江西省奥体中心游泳跳水馆暖通设计

摘要：对江西省奥体中心游泳、跳水馆工程进行简介，对空调冷热源设计、空调通风及采暖系统设计中的一些做法进行介绍和分析。该项目设计中，采用了地源热泵、排风热回收、地板辐射采暖等节能措施；在空调通风气流组织上结合场馆特点进行了合理的规划；采取了一系列综合措施来实现建筑围护结构的防结露。
关键词：空调冷热源地源热泵气流组织型式地板辐射采暖
HVAC System Design for Swimming and Diving Gymnasium of Jiangxi Provincial Olympics Sports Center JI Jin-xing The Architectural Design & Research Institute of Tongji Kaiyuan Abst ract : The project of Swimming and Diving Gymnasium of Jiangxi Provincial Olympics Sports Center was briefly introduced. Some techniques in heating and cooling source design and HVAC system design was analyzed. In this project, some measures were adopted for energy saving, including soil source heat pump, exhaust air heat recovery, floor panel heating and etc. Air distribution was designed properly according to the features of architecture. A series of measures were also applied to prevent the building envelope from dewing.
Keywords: heating and cooling source, soil source heat pump, air distribution mode, floor panel heating

1 工程概况
江西省奥体中心游泳、跳水馆(图1)位于江西省南昌市高新技术开发区内，总建筑面积约11636m2，主体结构一层，局部三层，建筑高度为22.45 m，主要功能构成包括游泳比赛馆、跳水比赛馆及游泳训练馆三部分。游泳比赛馆和跳水比赛馆观众席座位数分别为1344 座和690 座。游泳比赛馆和跳水馆可供大型正规比赛使用；训练馆则既可作为专业运动员平时训练和赛前热身场馆，也可对外营业、作为市民健身场所。

2 室内外计算参数
2.1 室外空气计算参数
南昌市地处亚热带，属东亚季风区，气候温和，雨量充沛，四季分明。当地年平均气温为17.5℃，全年日照天数较长。其室外空气计算参数见表1。

2.2 室内空气计算参数
游泳跳水馆空调采暖室内计算参数的确定须综合考虑池水水温、池水蒸发、建筑耗能、围护结构防结露、人员舒适性等诸多因素。兼顾考虑上述因素，并结合《体育建筑设计规范》[1] (JGJ31-2003)的建议值，设计中采用的室内设计参数见表2。

3 空调冷热源设计
3.1 空调冷热负荷、湿负荷计算
冷热负荷计算夏季采用逐时计算[2]的方法，冬季采用稳态传热的计算方法，其统计结果见表3。

由于池区空调采用了转轮式送排风热回收机组，回收利用排风的能量来预处理送风，因此冬季实际运行可比上表中节省743 kW 的热量，实际总热负荷为3625 kW。

3.2 空调冷热源配置
考虑到南昌地区常年日照充分、浅层地热资源丰富，同时也为了体现“绿色、人文、科技”的奥运主题，该工程空调冷热源系统采用了“单井抽灌[3]式土壤换热地源热泵系统”。该系统是以地下水为介质，在传统钻井工艺的基础上，在井内安装能量采集器，利用深井潜水泵将地下水抽取上来，通过井口间壁式换热的方式，将介质中的低位能量交换给热泵系统，释放能量后的水又回到同一口井内。通过井内的能量采集器，可以将回灌水按照设计的流量分布，回灌到井周围的土壤之中。介质水在回灌过程中与土壤进行热交换，使其采集了土壤中的能量，其温度得以恢复。在整个过程中，介质水构成了半封闭的循环回路，连续不断地采集了浅层地下能量。在配置本工程的冷热源时，设计者综合考虑了以下同时使用性因素：

(1)比赛时，休息厅、新闻发布、运动员休息等竞赛配套用房并不同时使用。

(2)训练池在比赛时与标准比赛池、跳水池不同时使用。经过对各部分空调计算负荷的组合优化分析，最终选定了三台相同的地源热泵机组，其单台制冷量为838kW，单台制热量为984kW，负荷同时使用系数在0.8左右。该机组夏季工况供回水温度为7/12℃，冬季工况供回水温度为55/50 ℃(由打井试验测得当地地下水平均温度为19℃)。

4 空调通风及采暖系统设计
4.1 室内气流组织型式
对于游泳馆建筑来说，合理的空调通风气流组织对于室内温度场及风速场的合理分布、对于热湿及污染气体的有效控制以及对于池区与看台空调环境的分区控制等诸多方面都是至关重要的。从以上几点出发，对池区和看台采用了不同的气流组织型式：

(1) 池区空调送风采用旋流风口顶送；排风中的70%从下部池边溢水槽的土建静压箱(图2)排除，另外30%则从池区顶部吊顶上的排风口排出。送排风设备采用转轮式热交换送排风机组，以实现节能运行。由于排风沿池边及池区设置，使得池水散发出的热湿及污染气体通过最短的路径排出，有利于池区周边区域温湿度及空气品质的控制。

(2)看台送风由每个座位下方的台阶送风口送出，回风则设置于最后排看台背部处。空调送风最先通过人员呼吸区，一方面有利于提高人员所在区域的舒适度，另一方面也可以减少池区热压对看台区空调效果的影响。

4.2 池区通风量的确定
池区通风量的确定是该类型建筑暖通设计中的难点，须综合考虑诸多因素，例如建筑物的空间形态、空调通风系统的形式、气流组织、冷热负荷的变化、送风温度、换气次数等[4]。该工程设计中，按照参考文献[4]中所推荐的计算方法，以过渡季节的室内散湿量和室内外含湿量差值为计算最小通风量的依据，再以排除余热的风量进行校核，取较大值。需要指出的是，该风量下冬夏季的送风温度不应低于送风口附近空气的露点温度，以免出现“送风雾化”的现象，必要的时候，甚至要在空调箱内设置再热段以提高出风温度。以游泳比赛馆为例，通风量的计算过程如下：

1)标准比赛池湿负荷计算
①池水的散湿量计算式中：υa 为游泳池表面的风速，取0.2 m/s；P2 为水表面的饱和水蒸气分压力，当t=27℃时，P2=3565 Pa；P1 为
水表面空气的水蒸气分压力，当t=28 ℃、φ=70%时，P1=2645 Pa；F 水面为水表面面积，F=1250 m2。计算得：W1=225 kg/h。

②池边的散湿量计算式中：tg 为室内计算干球温度，28 ℃；ts 为室内计算湿球温度，23.7 ℃；F 池边为游泳池池边面积，F 池边=1436 m2；n 为润湿系数，取n=0.3。
计算得：W2=32 kg/h。

③人员散湿量式中：w 为人员散湿量，取123 g/(h·人)；n 为人数，取125 人；n1 为群集系数，取0.92。计算得：W3=14 kg/h。

④总的散湿量：W=W1+W2+W3=225+32+14=271 kg/h。

2)送风量计算式中：dn 为室内空气含湿量，当t=28 ℃、φ=70 %时，dn=16.67×10-3 kg/kg；d 为送风点(过渡季节)含湿量，
取12.3×10-3 kg/kg。计算得：L=62014 kg/h=53460 m3/h。

3)校核换气次数nV=L/(F×H)计算得：nV=53460/(2686×17)≈1.2 次/h。
各分馆的通风量计算结果统计，见表4。

由于训练馆的池水面积较大、散湿量也较大，而池边陆上区域空间很小，因此风量折合成空间换气次数相对较大。

4.3 围护结构防结露措施
围护结构的防结露，是游泳馆设计中比较复杂的问题之一。其措施是否得当，将直接影响室内卫生条件和整体美观性，并可能破坏围护结构自身的保温性能，甚至可能会影响主体结构的力学性能。在该工程设计过程中，暖通设计师与建筑师协调配合，具体采用了以下几项措施：
①选择合适的建筑物外围护结构材料：选用低传热系数、高蒸汽渗透阻的主体材料、保温材料和隔汽材料。保温层设在靠室外侧，隔汽层则布置在室内侧。

②沿外墙布置防结露送风口，用以提高外围护结构的内表面温度。

③室内设置弧型吊顶及吊顶泄水槽，以及时排除可能出现的凝结水。

④吊顶内设置送排风机，冬季送热风，夏季和过渡季节进行机械通风换气。吊顶内的送风量略大于排风量，以维持微正压，来防止池区热、湿、酸性污染气体渗入吊顶对钢结构屋顶造成腐蚀。这种做法同时也可以改善吊顶表面的温度条件，避免与室内空气形成较大
的温度差。

⑤采用合理的气流组织型式，使湿空气通过最短的路径及时排出室外。

4.4 地板辐射采暖设计
各分馆的池边陆上区及其辅助区域的淋浴室、更衣室地面均设置舒适、节能的低温热水地板辐射采暖系统。采暖地面设计平均温度为28~30℃[5]，供回水温度则为55/50℃。地暖系统采用不锈钢分集水器，并可分区域进行独立温度控制。集水管内置平衡阀芯，分水管内置温控阀芯。地暖加热管路采用带抗渗氧层电子辐射交联聚乙烯(PE-XC)管。地暖的面层做法及分集水器配置见图3。

4.5 空调、采暖水系统设计
整个水系统采用两管制一次泵变流量系统，分集水器间设置压差旁通阀。该工程中，由于空调及采暖系统的用水点比较分散、相互距离较远，因此水系统采用异程式的系统。在各支路的分支处设置静态平衡阀，在各末端空调箱的回水管上设置动态平衡电动调节阀，以实现系统水力的平衡。

4.6 消防排烟设计
该工程中，各分馆分有看台与无看台两种结构形式。在进行排烟设计时，设计者依其功能的不同进行了区分。鉴于训练馆无看台观众席且池边陆上区域面积也较小，人员较少更无可燃物，因此设计时不考虑排烟。而对于游泳比赛馆和跳水比赛馆，因其设置了看台观众席， 根据《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)的要求，“体育馆的观众厅[6]”需考虑排烟，其排烟量按60 m3/(h·m2)计算。由于池区与看台区是完全连通的高大空间，因此如果不对两者进行有效的防烟分区分隔，看台区的烟气便会弥漫至池区并难以排除。设计中采用防火“挡烟垂帘”作为防烟分区的分隔。该挡烟垂帘设置于两区域交界处，采用轻质柔性防火材料制作，平时可卷起，火灾时由消防控制中心控制垂下。

5 总结
大型游泳、跳水馆建筑的暖通设计，因其室内热湿负荷特性以及温湿度要求存在较大的特殊性，一直以来都是业内的技术难点。实现良好的空调采暖和防结露效果不仅需要暖通设计师从负荷计算、气流组织型式以及系统配置等各方面综合缜密考虑分析问题；同时也需要建筑专业进行积极的配合，从围护结构热工特性和建筑构造上进行合理的优化。