長春市工人體育館暖通空調系統設計

余秋萍

上海同濟開元建筑設計有限公司

1 項目概況

長春市工人體育館位于長春市南部新城南四環路與前進大街交匯處，總用建筑面積52167 m2，總建筑面積52140 m2，其中地上建筑面積33781 m2，地下18359 m2。體育館主體2 層，局部夾層4 層，地下室1層。地上部分為既相互聯系又可獨立運作的各體育場館，包括游泳館，籃球館，乒乓球館，羽毛球館，臺球館，網球館和健身館。地下部分主要為停車場，預留商業服務用房和少量附屬設備用房。建筑高度23.90 m。建筑外觀如圖1 所示。

圖1 建筑效果圖

2 系統設計

2.1 主要設計參數

空調室內參數、采暖室內設計參數分別如表1、2所示，表3 為設計指標。

表1 空調室內參數

表2 采暖室內設計參數

表3 設計指標

2.2 冷熱源配置

本建筑屬于丙類體育建筑，采用中央空調系統。由于不同功能場館較多，使用時間不盡相同，為滿足各館獨立運營的需要，空調系統采用直接蒸發式屋頂空調機組和一拖多變冷媒流量熱泵空調相結合的方式，各場館運行互不影響，運行費用低。游泳館泳池專用熱泵除濕空調機組設在三層設備機房內，室外風冷冷凝器放在屋頂設備平臺，通過冷媒管道進行連接。

比賽場館的屋頂空調室內機設在室內設備機房內，外機設在屋頂。辦公用房、會議室、棋牌室等小開間均采用VRF 加新風系統。消防控制室、閉路電視機房等區域，因運行時間、運行狀與大樓不一致，設置分體空調。

冬季供暖熱源采用市政熱水管網換熱（本地市政一次進、出水溫度為85 ℃～60 ℃），采用2 臺水-水板式換熱機組作為采暖熱源，分別提供地暖熱水、散熱器熱水，換熱機組放置在地下室的換熱機房內。散熱器系統進、出水溫度為75 ℃/50 ℃，地暖系統進、出水溫度為50 ℃/40 ℃。換熱機房設置熱量表、氣候補償等自動調節裝置。

泳池空調負荷為960 kW，各主要場館新風負荷為3314kW（含泳池空調負荷），泳池初次加熱量為1200 kW，泳池循環加熱量為600 kW，生活熱水為1200 kW。選取3 臺2.5 t 的燃氣真空鍋爐，冬季全開。過渡季節最大開啟兩臺，過渡季節的熱量為泳池空調、生活熱水、泳池循環熱量。3 臺鍋爐自由搭配可滿足不同工況用熱要求，節省初投資。鍋爐一次側供回水溫度為80 ℃/60 ℃，采用2 臺水-水板式換熱機組作為空調熱源，分別提供泳池空調熱水、場館新風空調熱水，空調熱水的供回水溫度為60 ℃/50 ℃。空調及泳池熱水熱源原理圖見圖2。

圖2 鍋爐房水系統原理圖

2.3 空調系統設計

體育館建筑屬于大空間建筑，體積大、維護結構傳熱量大、人員燈光密集，空調負荷較大，因此，設計合理的氣流組織，以使得館內空氣分布滿足比賽和觀眾的要求，同時又保證空調系統能耗較低就具有重要意義。本項目中，游泳館、籃球館、羽毛球館、網球館都屬于高大空間，采用全空氣定風量低速管道系統，采用上送風方式，回風集中在下部。為滿足比賽時風速要求，羽毛球場館主范圍距地9 m 以下氣流速度≤0.2 m/s[1-2]，結合籃球館、羽毛球館、網球館等比賽場館為大垮度鋼結構屋頂，選用纖維織物風管穿插在網架內，通過管道壁纖維滲透空氣及微孔射流形成面式出風，出風面積大，風量大，風速低，無吹風感，舒適度高，既減輕重量又滿足球類比賽對風速的要求。

乒乓球采用全空氣定風量低速管道系統，其中乒乓球上送下回，所有送風口均避開場館比賽主范圍，使場館主范圍距地3 m 以下氣流速度≤0.2 m/s[1-2]。

游泳館選用纖維織物風管，通過管道壁纖維滲透空氣及微孔射流形成面式出風，使池區氣流速度距地2.4 m 以內，氣流速度≤0.2 m/s。游泳館內空氣濕度大，常常出現結露現象，結露后會使墻和屋頂內表面發霉，影響玻璃采光，甚至影響主體結構的力學性能，與此同時，結露會產生霉菌，霉菌不但會釋放出過敏物質，引發過敏，有些毒性強的霉菌，更會引起嚴重的肺部病變，甚至死亡。因此，游泳館內除濕極為重要，本設計使用泳池專用熱泵除濕空調機組，夏季由熱泵除濕機組負責除濕，同時控制室內溫度達到設計要求，過渡季節通過外置風冷冷凝器平衡室內外熱量，也可將冷凝熱用于加熱池水。冬季運行時回風流經除濕熱泵蒸發器，溫度下降，水汽凝結成水滴從空氣中分離，使空氣干爽，實現空氣除濕功能，同時，空氣冷卻、水汽凝結及冷卻過程中釋放出的熱量被制冷劑吸收，然后制冷劑吸收的熱量經再熱冷凝器，加熱冷卻空氣，實現空氣保溫功能。室內空氣及補充的新風需要的加熱量，由鍋爐房提供的空調熱水提供給空調機組加熱盤管，處理空氣達到室內設計參數。新風不僅滿足人員需求，還起到控制室內氯氣濃度，降低對材料的腐蝕及冬季除濕的作用。

各場館全空氣系統均可在過渡季節全新風或加大新比例運行。循環空調箱和新風空調箱均設G4/F7兩級過濾，以加強對粉塵的過濾。空調機組的過濾段設壓差顯示及報警。空調箱設熱水盤管，冬季可開啟作為新風加熱，并設置新房防凍機組，與空調箱一一對應，防止冬季新風過冷造成盤管凍結。另外，冬季在散熱器或地暖熱量不足時可通過帶有熱水盤管的空調箱作為室內補充熱量，冬季新風閥關閉，只做室內循環風使用。

2.4 采暖系統設計

寒冷地區的游泳館宜采用散熱器采暖，低溫熱水地板輻射采暖和熱風采暖相結合的方式。在外廊窗下設散熱器，采暖供回水設計溫度75 ℃/55 ℃。在池邊運動員停留場所設置地板輻射采暖裝置，地暖供回水設計溫度50 ℃/40 ℃。布袋風管向外窗吹熱風，防止外窗結露并保持美觀，同時采用熱管式熱回收裝置回收排風負荷。

各比賽大廳，平時使用散熱器采暖，重要場合時開啟空調新風，即提高市內溫度又改善室內空氣品質。一般房間采用地暖采暖，熱水由換熱機房提供。散熱器采暖采用下供下回雙管同程式系統，供回水管道設在地下室或吊頂下，地暖分集水器設置在比賽區周圍及觀眾區后側。

換熱機房通過板換機組分別提供地暖熱水、散熱器熱水。在大樓的熱力入口處，設置有閘閥、除污器、流量平衡閥、壓力表、溫度計及流量計，在各分路采暖熱水管上按需要設有流量平衡閥，籃球館、羽毛球館、網球館、臺球館、乒乓球館等主要場館分別設置遠程熱計量裝置，進行獨立計量。每個回水立管底端設三通放水口，供水水平干管末端設放氣閥，水平干管坡度≥0.002。散熱器采用壓鑄鋁雙金屬散熱器，游泳池散熱器需外防腐處理。采用同側或異側上供下回方式，設自動溫控閥，室溫可調，散熱器工作壓力0.6 MPa。供暖管道穿越不采暖房間、吊頂及管道井時，均設置保溫。

2.5 通風與防排煙系統設計

2.5.1 通風系統設計

由于各比賽場館人員及照明燈光散熱量大，全年均有余熱量，其建筑空間大，熱量積聚在大廳上部，在大廳上部均設置排風系統排除余熱。游泳館設排風保持房間負壓，防止潮濕空氣擴散到其他房間。

變電所、換熱機房、器材室等庫房設機械通風。地下車庫設機械排風、排煙系統。排風、排煙量均按6 次/h 換氣次數考慮。鍋爐房設平時通風（6 次/h）和事故通風（12 次/h），設置機械補風。

餐飲廚房均預留排油煙豎井及廚房排風兼排煙系統。同時設置廚房的補風系統及崗位送新風系統。油煙凈化器和排油煙風機及相應聯鎖控制的新風機設在屋頂上，以利于今后的維修和保養，一般每個廚房均單獨運行，廚房的油煙經油煙凈化器處理后達到允許的排放濃度后方可排至室外大氣中。

2.5.2 防排煙系統設計

地下服務用房設機械排煙系統，每個防煙分區排煙量按每平方米60 m3/h 計算，由空調送風補風。地下層汽車庫按防火分區設置機械排煙系統，每個防煙分區面積不大于2000 m2，長度不大于60 m，排煙量不小于GB50067-2014 規定值。補風量不小于排煙量的50%。采用自然排煙的房間通過設可開啟外窗，外窗面積不小于建筑面積的2%。

封閉樓梯間采用自然排煙方式，每5 層可開啟外窗面積不小于2 m2。不滿足自然排煙的封閉樓梯間采用機械加壓送風。

籃球館、網球館設高位電動排煙窗自然排煙，排煙窗有效排煙面積不小于房間建筑面積5%。羽毛球館設機械排煙系統，排煙量20 萬m3/h，風機設在屋頂。乒乓館、臺球館、多功能健身館、游泳館大廳等均采用機械方式排煙。每個防煙分區排煙量按每平方米60 m3/h 計算。對無直接自然通風，且長度超過20 m 的內走道或雖有直接自然通風，但長度超過60 m 的內走道設機械排煙系統，排煙量按每平方米60 m3/h 計算。排煙口距離最遠端不大于30 m。

2.6 防凍設計

寒冷地區冬季熱水供熱空調進新風經常存在盤管凍結的問題，將制約和影響空調的運行使用，導致室內空氣流通不暢，空氣質量劣化嚴重，對室內衛生條件造成不良影響。本項目位于長春市，屬于嚴寒地區，冬季室外空調計算干球溫度為-24.3 ℃，需要對冬季寒冷時節空調新風盤管防凍結設計。通常新風空調系統自動控制的策略是通過外網回水管路上的電動調節閥調節加熱盤管內的熱水流量，外網供回水管路與加熱盤管之間屬于變流量量調系統。外網的量調變化會引起加熱盤管管束內水力工況發生巨大變化。當某些管束內流速過低形成層流，靠近管壁處流速接近于靜止，與冷空氣接觸時水溫很快降到0 ℃以下，在管束的彎頭等薄弱部位就會產生盤管凍結現象[3]。本項目為新風機組配置能夠智能控制的新風防凍調控機組（圖3），通過智能化控制，解決冬季新風空調機組在啟動、運行、停止等運行狀態下加熱盤管凍結的問題。

圖3 新風防凍機組系統原理圖

3 設計總結

1）本項目建筑體量較大，功能復雜，不同功能場館較多，使用時間不盡相同，為滿足各館獨立運營的需要，采用直接蒸發式屋頂空調機組和一拖多變冷媒流量熱泵空調相結合的方式，各場館運行互不影響，可有效降低系統的運行費用。

2）根據不同場館比賽項目的不同，設計合理的氣流組織，不僅可以使館內空氣分布滿足比賽以及觀眾的要求，同時又保證了空調系統能耗較低，具有重要的意義。

3）針對嚴寒地區的空調新風系統，為新風機組配置能夠智能控制的新風防凍調控機組，可有效解決冬季新風空調機組加熱盤管凍結的問題。