竞技性游泳馆暖通空调设计浅析

2019-05-18周伟杰

制冷 2019年4期

周伟杰

（中国建筑东北设计研究院有限公司深圳分公司，深圳 518000）

体育设施作为城市体育事业发展和人们体育活动的重要载体，其建设是城市发展的必然要求。近年来，各奥运场馆的建设工作如火如荼，社会各界对于体育建筑的设计和建设工作的关注也持续升温。游泳馆作为体育建筑的重要类型之一，具有跨度大、高度高、湿度大、能耗高等特点，也是体育设施中工艺最复杂的建筑。游泳馆体育建筑的设计理念在创新在发展，游泳馆的组合形式在变化，游泳馆体育建筑的功能也一改往日的单一性，向着多功能方向发展。如何优化游泳馆设计一直困扰着暖通和建筑行业的设计人员，本文以竞技性游泳馆为例，浅析其在暖通空调设计中的特点，探讨游泳馆暖通空调设计和节能设计的方法。

1 竞技性游泳馆的主要组成和特点

甲级以上游泳馆一般设有跳水池、比赛池、训练池、陆上训练房等，可举办游泳、跳水、水球、花样游泳等比赛项目。其中一般由跳水池、比赛池和看台组成比赛大厅，净空高度一般不小于15m。由热身池、戏水池等组成训练大厅，主要为游泳项目的赛时热身、平时训练和赛后运营，净空高度一般不小于6m。各部分的基本组成和特点如下：

1.1 游泳比赛池

游泳比赛池应满足游泳比赛、水球比赛、花样游泳三个项目的比赛要求。游泳馆的比赛池规格为50m×25m×3m标准泳池，可举办游泳、水球及花样游泳比赛。水温控制在25～27℃之间，室温应高于水温1～2℃，相对湿度不大于75%。

1.2 跳水比赛池

跳水比赛池应满足3m跳板以及10m跳台的比赛要求，以及1m跳板、3m跳板、3m跳台、5m跳台、7.5m跳台、10mm跳台的训练需求。游泳馆的跳水池规格为25m×21m×5.25m，水温控制在26～28℃之间，室温应高于水温1～2℃，相对湿度不大于75%。另外，甲级以上游泳馆应在接近跳台跳板侧设置可加热的放松池(或成品浴缸)，水温不超过40℃。

1.3 热身池

热身池接近比赛池，平时兼作训练池使用，泳池规格一般同比赛池。水温控制在26-28℃之间，室温应高于水温1～2℃，相对湿度不大于75%。

1.4 陆上训练房

陆上训练房主要为跳水训练，考虑满足训练及日常活动的使用要求，净空高度一般不小于12m。

1.5 看台

看台包括：观众席（含无障碍坐席）、运动员席、媒体席、主席台等。

典型甲级游泳馆功能平面图如图1所示。

图1 典型甲级游泳馆功能平面图

2 暖通空调设计的重难点

2.1 对建筑热工设计的要求

游泳馆无论冬夏季都处在高温高湿的环境中，很容易产生结露问题，这不但影响围护结构保温性能，还影响主体结构的力学性能。同时高温高湿环境容易滋生霉菌，严重影响室内卫生条件和美观。由此可见建筑热工的重要性。

围护结构的热工设计基本原则要求如下：1. 保温层布置在靠近室外一侧。2. 保温材料选择蒸汽渗透阻小、不吸水或憎水性强的材料。3. 设置隔汽（防潮）层于室内侧，隔汽层材料采用容重大、密实性好、水蒸气渗透阻大的材料。

使得水蒸汽“进入难、出去易”，才能保证围护结构的安全和寿命，为暖通空调系统间歇运行或停止运行提供了可能性，也为整个建筑的节能运行提供了良好的条件。

2.2 夏季对空调设计的要求

乙级以上游泳馆应设全年使用的空气调节装置。在夏季设计工况条件下, 运用人工制冷减焓去湿和再热的空调手段, 可以确保室内设计参数。再热量可按加热至高于室内空气露点温度1～2℃计算。再热可利用池水加热的热源，冬季采暖的热源或利用制冷机组的冷凝热。游泳比赛池和跳水比赛池一般场地较高，为保证池区的空调气流组织, 应尽可能降低送回风口的高度，但应注意送风气流对跳台运动员造成影响。当场地设置放松池时，应注意放松池水温一般较高（接近40℃），散湿量大，湿负荷计算时不可忽略。

游泳馆的空调室内设计温度一般控制在28～29℃，相对湿度控制在60%～70%，这样的室内空气设计参数对看台上观众是不舒适的。为了提高观众的舒适性，一般有两种做法：1. 提高看台上观众席可感气速度，一般在0.5m/s左右；2. 创造两个不同参数的空调环境实现观众区和游泳区的分区，一般通过垂直风幕实现，但风量、能耗过大，且管道布置困难，会增加较大的投资，设计时应综合考虑。另外，活动看台在赛时系统设计时应同时考虑赛后的设计及拆除设备的利用，根据赛后方案将空调系统进行临时区域和永久区域的划分，充分考虑赛后空调负荷的变化、系统的拆改和再利用，使勤俭办奥运的理念得以体现。

2.3 冬季对供暖设计的要求

游泳馆冬季供暖一般由地板辐射供暖、空调供暖和散热器供暖（寒冷及严寒地区）共同组成。

加入地板辐射采暖系统主要是为了解决运动员及游泳者足部寒冷问题。当室温为26～28℃时，未做特殊处理的情况下，通过计算地板温度约为21.4℃，而处于相对舒适的人体脚部皮肤温度约为30～32℃，两者之间近10℃的温差必然会使足部因迅速散失热量而感到寒冷。因此，地板辐射供暖在游泳馆中得到了普遍应用。地板辐射加热系统只承担很少的供暖负荷，却可以提高地板温度值，解决地板活动人员的足部寒冷问题，满足人体舒适感。

在冬季设计工况条件下，空调系统应按满足除湿要求的最小新风量运行，节约能耗。同时，应注意如场馆较大，内区可能存在冬季消除冷负荷的需求，一般有三种做法：1. 内区单设制冷机；2. 利用冷却塔换热供冷；3. 直接利用室外新风供冷。

2.4 过渡季对通风设计的要求

游泳馆室内的通风量应按下列原则取中最大者设计：1. 按夏季最大冷负荷确定的送风量。2. 按过渡季排除余湿所需的通风量。3. 冬季采用热风供暖时，按送风温度不超过45℃确定的送风量。4. 保证室内最小新风量。

一般按过渡季排除余湿所需的通风量最大。过渡季的送风温度应大于室内露点温度，对应这一温度的含湿量应按此时室外的气象曲线上的有关点选取，即一年12个月的通风曲线与室内空气露点温度加1℃的温度线相交点。设计的难点在于该点的确定，国家规范中一直没有关于过渡季室外计算含湿量的确定方法。文献［4］中提供了一种较易实施的思路，即利用典型年的气象参数替代多年的气象参数数据，以室外温度高于室内露点温度和室外含湿量低于室内控制条件下的含湿量作为可以直流通风降温除湿的边界条件，就可以从8760h中筛选出一部分可进行直流通风的过渡季时间段。

2.5 防结露设计的要求

游泳馆的防结露措施有主动式和被动式措施。

主动式防结露措施有：1. 池区靠幕墙部位设置散热器供暖系统，供暖量按加热至高于室内空气露点温度1℃计算，按以提高幕墙的内表面温度。2. 池区靠天窗部位设置热风供暖系统或红外辐射供暖系统，供暖量按加热至高于室内空气露点温度1℃计算，以提高天窗的内表面温度。3. 池区对外出入口设热风幕，防止冷风侵入室内。4. 设置集中机械排风，以排除聚集在上部的热湿污浊空气，防止结露现象发生。

被动式防结露措施有：1. 夜间将游泳池加以覆盖，避免过多的水蒸汽和热量散发到空中。2. 在天窗下面设导流槽引导结露水。3. 在屋顶内表面粘贴一层吸水的石棉毡，靠其吸水作用将屋盖的结露水吸附。4. 采用防结露涂料，在屋顶内表面喷涂防结露涂料，依靠防结露涂料的吸湿性来将产生的结露水吸附在涂料的涂膜中，从而防止表面出现露珠。

3 暖通空调设计的节能措施

游泳馆高温高湿的特点，使其成为一个高能耗建筑，给节能设计带来了困难，但同时也表明游泳馆具有较大的节能空间。参考国内外大型游泳馆暖通空调设计的特点，主要有以下几点节能措施：

3.1 冷凝热回收

大型游泳馆全年有稳定的冷凝热，可通过设置冷凝热回收型冷水机组，将冷凝热用于生活热水的预热、池池水加热或夏季空调再热，同时空调冷却水得到冷却。

3.2 主动式或被动式太阳能技术

被动式太阳能技术主要是建筑与环境的有机结合，是相对简单、高效环保、造价和维护费用低的节能方式，能够达到节能能源的目的，值得提倡和推广。而主动式太阳能技术主要有：1. 太阳能集热系统。2. 太阳能空调系统。3. 太阳能光电系统。根据文献［5］，一、二、三类地区具有利用太阳能的良好的条件，四、五类地区太阳能资源也有一定的利用价值。设计时应充分结合太阳能主动技术和被动技术，以达到最佳节能效果。

3.3 气流组织

气流组织设计在空调系统的设计中占十分重要的地位，不同的气流组织方式不仅影响室内空调系统的运行效果，还影响空调负荷的计算。目前国内常采用分层式气流组织方式，而国外通常采用笼罩式气流组织方式。前者的优点是初始投资低、运行能耗低、有利于污染物的消除，缺点是温湿度不均匀、上部空气潮湿、外围护结构保温薄弱部位易结露。后者的优点是上部空气干燥、气流场稳定、温湿度均匀，缺点是初投资大、能耗高、不利于污染物的排除。