贵阳奥林匹克体育中心暖通空调设计

中国航空规划设计研究总院有限公司 安玉双 詹泰益 孟凡兵

1 工程概况

建设地点：贵州省贵阳市。建筑面积：体育场53 961 m2，体育馆130 300 m2。建筑高度：体育场40.0 m，体育馆43.7 m。建筑层数：体育场局部6层，体育馆地上4层、地下1层。建设标准：5.2万座大型体育场，1.2万座甲级特大型体育馆。

建筑功能：体育场设围合式看台。东侧看台结合地形依山势修建，下部仅设少量观众用房；西侧看台为主看台，共设6层功能用房；主要包括贵宾区、运动员区、媒体区、竞赛组织用房、观众使用区域、包厢层、观众休息平台、媒体评论用房及技术用房、检录处等。体育馆主要由比赛馆、热身馆、地下车库及配套服务用房组成。

2 冷热源设计

2.1 空调系统冷热负荷

该工程体育场空调系统冷负荷为1 300 kW，热负荷为1 000 kW，单位面积冷负荷指标为110 W/m2，单位面积热负荷指标为85 W/m2。体育馆空调系统冷、热负荷见表1。单位面积冷负荷指标为113 W/m2，单位面积热负荷指标为86 W/m2。

表1 体育馆空调系统冷、热负荷

2.2 体育场冷热源

6层功能用房具有空间较小、使用灵活的特点。采用变频多联机空调系统，冬季供热、夏季供冷。空调房间根据装修风格选择适宜的室内机形式，各房间均可分室控温。室外机安装在5层夹层内，由于顶部被遮挡，不利于自然对流的形成，因此室外机设置风管导风帽进行排热，室外机压头通过计算选择。

2.3 体育馆冷热源

比赛馆和训练馆采用集中冷热源，周边配套服务用房采用变频多联机空调系统。

1) 集中冷热源。

对于比赛馆及训练馆区域集中设置的冷热源，空调主机台数和容量按照比赛模式配置，在单配的同时适应非比赛模式冷负荷的变化需要。该区域冬季空调热负荷为4 220 kW(集中供热)，夏季空调冷负荷为5 550 kW(集中供冷)，因此配置4台相同容量的螺杆式空气源热泵机组，夏季供冷、冬季供热。由于贵阳地区冬季室外相对湿度较大，在选择机组时考虑冬季融霜工况下制热量的衰减，通过采用智能融霜系统，保证在冬季设计工况时机组性能系数要求。按贵州当地室外气象条件进行设备选型，单台制冷量1 408.9 kW、制热量1 099.7 kW。主机采用可变水流量冷水机组，其允许流量变化范围40%～110%，允许流量变化率>10%/min，循环泵变频控制，满足部分负荷下高效运行需求。

空气源热泵机组设置在配套服务用房的屋顶，高度为11.40 m，通风良好。循环水泵设置在地下1层空调水泵房内(-5.40 m)。循环水泵与冷水机组一对一设置，共设置5台，四用一备。采用变频泵，其流量对应机组的流量。

冷水的补水为软化水。水系统的膨胀定压采用定压膨胀补水真空脱气机组来完成，施工时其泄水管结合现场引至软化水箱。冷水循环水侧设置物化全程处理器等水处理装置，解决管道和设备内表面结垢、生锈等问题。

2) 多联机空调系统。

配套服务用房考虑赛后运行模式设置变频多联机空调系统，夏季供冷、冬季供暖。空调系统依据用户单元分别布置，室外机设置于屋顶或首层专用格栅内，设置专用导风帽进行设备排热，格栅设置检修门便于后期维护。弱电用房、移动通信机房、通信机房、有线电视机房根据设备发热量设置多联机空调系统，保证系统正常工作温度，空调室外机布置在室外通风良好的地方。

3) 机房专用空调。

网络机房设置机房专用空调(恒温恒湿空调)，自带独立冷热源，并按工艺要求设置备用机组，N+1冗余，满足全年温湿度控制需要。室外机(风冷冷凝器)设置在室外通风良好处。

3 空调水系统设计

体育馆空调冷水系统为一级泵闭式循环系统，采用变流量运行，根据室内温度自动调节水流量，水泵采用变频调节，总供回水管之间设置旁通管和电动旁通调节阀，旁通阀的设计流量取各台冷水机组允许的最小流量中的最大值。此节能运行方式实现所供即所需，降低水泵输送能耗。负荷侧末端为两管制系统，采用电动两通调节阀变流量运行。风机盘管和空调机组分别设置竖向立管，风机盘管系统竖向立管为异程式，立管敷设在管井内。

4 空调风系统设计

对于体育场，有空调系统的房间设有全热板翅式新风换气机，全热回收效率≥60%，新风量满足室内人员舒适性需求，同时排除污浊空气。

对于体育馆，观众厅采用二次回风全空气低速风道空调系统，顶部设置排热风机。全空气系统采用双风机，可实现过渡季全新风运行，缩短冷水机组运行时间。并且空调季可根据室外气象条件、室内CO2浓度自动调节新风量。送风采用阶梯形送风口，回风口设置在观众席位侧上方。回风阀与新风阀联动。在过渡季可加大新风量直至全新风运行，直接引入室外新风、改善室内环境。2层观众休息厅、观众平台等高大空间采用一次回风全空气低速风道空调系统。风口均采用温控型散流器，根据送风温度自动调节送风流态。气流组织为上送风，集中回风。办公室、包厢、会议室、新闻发布厅等小空间区域，为便于灵活运行，采用两管制风机盘管加独立新风系统，满足不同末端用户对冷热的独立调节要求。新风系统均设置全热回收装置，其全热回收效率≥60%。

5 系统控制策略

设有楼宇自动控制系统(BAS)，空调自动控制系统采用直接数字控制系统，由中央计算机等终端设备、传感器、执行器等组成。控制系统功能包括：设备优化启停、台数控制、各控制点状态显示、动态图形显示等。除少数就地使用的风机、卫生间排气扇、分体空调器等，大部分设备可以在中控室进行远距离启停。各系统的运行状况、典型房间温湿度均可在中控室监测。空气源热泵机组的台数控制采用冷量优化控制方式，控制设计考虑负荷匹配及设备交替运行。循环水泵与空气源热泵机组一对一设置，随机组运行台数启停。

6 暖通空调设计主要特点及难点

6.1 冰篮转换

主体育馆在承办手球、篮球、排球等赛事的基础上，通过“冰篮转换”兼顾赛后利用，赛后可以进行冰球、花样滑冰、短道速滑、冰壶等运动。因此相应增加了冰场制冷系统、除湿系统、余热回收系统等设计。

1) 冰场配置2台低温乙二醇制冰主机，并且双压缩机配置，在初运行时，2台制冷主机可以同时开启，以达到快速制冷的目的，确保冰场达到初次制冰72 h的要求。非高峰运行时，开启1台制冰主机及其制冰系统，另外1台制冷主机及其制冷系统作为备用，根据冰面负荷变化自动启停机组。夏季高峰负荷时，2台制冰主机同时开启，满足冰场制冷要求。2) 制冰主机自带余热回收装置，在制冰的同时，可获得免费的高温余热。热回收采用水作为介质，供水温度为36 ℃，可完全满足冰场用热需求，主要用于：冰车房的融冰池温水系统的融冰；为冰场地下防冻加热层提供热量。3) 为实现冰篮场地的快速转换，特别增加快速融冰系统。在需要转换时停掉制冰机组，利用体育馆空调系统提供的热水通过板式换热器与乙二醇制冷液间接换热，再利用现有的冷水泵作为动力源循环，从而实现48 h快速融冰及场地转换。4) 当转换为冰上运行时，为保证场馆不结露，自动开启除湿空调系统，同时关闭原场地内空调系统，实现在同一空间内，冰球场地对温湿度的要求及观众看台区域舒适的观赛环境。

6.2 消防设计难点

由于体育馆观众厅不同于其他房间，人员多且面积较大，为保证消防时人员安全疏散，经消防策略与模拟计算，在首层场心和6 m高度平台进行火灾排烟模拟后确认系统排烟量。

体育馆架空平台位于看台下方，无外墙，设置有装饰作用的罩壳，与室外空间完全连通，通过对罩壳建立FDS模型，进行模拟分析后采取一系列措施保证架空平台安全性，包括增高栏板高度、栏板倾斜、吊顶倾斜等措施降低平台烟气贴壁效应影响，在罩壳开孔面积占罩棚面积25%的情况下，通过罩壳缝隙自然排烟，很好地提高了消防系统安全性，避免了人员安全疏散受到威胁。