒng)的房間設(shè)有全熱板翅式新風(fēng)換氣機(jī)，全熱回收效率≥60%，新風(fēng)量滿足室內(nèi)人員舒適性需求，同時(shí)排除污濁空氣。

對(duì)于體育館，觀眾廳采用二次回風(fēng)全空氣低速風(fēng)道空調(diào)系統(tǒng)，頂部設(shè)置排熱風(fēng)機(jī)。全空氣系統(tǒng)采用雙風(fēng)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)過(guò)渡季全新風(fēng)運(yùn)行，縮短冷水機(jī)組運(yùn)行時(shí)間。并且空調(diào)季可根據(jù)室外氣象條件、室內(nèi)CO2濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)新風(fēng)量。送風(fēng)采用階梯形送風(fēng)口，回風(fēng)口設(shè)置在觀眾席位側(cè)上方?；仫L(fēng)閥與新風(fēng)閥聯(lián)動(dòng)。在過(guò)渡季可加大新風(fēng)量直至全新風(fēng)運(yùn)行，直接引入室外新風(fēng)、改善室內(nèi)環(huán)境。2層觀眾休息廳、觀眾平臺(tái)等高大空間采用一次回風(fēng)全空氣低速風(fēng)道空調(diào)系統(tǒng)。風(fēng)口均采用溫控型散流器，根據(jù)送風(fēng)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)送風(fēng)流態(tài)。氣流組織為上送風(fēng)，集中回風(fēng)。辦公室、包廂、會(huì)議室、新聞發(fā)布廳等小空間區(qū)域，為便于靈活運(yùn)行，采用兩管制風(fēng)機(jī)盤(pán)管加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，滿足不同末端用戶(hù)對(duì)冷熱的獨(dú)立調(diào)節(jié)要求。新風(fēng)系統(tǒng)均設(shè)置全熱回收裝置，其全熱回收效率≥60%。

5 系統(tǒng)控制策略

設(shè)有樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)(BAS)，空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)采用直接數(shù)字控制系統(tǒng)，由中央計(jì)算機(jī)等終端設(shè)備、傳感器、執(zhí)行器等組成?？刂葡到y(tǒng)功能包括：設(shè)備優(yōu)化啟停、臺(tái)數(shù)控制、各控制點(diǎn)狀態(tài)顯示、動(dòng)態(tài)圖形顯示等。除少數(shù)就地使用的風(fēng)機(jī)、衛(wèi)生間排氣扇、分體空調(diào)器等，大部分設(shè)備可以在中控室進(jìn)行遠(yuǎn)距離啟停。各系統(tǒng)的運(yùn)行狀況、典型房間溫濕度均可在中控室監(jiān)測(cè)?？諝庠礋岜脵C(jī)組的臺(tái)數(shù)控制采用冷量?jī)?yōu)化控制方式，控制設(shè)計(jì)考慮負(fù)荷匹配及設(shè)備交替運(yùn)行。循環(huán)水泵與空氣源熱泵機(jī)組一對(duì)一設(shè)置，隨機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)啟停。

6 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)及難點(diǎn)

6.1 冰籃轉(zhuǎn)換

主體育館在承辦手球、籃球、排球等賽事的基礎(chǔ)上，通過(guò)“冰籃轉(zhuǎn)換”兼顧賽后利用，賽后可以進(jìn)行冰球、花樣滑冰、短道速滑、冰壺等運(yùn)動(dòng)。因此相應(yīng)增加了冰場(chǎng)制冷系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)等設(shè)計(jì)。

1) 冰場(chǎng)配置2臺(tái)低溫乙二醇制冰主機(jī)，并且雙壓縮機(jī)配置，在初運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)制冷主機(jī)可以同時(shí)開(kāi)啟，以達(dá)到快速制冷的目的，確保冰場(chǎng)達(dá)到初次制冰72 h的要求。非高峰運(yùn)行時(shí)，開(kāi)啟1臺(tái)制冰主機(jī)及其制冰系統(tǒng)，另外1臺(tái)制冷主機(jī)及其制冷系統(tǒng)作為備用，根據(jù)冰面負(fù)荷變化自動(dòng)啟停機(jī)組。夏季高峰負(fù)荷時(shí)，2臺(tái)制冰主機(jī)同時(shí)開(kāi)啟，滿足冰場(chǎng)制冷要求。2) 制冰主機(jī)自帶余熱回收裝置，在制冰的同時(shí)，可獲得免費(fèi)的高溫余熱。熱回收采用水作為介質(zhì)，供水溫度為36 ℃，可完全滿足冰場(chǎng)用熱需求，主要用于：冰車(chē)房的融冰池溫水系統(tǒng)的融冰；為冰場(chǎng)地下防凍加熱層提供熱量。3) 為實(shí)現(xiàn)冰籃場(chǎng)地的快速轉(zhuǎn)換，特別增加快速融冰系統(tǒng)。在需要轉(zhuǎn)換時(shí)停掉制冰機(jī)組，利用體育館空調(diào)系統(tǒng)提供的熱水通過(guò)板式換熱器與乙二醇制冷液間接換熱，再利用現(xiàn)有的冷水泵作為動(dòng)力源循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)48 h快速融冰及場(chǎng)地轉(zhuǎn)換。4) 當(dāng)轉(zhuǎn)換為冰上運(yùn)行時(shí)，為保證場(chǎng)館不結(jié)露，自動(dòng)開(kāi)啟除濕空調(diào)系統(tǒng)，同時(shí)關(guān)閉原場(chǎng)地內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在同一空間內(nèi)，冰球場(chǎng)地對(duì)溫濕度的要求及觀眾看臺(tái)區(qū)域舒適的觀賽環(huán)境。

6.2 消防設(shè)計(jì)難點(diǎn)

由于體育館觀眾廳不同于其他房間，人員多且面積較大，為保證消防時(shí)人員安全疏散，經(jīng)消防策略與模擬計(jì)算，在首層場(chǎng)心和6 m高度平臺(tái)進(jìn)行火災(zāi)排煙模擬后確認(rèn)系統(tǒng)排煙量。

體育館架空平臺(tái)位于看臺(tái)下方，無(wú)外墻，設(shè)置有裝飾作用的罩殼，與室外空間完全連通，通過(guò)對(duì)罩殼建立FDS模型，進(jìn)行模擬分析后采取一系列措施保證架空平臺(tái)安全性，包括增高欄板高度、欄板傾斜、吊頂傾斜等措施降低平臺(tái)煙氣貼壁效應(yīng)影響，在罩殼開(kāi)孔面積占罩棚面積25%的情況下，通過(guò)罩殼縫隙自然排煙，很好地提高了消防系統(tǒng)安全性，避免了人員安全疏散受到威脅。