蘭州某教育園區綜合體育館采暖系統設計

馮坤旋

蘭州有色冶金設計研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000

0 引言

目前,包含多種運動功能的學校綜合性體育館的建設日益增多。通常情況下,因為熱源限制,同一建筑往往采用一種采暖方式,但綜合性體育館內功能復雜、空間高度不統一,如何在熱源唯一的情況下采用不同系統方式滿足各功能設計要求,是綜合體育館采暖設計的重點和難點。本文結合實際設計項目,為解決這一現實問題提供了一種新的設計思路。

1 工程概況

工程項目位于榆中縣城東北角,整個教育園區新建單體建筑9座。其中綜合體育館地上3層,地下1層;地下1層層高2.3 m,地上1層層高6.4 m、2層層高5.1 m、3層層高10 m,建筑高度22.35 m,總建筑面積8 949 m2。體育館地下1層為游泳館的設備用房,地上1層為游泳館,2層為健身、體操、乒乓球室,3層為籃球館等,可為學生提供充足的室內體育活動空間,綜合體育館設計效果圖如圖1所示。

圖1 教育園區綜合體育館效果圖

2 采暖設計

2.1 采暖熱源

教育園區冬季采用市政熱源供熱,供水溫度為85 ℃,回水溫度為60 ℃;經地下換熱站換熱后提供供水溫度為75 ℃,回水溫度為50 ℃的低溫熱水。整個教育園區供暖總熱負荷為5 993 kW;整個供暖系統劃分為1個區,換熱站設置2臺換熱器,單臺換熱器換熱量為4 285 kW,工作壓力為0.4 MPa。采暖系統采用變頻補水定壓設備補水定壓,由壓力傳感器控制補水泵的啟停及轉速。其中綜合體育館采暖熱負荷為830.41 kW,采暖面積熱指標為92.79 W/m2。

2.2 常用的采暖方式

目前在北方經常使用的采暖方式主要有散熱器采暖、低溫地板輻射采暖、熱風采暖3種。

散熱器采暖是熱水采暖的常用采暖方式。散熱器主要以輻射、對流的方式均衡加熱室內每個角落,不會像空調出現高低冷熱不均的現象,讓人感覺舒適又溫暖。目前市場上暖氣片多由鋼、銅、鋁等材質制成,散熱速度快、采暖效果好、簡單實用、經濟性價比高,但散熱器采暖不適用于高溫高濕的環境。對于高大空間,散熱器采暖會出現上熱下冷的情況,影響實際采暖效果。

低溫地板輻射采暖是指通過提升墻體內表面溫度形成熱輻射面,通過輻射面以熱輻射和熱對流2種傳熱方式向室內提供熱量的采暖方式。地板輻射采暖系統在熱輻射的作用下,圍護結構內表面溫度及室內其他物體表面的溫度都比對流散熱高,因此人體散熱量減少,人體實際熱感覺更為舒適。地板輻射采暖系統相比散熱器系統不占用室內建筑面積,便于室內裝修布置,且不會因為出現散熱器氣流上升帶動灰塵從而污染墻面的情況。地板輻射采暖系統在同樣熱舒適的情況下,設計溫度可以比采用對流供暖時降低2～3 ℃,從而可以節省供暖能耗。低溫地板輻射采暖是一種衛生條件和舒適性都非常好的采暖方式,在國內特別是北方地區應用范圍廣泛,使用效果令人滿意[1-2]。

熱風采暖主要適用于耗熱量大,層高高、間歇使用的建筑物,具有熱惰性小、升溫快、設備簡單、節省投資的優點。

2.3 體育館采暖方案

由于綜合體育館內包含游泳館、乒乓球室、健身房、體操、形體、會議室、籃球館等多種功能分區,且各分區層高及溫度舒適性要求各不相同,因此如何選用合適的采暖方式既能滿足設計要求,又可以滿足節能環保的要求是該項目采暖設計的重點。

體育館1層為游泳館,游泳館層高為6.4 m,主要包含6條泳道的50 m游泳池及其附屬房間。由于游泳館北側整面墻體均為玻璃窗,而且游泳館內泳池為大水面,水面面積約900 m2,使用時水池和池邊地面有大量水份蒸發到室內空氣中,室內相對濕度比一般建筑高很多;游泳池的水采用加液氯滅菌處理,氯氣散發到空氣中后,與空氣中的水蒸汽反應后形成酸霧,嚴重影響游泳館內金屬制品的使用壽命[3-6],因此游泳館內采暖不宜采用散熱器采暖。

從游泳者、休息區人員的舒適度及經濟、技術綜合考慮,游泳館采暖系統可采用低溫地板輻射采暖系統。地板輻射采暖系統加熱管采用回轉式布置,游泳館內衛生間為散熱器采暖。由于整個教育園區除體育館外均使用散熱器采暖,單獨在換熱機房設置換熱機組用于1層游泳館低溫地板輻射采暖,不經濟,也不現實。因此,1層熱源直接采用換熱站供水溫度為75 ℃、回水溫度為50 ℃的低溫熱水,在分集水器前安裝地暖保護器,高溫供水經過地暖保護器換熱后,溫度降低到60 ℃以下,進入地板輻射采暖系統,經過房間散熱后,水溫降到35～45 ℃作為地暖回水回到地暖保護器,吸收高溫供水熱量,回水溫度升高,作為換熱站系統的回水。高溫供水與地暖低溫回水在地暖保護器內不停地進行熱量交換,這樣既保護了地暖管使用壽命,又節省了投資與管理費。地暖保護器如圖2所示。

1—自動溫控閥,配套溫度控制探頭;2—球閥與干管同徑;3—溫度表。

體育館內2層層高5.1 m,主要包括乒乓球室、健身房、體操、形體、會議室、入口大廳等功能房間。2層功能房間不存在高溫、高濕且含有腐蝕氣體的環境,且吊頂后層高為4 m,從經濟和技術角度綜合考慮,選用散熱器采暖。散熱器采用UR7006-600型壓鑄鋁雙金屬散熱器,散熱器工作壓力為1.0 MPa,散熱器明裝。

體育館內3層層高10 m,主要為籃球館及其附屬設施。籃球館為高大空間,且平時僅在雨雪天氣及校內重要比賽時使用,空置時間較長,從技術、經濟及后期運行管理角度考慮,設計了以散熱器為值班采暖、大空間專用循環空氣制熱機組為比賽采暖相結合的采暖系統。平時采用散熱器保證室內溫度5 ℃,比賽及重要活動前開啟籃球場上空6臺大空間專用循環空氣制熱機組(單臺制熱量28 kW,最大循環風量6 700 m3/h,安裝高度4～10 m),室內低溫空氣通過循環空氣制熱機組加熱后,由送風機將熱空氣自上而下地送到籃球館空間各處,使場內內溫度迅速提升到18 ℃,滿足使用需求。

使用大空間專用循環空氣制熱機組可以有效回收上升到頂部的空間熱量,使通過屋頂的熱損失減少到最低限度,解決了高大空間冬季采暖上熱下冷、溫度分層的問題,真正達到節能效果。在保證工作區溫度要求的同時,通過對風速和出風角度的調節,可以實現工作區環境內無風感,滿足JGJ 31—2003《體育建筑設計規范》中對于籃球場風速小于等于0.5 m/s的要求[7]。

2.4 采暖系統制式

本項目在1層耗熱量小的室內設1個總的采暖導入口,采暖系統導入口內安裝大口徑超聲波熱量表,熱量表含有數據遠傳功能,配用靜態水力平衡閥。采暖干管進入室內后通過立管與各層干管連接;1層干管采用下供下回異程式雙管系統;采暖系統采用低溫熱水地板輻射采暖,地板輻射采暖系統加熱管采用回轉式布置,衛生間為散熱器采暖。2、3層采用上供下回單管跨越式順流同程式與單管水平串聯相結合的系統,散熱器前安裝跨越管及恒溫控制閥,實現分室控溫。3層籃球館內大空間專用循環空氣制熱機組采用雙管異程式系統、散熱器值班采暖系統,分別與立管連接,方便后期管理與維護。

2.5 采暖系統自動控制及運行調節

本項目中所有的采暖系統均設計自動溫度控制系統,減少了系統整體運行能耗及成本。

1層地暖分集水器前均設置溫控器,可根據設計溫度隨室外溫度變化調整水流量;2、3層散熱器采暖系統散熱器前均安裝跨越管及恒溫控制閥,可根據室內溫度需要調節閥門開度。

為提高3層籃球館整體環境的舒適性和系統運行節能,在冬季場館運行時采用大空間專用循環空氣制熱機組和散熱器供暖系統公共供暖的運行模式;在冬季場館閑置期間,僅利用散熱器采暖系統進行供暖,滿足室內5 ℃的值班供暖溫度。

項目供熱系統循環泵及補水泵均設計變頻控制系統,換熱機組的市政供水處設有電動調節閥,根據二次水出水溫度變化調節一次水的水量以達到經濟節能的目的。

3 通風及防排煙系統

3.1 通風系統

衛生間及沐浴間設計機械排風系統,排風量按10次/h計算;更衣室設計機械排風系統,排風量按2次/h計算,補風為無組織自然補入。

地下設備間設計機械排風系統,排風量按4次/h設計,補風為無組織自然補入。

3層籃球館內設置設計了電動開啟扇,平時夏季及過渡季可根據需要自動開啟自然通風,達到節能目的。

游泳館內為高熱高濕區域,室內濕負荷為180 kg/h。為了保證游泳池空間整體舒適度,在游泳館內設置組合式空調機組,包括混合段、風機段、蒸發段、再熱段、兩用表冷器段(夏天接冷水,冬天接熱水),對泳池大廳進行通風換氣處理。風機從泳池室內抽入溫暖潮濕的空氣,該空氣流經蒸發器(除濕器)盤管,在制冷除濕的同時將回收的因池水蒸發產生的熱能傳遞給冷的液態制冷劑。這種能量交換使空氣溫度降至露點以下,在蒸發器盤管上形成結露,將潮濕空氣轉變為干燥的冷空氣送入室內。機組通風量為38 000～51 000 m3/h,氣流組織為上送上回。

3.2 防排煙

3.2.1 防煙設計

綜合體育館下地下設備間、封閉樓梯間在頂部設置面積不小于2.0 m2的可開啟外窗或開口,可以滿足自然排煙要求。地上樓梯間為敞開樓梯間,無須設置防煙設施。

3.2.2 排煙系統設計

1層游泳館更衣室、辦理大廳因不滿足自然排煙要求,設計機械排煙系統,計算排煙量為30 000 m3/h;排煙口均位于儲煙倉內,補風為機械補風,補風量為排煙量的50%,計算補煙量為15 000 m3/h,補風口位于儲煙倉下沿以下。1層游泳池空間凈高為5.5 m,每個防煙分區長邊小于36 m,且自然排煙口面積均不小于建筑面積的2%,并處于儲煙倉內,滿足自然排煙要求;補風為無組織自然補風,補風口位于儲煙倉下沿以下。

2層走廊長度大于20 m,須設置排煙設施,內走廊凈寬大于2.5 m,按長邊不大于36 m將整個走道劃分為3個防煙分區;2個更衣室為大于50 m2的無窗房間,設計機械排煙系統,走道與更衣室合用1個機械排煙系統,計算排煙量為30 000 m3/h;排煙口均位于儲煙倉內,補風為無組織自然補風。排煙風機設置于專用排煙機房內。

3層籃球館空間凈高為9.1 m,劃分為2個防煙分區,每個防煙分區面積均不大于2 000 m2,每個防煙分區計算排煙量為178 000 m3/h;根據GB51251《建筑防煙排煙系統技術標準》要求,自然排煙窗風速以小于0.94 m/s計算,自然排煙口設置面積為52.6 m2,自然排煙口均位于儲煙倉內。籃球館空間凈高為9.1 m,大于6 m,四周窗戶均可開啟,整個籃球館空間內任一點與最近可開啟外窗之間的水平距離小于37.5 m,滿足規范要求。補風為無組織自然補風,補風口位于儲煙倉下沿以下。自然排煙窗手動開啟,手動開啟裝置集中設于距地面1.3～1.5 m位置。

4 結束語

根據綜合體育館建筑功能布置,同時考慮蘭州地處北方寒冷地區的氣候特點,且在熱源確定的情況下,在同一場館中采用散熱器、低溫地板輻射采暖系統、大空間循環空氣制熱機組3種不同的供暖方式,既能滿足各功能分區設計參數及實際使用需求,且經濟合理,節能可靠。

在實際工程項目設計中,設計師應綜合考慮工程所在地的實際情況,結合設計的內外部條件和工程特點,采取不同的方法對設計方案進行優化,努力使設計的暖通系統經濟合理、技術先進、安全可靠。