貴陽奧林匹克體育中心暖通空調(diào)設(shè)計

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

1 工程概況

建設(shè)地點：貴州省貴陽市。建筑面積：體育場53 961 m2，體育館130 300 m2。建筑高度：體育場40.0 m，體育館43.7 m。建筑層數(shù)：體育場局部6層，體育館地上4層、地下1層。建設(shè)標準：5.2萬座大型體育場，1.2萬座甲級特大型體育館。

建筑功能：體育場設(shè)圍合式看臺。東側(cè)看臺結(jié)合地形依山勢修建，下部僅設(shè)少量觀眾用房；西側(cè)看臺為主看臺，共設(shè)6層功能用房；主要包括貴賓區(qū)、運動員區(qū)、媒體區(qū)、競賽組織用房、觀眾使用區(qū)域、包廂層、觀眾休息平臺、媒體評論用房及技術(shù)用房、檢錄處等。體育館主要由比賽館、熱身館、地下車庫及配套服務用房組成。

2 冷熱源設(shè)計

2.1 空調(diào)系統(tǒng)冷熱負荷

該工程體育場空調(diào)系統(tǒng)冷負荷為1 300 kW，熱負荷為1 000 kW，單位面積冷負荷指標為110 W/m2，單位面積熱負荷指標為85 W/m2。體育館空調(diào)系統(tǒng)冷、熱負荷見表1。單位面積冷負荷指標為113 W/m2，單位面積熱負荷指標為86 W/m2。

表1 體育館空調(diào)系統(tǒng)冷、熱負荷

2.2 體育場冷熱源

6層功能用房具有空間較小、使用靈活的特點。采用變頻多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)，冬季供熱、夏季供冷。空調(diào)房間根據(jù)裝修風格選擇適宜的室內(nèi)機形式，各房間均可分室控溫。室外機安裝在5層夾層內(nèi)，由于頂部被遮擋，不利于自然對流的形成，因此室外機設(shè)置風管導風帽進行排熱，室外機壓頭通過計算選擇。

2.3 體育館冷熱源

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

1) 集中冷熱源。

對于比賽館及訓練館區(qū)域集中設(shè)置的冷熱源，空調(diào)主機臺數(shù)和容量按照比賽模式配置，在單配的同時適應非比賽模式冷負荷的變化需要。該區(qū)域冬季空調(diào)熱負荷為4 220 kW(集中供熱)，夏季空調(diào)冷負荷為5 550 kW(集中供冷)，因此配置4臺相同容量的螺桿式空氣源熱泵機組，夏季供冷、冬季供熱。由于貴陽地區(qū)冬季室外相對濕度較大，在選擇機組時考慮冬季融霜工況下制熱量的衰減，通過采用智能融霜系統(tǒng)，保證在冬季設(shè)計工況時機組性能系數(shù)要求。按貴州當?shù)厥彝鈿庀髼l件進行設(shè)備選型，單臺制冷量1 408.9 kW、制熱量1 099.7 kW。主機采用可變水流量冷水機組，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，滿足部分負荷下高效運行需求。

空氣源熱泵機組設(shè)置在配套服務用房的屋頂，高度為11.40 m，通風良好。循環(huán)水泵設(shè)置在地下1層空調(diào)水泵房內(nèi)(-5.40 m)。循環(huán)水泵與冷水機組一對一設(shè)置，共設(shè)置5臺，四用一備。采用變頻泵，其流量對應機組的流量。

冷水的補水為軟化水。水系統(tǒng)的膨脹定壓采用定壓膨脹補水真空脫氣機組來完成，施工時其泄水管結(jié)合現(xiàn)場引至軟化水箱。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、生銹等問題。

2) 多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)。

配套服務用房考慮賽后運行模式設(shè)置變頻多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)，夏季供冷、冬季供暖。空調(diào)系統(tǒng)依據(jù)用戶單元分別布置，室外機設(shè)置于屋頂或首層專用格柵內(nèi)，設(shè)置專用導風帽進行設(shè)備排熱，格柵設(shè)置檢修門便于后期維護。弱電用房、移動通信機房、通信機房、有線電視機房根據(jù)設(shè)備發(fā)熱量設(shè)置多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)正常工作溫度，空調(diào)室外機布置在室外通風良好的地方。

3) 機房專用空調(diào)。

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

3 空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計

體育館空調(diào)冷水系統(tǒng)為一級泵閉式循環(huán)系統(tǒng)，采用變流量運行，根據(jù)室內(nèi)溫度自動調(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)置旁通管和電動旁通調(diào)節(jié)閥，旁通閥的設(shè)計流量取各臺冷水機組允許的最小流量中的最大值。此節(jié)能運行方式實現(xiàn)所供即所需，降低水泵輸送能耗。負荷側(cè)末端為兩管制系統(tǒng)，采用電動兩通調(diào)節(jié)閥變流量運行。風機盤管和空調(diào)機組分別設(shè)置豎向立管，風機盤管系統(tǒng)豎向立管為異程式，立管敷設(shè)在管井內(nèi)。

4 空調(diào)風系統(tǒng)設(shè)計

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

對于體育館，觀眾廳采用二次回風全空氣低速風道空調(diào)系統(tǒng)，頂部設(shè)置排熱風機。全空氣系統(tǒng)采用雙風機，可實現(xiàn)過渡季全新風運行，縮短冷水機組運行時間。并且空調(diào)季可根據(jù)室外氣象條件、室內(nèi)CO2濃度自動調(diào)節(jié)新風量。送風采用階梯形送風口，回風口設(shè)置在觀眾席位側(cè)上方。回風閥與新風閥聯(lián)動。在過渡季可加大新風量直至全新風運行，直接引入室外新風、改善室內(nèi)環(huán)境。2層觀眾休息廳、觀眾平臺等高大空間采用一次回風全空氣低速風道空調(diào)系統(tǒng)。風口均采用溫控型散流器，根據(jù)送風溫度自動調(diào)節(jié)送風流態(tài)。氣流組織為上送風，集中回風。辦公室、包廂、會議室、新聞發(fā)布廳等小空間區(qū)域，為便于靈活運行，采用兩管制風機盤管加獨立新風系統(tǒng)，滿足不同末端用戶對冷熱的獨立調(diào)節(jié)要求。新風系統(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)有樓宇自動控制系統(tǒng)(BAS)，空調(diào)自動控制系統(tǒng)采用直接數(shù)字控制系統(tǒng)，由中央計算機等終端設(shè)備、傳感器、執(zhí)行器等組成。控制系統(tǒng)功能包括：設(shè)備優(yōu)化啟停、臺數(shù)控制、各控制點狀態(tài)顯示、動態(tài)圖形顯示等。除少數(shù)就地使用的風機、衛(wèi)生間排氣扇、分體空調(diào)器等，大部分設(shè)備可以在中控室進行遠距離啟停。各系統(tǒng)的運行狀況、典型房間溫濕度均可在中控室監(jiān)測。空氣源熱泵機組的臺數(shù)控制采用冷量優(yōu)化控制方式，控制設(shè)計考慮負荷匹配及設(shè)備交替運行。循環(huán)水泵與空氣源熱泵機組一對一設(shè)置，隨機組運行臺數(shù)啟停。

6 暖通空調(diào)設(shè)計主要特點及難點

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“冰籃轉(zhuǎn)換”兼顧賽后利用，賽后可以進行冰球、花樣滑冰、短道速滑、冰壺等運動。因此相應增加了冰場制冷系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)等設(shè)計。

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

6.2 消防設(shè)計難點

由于體育館觀眾廳不同于其他房間，人員多且面積較大，為保證消防時人員安全疏散，經(jīng)消防策略與模擬計算，在首層場心和6 m高度平臺進行火災排煙模擬后確認系統(tǒng)排煙量。

體育館架空平臺位于看臺下方，無外墻，設(shè)置有裝飾作用的罩殼，與室外空間完全連通，通過對罩殼建立FDS模型，進行模擬分析后采取一系列措施保證架空平臺安全性，包括增高欄板高度、欄板傾斜、吊頂傾斜等措施降低平臺煙氣貼壁效應影響，在罩殼開孔面積占罩棚面積25%的情況下，通過罩殼縫隙自然排煙，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。