长春市工人体育馆暖通空调系统设计

2020-08-03余秋萍

建筑热能通风空调 2020年6期

余秋萍

上海同济开元建筑设计有限公司

1 项目概况

长春市工人体育馆位于长春市南部新城南四环路与前进大街交汇处，总用建筑面积52167 m2，总建筑面积52140 m2，其中地上建筑面积33781 m2，地下18359 m2。体育馆主体2 层，局部夹层4 层，地下室1层。地上部分为既相互联系又可独立运作的各体育场馆，包括游泳馆，篮球馆，乒乓球馆，羽毛球馆，台球馆，网球馆和健身馆。地下部分主要为停车场，预留商业服务用房和少量附属设备用房。建筑高度23.90 m。建筑外观如图1 所示。

图1 建筑效果图

2 系统设计

2.1 主要设计参数

空调室内参数、采暖室内设计参数分别如表1、2所示，表3 为设计指标。

表1 空调室内参数

表2 采暖室内设计参数

表3 设计指标

2.2 冷热源配置

本建筑属于丙类体育建筑，采用中央空调系统。由于不同功能场馆较多，使用时间不尽相同，为满足各馆独立运营的需要，空调系统采用直接蒸发式屋顶空调机组和一拖多变冷媒流量热泵空调相结合的方式，各场馆运行互不影响，运行费用低。游泳馆泳池专用热泵除湿空调机组设在三层设备机房内，室外风冷冷凝器放在屋顶设备平台，通过冷媒管道进行连接。

比赛场馆的屋顶空调室内机设在室内设备机房内，外机设在屋顶。办公用房、会议室、棋牌室等小开间均采用VRF 加新风系统。消防控制室、闭路电视机房等区域，因运行时间、运行状与大楼不一致，设置分体空调。

冬季供暖热源采用市政热水管网换热（本地市政一次进、出水温度为85 ℃～60 ℃），采用2 台水-水板式换热机组作为采暖热源，分别提供地暖热水、散热器热水，换热机组放置在地下室的换热机房内。散热器系统进、出水温度为75 ℃/50 ℃，地暖系统进、出水温度为50 ℃/40 ℃。换热机房设置热量表、气候补偿等自动调节装置。

泳池空调负荷为960 kW，各主要场馆新风负荷为3314kW（含泳池空调负荷），泳池初次加热量为1200 kW，泳池循环加热量为600 kW，生活热水为1200 kW。选取3 台2.5 t 的燃气真空锅炉，冬季全开。过渡季节最大开启两台，过渡季节的热量为泳池空调、生活热水、泳池循环热量。3 台锅炉自由搭配可满足不同工况用热要求，节省初投资。锅炉一次侧供回水温度为80 ℃/60 ℃，采用2 台水-水板式换热机组作为空调热源，分别提供泳池空调热水、场馆新风空调热水，空调热水的供回水温度为60 ℃/50 ℃。空调及泳池热水热源原理图见图2。

图2 锅炉房水系统原理图

2.3 空调系统设计

体育馆建筑属于大空间建筑，体积大、维护结构传热量大、人员灯光密集，空调负荷较大，因此，设计合理的气流组织，以使得馆内空气分布满足比赛和观众的要求，同时又保证空调系统能耗较低就具有重要意义。本项目中，游泳馆、篮球馆、羽毛球馆、网球馆都属于高大空间，采用全空气定风量低速管道系统，采用上送风方式，回风集中在下部。为满足比赛时风速要求，羽毛球场馆主范围距地9 m 以下气流速度≤0.2 m/s[1-2]，结合篮球馆、羽毛球馆、网球馆等比赛场馆为大垮度钢结构屋顶，选用纤维织物风管穿插在网架内，通过管道壁纤维渗透空气及微孔射流形成面式出风，出风面积大，风量大，风速低，无吹风感，舒适度高，既减轻重量又满足球类比赛对风速的要求。

乒乓球采用全空气定风量低速管道系统，其中乒乓球上送下回，所有送风口均避开场馆比赛主范围，使场馆主范围距地3 m 以下气流速度≤0.2 m/s[1-2]。

游泳馆选用纤维织物风管，通过管道壁纤维渗透空气及微孔射流形成面式出风，使池区气流速度距地2.4 m 以内，气流速度≤0.2 m/s。游泳馆内空气湿度大，常常出现结露现象，结露后会使墙和屋顶内表面发霉，影响玻璃采光，甚至影响主体结构的力学性能，与此同时，结露会产生霉菌，霉菌不但会释放出过敏物质，引发过敏，有些毒性强的霉菌，更会引起严重的肺部病变，甚至死亡。因此，游泳馆内除湿极为重要，本设计使用泳池专用热泵除湿空调机组，夏季由热泵除湿机组负责除湿，同时控制室内温度达到设计要求，过渡季节通过外置风冷冷凝器平衡室内外热量，也可将冷凝热用于加热池水。冬季运行时回风流经除湿热泵蒸发器，温度下降，水汽凝结成水滴从空气中分离，使空气干爽，实现空气除湿功能，同时，空气冷却、水汽凝结及冷却过程中释放出的热量被制冷剂吸收，然后制冷剂吸收的热量经再热冷凝器，加热冷却空气，实现空气保温功能。室内空气及补充的新风需要的加热量，由锅炉房提供的空调热水提供给空调机组加热盘管，处理空气达到室内设计参数。新风不仅满足人员需求，还起到控制室内氯气浓度，降低对材料的腐蚀及冬季除湿的作用。

各场馆全空气系统均可在过渡季节全新风或加大新比例运行。循环空调箱和新风空调箱均设G4/F7两级过滤，以加强对粉尘的过滤。空调机组的过滤段设压差显示及报警。空调箱设热水盘管，冬季可开启作为新风加热，并设置新房防冻机组，与空调箱一一对应，防止冬季新风过冷造成盘管冻结。另外，冬季在散热器或地暖热量不足时可通过带有热水盘管的空调箱作为室内补充热量，冬季新风阀关闭，只做室内循环风使用。

2.4 采暖系统设计

寒冷地区的游泳馆宜采用散热器采暖，低温热水地板辐射采暖和热风采暖相结合的方式。在外廊窗下设散热器，采暖供回水设计温度75 ℃/55 ℃。在池边运动员停留场所设置地板辐射采暖装置，地暖供回水设计温度50 ℃/40 ℃。布袋风管向外窗吹热风，防止外窗结露并保持美观，同时采用热管式热回收装置回收排风负荷。

各比赛大厅，平时使用散热器采暖，重要场合时开启空调新风，即提高市内温度又改善室内空气品质。一般房间采用地暖采暖，热水由换热机房提供。散热器采暖采用下供下回双管同程式系统，供回水管道设在地下室或吊顶下，地暖分集水器设置在比赛区周围及观众区后侧。

换热机房通过板换机组分别提供地暖热水、散热器热水。在大楼的热力入口处，设置有闸阀、除污器、流量平衡阀、压力表、温度计及流量计，在各分路采暖热水管上按需要设有流量平衡阀，篮球馆、羽毛球馆、网球馆、台球馆、乒乓球馆等主要场馆分别设置远程热计量装置，进行独立计量。每个回水立管底端设三通放水口，供水水平干管末端设放气阀，水平干管坡度≥0.002。散热器采用压铸铝双金属散热器，游泳池散热器需外防腐处理。采用同侧或异侧上供下回方式，设自动温控阀，室温可调，散热器工作压力0.6 MPa。供暖管道穿越不采暖房间、吊顶及管道井时，均设置保温。

2.5 通风与防排烟系统设计

2.5.1 通风系统设计

由于各比赛场馆人员及照明灯光散热量大，全年均有余热量，其建筑空间大，热量积聚在大厅上部，在大厅上部均设置排风系统排除余热。游泳馆设排风保持房间负压，防止潮湿空气扩散到其他房间。

变电所、换热机房、器材室等库房设机械通风。地下车库设机械排风、排烟系统。排风、排烟量均按6 次/h 换气次数考虑。锅炉房设平时通风（6 次/h）和事故通风（12 次/h），设置机械补风。

餐饮厨房均预留排油烟竖井及厨房排风兼排烟系统。同时设置厨房的补风系统及岗位送新风系统。油烟净化器和排油烟风机及相应联锁控制的新风机设在屋顶上，以利于今后的维修和保养，一般每个厨房均单独运行，厨房的油烟经油烟净化器处理后达到允许的排放浓度后方可排至室外大气中。

2.5.2 防排烟系统设计

地下服务用房设机械排烟系统，每个防烟分区排烟量按每平方米60 m3/h 计算，由空调送风补风。地下层汽车库按防火分区设置机械排烟系统，每个防烟分区面积不大于2000 m2，长度不大于60 m，排烟量不小于GB50067-2014 规定值。补风量不小于排烟量的50%。采用自然排烟的房间通过设可开启外窗，外窗面积不小于建筑面积的2%。

封闭楼梯间采用自然排烟方式，每5 层可开启外窗面积不小于2 m2。不满足自然排烟的封闭楼梯间采用机械加压送风。

篮球馆、网球馆设高位电动排烟窗自然排烟，排烟窗有效排烟面积不小于房间建筑面积5%。羽毛球馆设机械排烟系统，排烟量20 万m3/h，风机设在屋顶。乒乓馆、台球馆、多功能健身馆、游泳馆大厅等均采用机械方式排烟。每个防烟分区排烟量按每平方米60 m3/h 计算。对无直接自然通风，且长度超过20 m 的内走道或虽有直接自然通风，但长度超过60 m 的内走道设机械排烟系统，排烟量按每平方米60 m3/h 计算。排烟口距离最远端不大于30 m。

2.6 防冻设计

寒冷地区冬季热水供热空调进新风经常存在盘管冻结的问题，将制约和影响空调的运行使用，导致室内空气流通不畅，空气质量劣化严重，对室内卫生条件造成不良影响。本项目位于长春市，属于严寒地区，冬季室外空调计算干球温度为-24.3 ℃，需要对冬季寒冷时节空调新风盘管防冻结设计。通常新风空调系统自动控制的策略是通过外网回水管路上的电动调节阀调节加热盘管内的热水流量，外网供回水管路与加热盘管之间属于变流量量调系统。外网的量调变化会引起加热盘管管束内水力工况发生巨大变化。当某些管束内流速过低形成层流，靠近管壁处流速接近于静止，与冷空气接触时水温很快降到0 ℃以下，在管束的弯头等薄弱部位就会产生盘管冻结现象[3]。本项目为新风机组配置能够智能控制的新风防冻调控机组（图3），通过智能化控制，解决冬季新风空调机组在启动、运行、停止等运行状态下加热盘管冻结的问题。