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今夏,武汉以超高的热度期待着第七届世界军人运动会的到来,中信设计暖通人也以骄阳的火热之情投入军运会主场武汉体育中心及武汉五环体育中心的设计之中,从7个“维度”实现馆内和风舒畅,为赛事创造良好条件。保证温度最有力的措施是冷水机组的容量,要大?要新?不一定!
武汉体育中心体育场为开幕式场馆,建筑面积80000m²,设有4台1044kW的螺杆式冷水机组,本次改造新增约20000 m²的VIP区;体育馆为闭幕式场馆,建筑面积约50000 m²,设有2台2813kW的离心式冷水机组及1台1375kW的螺杆式冷水机组。
为保证室内温度,不追求冷水机组越大越好。本次改造并没有盲目更换已经使用超过15年的冷水机组,而是充分调研场馆多年使用情况,结合场馆正常使用季节的客观规律,对现有7台冷水机组及相应循环系统进行必要的维护与保养,仅抬升、更换体育馆通风不畅的冷却塔,经过今年七八月持续高温的检验,系统可以满足赛委会的要求。
新增 VIP区是重中之重,为节省国家投资,本区独立制冷系统也没有照本宣科按计算值配置,而是按70%的计算容量、采用两台制冷量950kW(制热量710kW)的一体双冷高效热泵机组,并内置水力循环模块,具有独立运行、高可靠性的特点,也为赛后的独立经营创造了条件;同时为确保开幕式时VIP区空调的绝对可靠,将体育馆空调冷源引入体育场作备份,以应对任何可能出现的极端天气与设备故障。
五环体育中心由体育场、体育馆与游泳馆构成,运动会期间主要承担足球、乒乓球和游泳等项目比赛。
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图1 场馆鸟瞰图
游泳馆除了满足室内温度外,最重要的是控制室内相对湿度。
按不同季节、不同使用条件(平时与赛时)、有无观众等分别详算室内冷热及湿负荷,并结合舒适性与节能运行,以此规划好设计方案,并得出以下结论。
1)冬季由于室外新风含湿量小、除湿能力大,赛时在满足室内人员新风量需求的同时可满足室内除湿要求,从节能的角度,只需对排风采用合理的热回收措施,减少运行能耗便可满足使用要求;2)冬季非比赛时段,由于场内没有观众,室内新风需求量变小,新风除湿能力也变小,需要采取额外的除湿措施,本项目采用三合一泳池恒温恒湿热泵机组,在满足除湿量的同时可以高效回收回风中的热量,减少运行能耗;3)夏季由于室外新风含湿量比室内含湿量大,空调系统除负担游泳池自身产湿外,需要额外负担引入新风的除湿,利用三合一泳池恒温恒湿热泵机组可满足除湿要求;4)夏季比赛时段,由于同时增加了观众人员散湿及其所需新风引入湿负荷,空调系统所需除湿量最大,除采用三合一泳池恒温恒湿热泵机组除湿外,还需配置空气处理机组进行制冷与除湿,以满足夏季最大湿负荷及冷负荷的需求。
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池水消毒剂有含氯成份,为保证游泳馆内空气的新鲜度,并兼顾节能运行,确定室内最优新风量是关键。
池区分为比赛池区及训练池区两部分,按两个独立的区域设空调及通风除湿系统,直流通风除湿系统的风量按单位池区面积不小于18m³/(㎡·h)和维持室内相对湿度两种计算方式后取大值。
1)按人员所需最小新风量计算。
非赛时按人员需求最小新风量:Q1=η×50 m³/(人·h)×100人=5000m³/h
赛时(有观众)人员需求最小新风量:Q2=Q1+η×20 m3/(人·h)×1000人=25000 m³/h
2)按去除氯气所需最小新风量计算。
非赛时按ASHRAE标准校核:新风量=8.64 m³/(m²·h)×1250m²=10800m³/h,超过非赛时人员需求最小新风量Q1。赛时按单位池区面积不小于18m³/(㎡·h)计算校核,所需新风量为22500m³/h,小于赛时人员需求最小新风量Q2。
3)新风量最终取值。
非赛时新风量为10800 m³/h,赛时新风量为25000 m³/h。
体育场馆均高大空间建筑,底层人员活动区的温度保证了,上下温度梯度(竖向温差)过大,怎么办?
游泳悍将头出水,有点冷!乒乓国手挥拍,今天风不对!羽毛健将跳杀,不给力的曲线太优美!“风度”太高了!
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池区周边采用地板供暖、减少送风以提升室内温度、控制池区风速。
空调风系统的气流组织以低位、分散、均匀、直达工作区的模式设计。可有效减少室内温度梯度,并利于控制室内风速。
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体育场馆内人声鼎沸,噪声控制似乎并不重要;如果全面了解体育建筑的实际使用现状,就会发现体育馆还有作为会议等其他对噪声有要求的功能使用,控制噪声提供一个安静的室内环境仍有必要。
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五环体育中心体育馆的座位数为8000,但它的建筑体量只相当于1个5000座的体育馆,这对消声与空调设计提出了更苛刻的要求。空调风系统采用分散与集中、化整为零、因势而为的策略分3段配置:
①下段内场及活动座椅区设4台60000m³/h的组合式空调机组,座椅送风(活动座椅侧送),空调机房内送风管采用内贴消声棉及穿孔板的消声风管、回风采用迷宫式消声通道。
②中段分散设置小风量卧式空调机组,就地座椅送风,机组送回风口设消声静压箱。
③上段设10台卧式空调机组,为3层的乒乓球及楼座座椅送风,送风设标准消声器,回风设消声型静压箱。为保证室内“洁净度“,本项目所有新风引入口均远高于地面,所有空调机组设初效G4+中效F7两级标准过滤器,同时全面配置排风系统,实时保证室内新风的正常引入,保证室内换气次数。
体育场馆建筑表面功能单一,实际其运营有明显的动态性与多变性,空调系统在使用上不仅有平时与赛时的差异,同时也存在季节性。
武汉五环体育中心空调系统采用“以人为本,配置适度“的策略,以观众”可达“与”不可达“作为集中空调系统的设置标准:对于观众不可达区域,优先分散设置VRV多联机系统,便于灵活运行;对于观众可达的比赛大厅、休息区等,则采用集中系统。
鉴于赛事频发于极热制冷峰值7,8月份的概率较低,集中空调冷水机组的效率也没有必要定得过高,以满足规范要求为宜。
配置适度,有利于提高项目的经济性。
武汉体育中心发展有限公司(主体育场综合改造;体育馆、游泳馆设备升级;以及环境绿化整体提升工程)武汉临空港体育发展有限公司(东西湖体育中心建设项目)暖通设计团队:雷建平(暖通专业负责人)、陈焰华(项目审核人)、王凡、杨峰、胡磊、汪庆军、胡先芳、胡晓伟、吴伯谦、马利英、周敏锐、马娟娟、潘际淼、余能辉杭州园林设计院股份有限公司,北京清华同衡规划设计研究院有限公司,深装总建设集团股份有限公司,武汉天堂绘企业形象展示有限公司等。雷建平,中信建筑设计研究总院建科院总工程师、教授级高级工程师、国家注册设备工程师、高级程序员、2009年度(首届)中国地源热泵行业优秀设计师、2014年武汉市政府专项津贴专家、2016年入选“黄鹤英才”人才库,武汉制冷学会秘书长。主要作品:武汉五环体育中心、乌鲁木齐奥体中心游泳馆、博尔塔拉蒙古自治州全民健身中心、金银湖协和医院、超高层(长江传媒大厦、横琴IFC、武汉世界贸易大厦、武汉民生银行大厦、越绣国际金融汇)、地源热泵及能源站(湖北省图书馆、武汉市民之家、武汉国际博览中心、天河机场T3交通中心、花山希尔顿酒店、国家数字出版基地、连云港职业技术学院、江汉油田中层水源热泵)。