西安奥体中心主体育场冬季防冻设计

周武成

摘要：介绍了西安奥体中心主体育场的冬季管道防冻设计过程中可选择的冬季防冻方案，及各方案的优缺点分析。对处于寒冷地区的西安奥体中心主体育场，采用风机盘管系统防冻较其它方案从初投资、运行费用、安全可靠、节能等方面进行了比较分析。

关键词：电伴热;干式或预作用;散热器采暖防冻;风机盘管系统防冻

西安奥体中心主体育场位于西安市灞桥区，属于北方寒冷地区。考虑北方地区的气候特点以及人们室外活动的特点，以及冬季作为非赛时季节，主体育场长时间不使用、或者停用。在这种情况下，场内各消火栓、自喷、给水等管线的冬季防冻就显得很有必要。对于空调水系统考虑体育场长时间不使用时，整个水系统做泄空处理。因此，本文主要讲述的对象为消火栓、自喷、给水管线系统的防冻设计。

1工程简介

本工程为西安体育中心主体育场及附属设施，位于西安市国际港务区，将作为2021年第14届全国运动会的主场馆。建筑面积：132916m2，建筑高度：58.3米（钢结构上弦中心线）体育场钢结构罩棚外轮廓呈椭圆形;混凝土主体结构屋面高度：23.98米。建筑层数：地上五层。

2可选择的防冻方案：

2.1对于西安奥体中心主体育场的管道冬季防冻，可选择的方案有：

（1）电伴热防冻;（2）干式系统或预作用系统防冻;（3）注人防冻液防冻;（4）增设散热器采暖系统防冻;（5）风机盘管系统防冻。

2.2电伴热系统防冻。

对于消火栓、自喷、给水管线均可采用电伴热系统。电伴热系统能快速有效的解决冬季防冻的问题，但是缺点同样明显：

（1）若电热工程出现故障，起不到预期的加热功能，不仅会发生管道冻裂，甚至会危及被加热设备的安全运行。（2）鉴于目前我国在这方面存在工程规范不健全，图纸设计深度不足，施工不规范，产品标准容易被忽视等问题，故电伴热在安全可靠性上目前略显不足。（3）对于本工程，因需要电伴热的区域较大，建筑面积约6万平米;且冬季需电伴热的周期较长，因此电伴热的前期投入、后期运营的费用均很高。

对于电伴热系统，基于上述明显的缺点，故本项目将电伴热方案排除在外。

2.3干式或预作用系统防冻。

对于消火栓系统、自喷管线均可采用干式或预作用系统进行冬季防冻。干式或预作用系统能安全、可靠解决冬季防冻的问题，但是缺点同样明显：

（1）火灾时，供水的及时性存在问题;且排气阀容易堵塞，不能及时的排出管道内的空气，安全性较差。（2）因需设置空压机，故对于管路系统，存在空气泄漏的问题;（3）因空压机的原因，加大了系统的前期投入和后期的运营维护管理费用。因本项目自喷区域面积较大，约6万平米，故后期的运行和维护费用均很高。

对于干式或预作用系统，因其主要可作用的系统为消火栓系统和自喷系统，而给水系统不能使用此方案，故本项目将此方案排除在外。

2.4注入防冻液防冻。

采用注入防冻液的方法在技术上存在难点，由于防冻液的量很大，管理起来不便，且日常的运行维护管理比较麻烦;且国内的相关法规、管理条文对防冻剂的管理不明确，没有相关规范可以借鉴。

基于上述明显的缺点，本项目将此方案排除在外。

2.5增设散热器采暖系统进行防冻;

本项目除卫生间、有水设备机房、储藏等区域设置了散热器采暖外，其它区域均考虑设置空调系统进行冬季供暖。但是考虑到冬季体育场长期不运营时，空调系统冬季不运行，考虑将空调水系统全部泄空。本方案考虑在空调区域增设专门的采暖散热器系统进行冬季防冻。

本方案的优缺点：

优点：本方案能可靠、安全的保证冬季管道的防冻需求。

缺点：

（1）所有的有消火栓、自喷、给水管的区域，均需增设散热器采暖系统，前期投入和后期运行费用均很高;（2）本项目为了防冻，冬季专门的运行散热器采暖系统的区域面积约为6万平米，采暖防冻区域较大，非常耗能。（3）本项目作为全运会赛场，应赛时需求，一些贵宾、包厢等区域设置散热器，与本项目的高档装修要求不符。对于增设散热器采暖系统进行防冻，基于上述明显的缺点，故本项目将此方案排除在外。

2.6风机盘管系统防冻。

本方案为空调区域使用风机盘管系统进行防冻，对于非空调区域，卫生间、有水设备机房、储藏等区域设置了散热器采暖;对于无采暖的非空调区域，设置电伴热，或者自喷系统的预作用系统。

本项目的空调区域，风机盘管系统的防冻原理为：在房间温度低于5℃时，考虑开启室内风盘，可通过设置风机盘管的控制面板来进行设定，设定风盘开启的温度（5℃），以及风盘的运行时间设定，达到防冻的目的。

对于风机盘管系统的防冻，本项目的业主方及相关审核人员对风盘系统防冻的运行费用和可靠性存在疑义。为解决这两点疑义，以下对风机盘管系统防冻的运行费用及可靠性进行分析及评估。

2.6.1风机盘管系统防冻运行费用对比分析

对于风机盘管系统防冻，业主方的第一印象就是利用空调水系统的大功率循环水泵进行防冻运行，耗电量很大，且整个冬季运行，运行费用会非常高。其实这是一般人的误区，以下为风机盘管系统防冻与增设散热器系统防冻的运行费用对比分析：

（1）风机盘管系统防冻：

①空调热水系统为变频系统，为保持防冻需求，水泵低频、低耗电运行;②风机盘管設定低于5℃开启，且设定运行时间，有效的减低能耗及耗电量。③降低锅炉房的水泵运行耗电量及锅炉的能耗，减小燃气耗量。④从西安地区的外部气候考虑，西安位于寒冷地区，相比较严寒地区，冬季在室内有防冻要求时间段相对不会太长，风盘防冻可减少系统运行时间，以降低运行费用。

（2）散热器采暖系统防冻：

①整个采暖季节采暖水系统水泵定频运行。②锅炉方的水泵运行时间增长，燃气耗量增加。③系统的运行时间上考虑，散热器采暖系统运行时间较长，间接增加了运行费用。

风机盘管系统防冻和散热器系统防冻运行费用比较详间下表：

依据上表可以看出，风机盘管系统防冻和散热器系统防冻运行费用相差不大。

2.6.2风机盘管系统可靠性措施

对于风机盘管系统防冻，业主方及相关审核人员认为无法比传统可靠的增设散热器采暖系统安全可靠。

为保证风盘系统防冻的可靠性，本项目采取以下措施：

（1）风机盘管面板设置防冻程序，当房间内温度低于5℃时，开启风机盘管，程序设置开启时间，始终保证房间温度不低于5℃。（2）考虑极端情况下，局部房间风盘故障、停电的可能，可将需要防冻区域的风机盘管均接人BAS系统，由BAS系统监控风盘系统，设置风盘故障报警及房间低温故障报警（房间低温故障报警可设定温度2-3℃），为风盘系统防冻增加可靠性。（3）锅炉房、及换热机组均设置有气候补偿控制器，可在极端天气情况下，根据室外气候，考虑开启整个空调系统，达到防冻目的。（4）空调水系统设置为变流量系统，热水循环泵变频控制。可以根据西安气候条件，以室内气候，变频运行循环水泵，大大节约能源。

2.6.3本方案的优缺点

经上述各类对比分析，可看出风机盘管系统防冻的优缺点有：

优点：

（1）本方案水泵变频运行，冬季防冻低频运行，大大降低运行费用;（2）本方案尽可能的利用原空调系统，基本无需额外的增加项目的初投资费用;（3）因水泵变频运行，且末端根据温度开启风盘进行防冻，大大节约了锅炉能耗及水泵能耗。

缺点：增加了空调系统的自控节点，增加了系统的维护管理成本;

根据上述各类分析，风机盘管系统防冻符合本项目进行防冻的需求。

3风机盘管系统防冻于其它防冻方案的比较

根据上述各方案的特点，及优缺点，从初投资、运行费用、安全可靠性、节能各方面进行分别比较，详见下表。

从上表可以看出：

（1）从初投资看，为了防冻，专门增加散热器采暖系統进行防冻，初投资增加较多;其次为方案一的初投资较多;（2）从运行费用看，风机盘管系统防冻与增设散热器运行费用相差不大;（3）从安全可靠性看，散热器采暖系统防冻、风机盘管系统防冻可靠性相差不大;对于方案一存在安全隐患。（4）从节能上看，散热器采暖系统能耗最大，其次为电伴热系统，而风机盘管系统防冻相对比较节能。

4结束语

根据上述分析，西安奥体中心主体育场最终空调区域采用风机盘管系统进行防冻;采暖区域如卫生间、有水设备机房、储藏等区域采用散热器采暖防冻;局部非空调采暖区域，管道需要防冻的设置局部电伴热系统进行防冻。