馮坤旋

蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000

0 引言

目前,包含多種運(yùn)動(dòng)功能的學(xué)校綜合性體育館的建設(shè)日益增多。通常情況下,因?yàn)闊嵩聪拗?同一建筑往往采用一種采暖方式,但綜合性體育館內(nèi)功能復(fù)雜、空間高度不統(tǒng)一,如何在熱源唯一的情況下采用不同系統(tǒng)方式滿足各功能設(shè)計(jì)要求,是綜合體育館采暖設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目,為解決這一現(xiàn)實(shí)問題提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。

1 工程概況

工程項(xiàng)目位于榆中縣城東北角,整個(gè)教育園區(qū)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(shè)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(xué)生提供充足的室內(nèi)體育活動(dòng)空間,綜合體育館設(shè)計(jì)效果圖如圖1所示。

圖1 教育園區(qū)綜合體育館效果圖

2 采暖設(shè)計(jì)

2.1 采暖熱源

教育園區(qū)冬季采用市政熱源供熱,供水溫度為85 ℃,回水溫度為60 ℃;經(jīng)地下?lián)Q熱站換熱后提供供水溫度為75 ℃,回水溫度為50 ℃的低溫?zé)崴Ｕ麄€(gè)教育園區(qū)供暖總熱負(fù)荷為5 993 kW;整個(gè)供暖系統(tǒng)劃分為1個(gè)區(qū),換熱站設(shè)置2臺(tái)換熱器,單臺(tái)換熱器換熱量為4 285 kW,工作壓力為0.4 MPa。采暖系統(tǒng)采用變頻補(bǔ)水定壓設(shè)備補(bǔ)水定壓,由壓力傳感器控制補(bǔ)水泵的啟停及轉(zhuǎn)速。其中綜合體育館采暖熱負(fù)荷為830.41 kW,采暖面積熱指標(biāo)為92.79 W/m2。

2.2 常用的采暖方式

目前在北方經(jīng)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(fēng)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(duì)流的方式均衡加熱室內(nèi)每個(gè)角落,不會(huì)像空調(diào)出現(xiàn)高低冷熱不均的現(xiàn)象,讓人感覺舒適又溫暖。目前市場(chǎng)上暖氣片多由鋼、銅、鋁等材質(zhì)制成,散熱速度快、采暖效果好、簡(jiǎn)單實(shí)用、經(jīng)濟(jì)性價(jià)比高,但散熱器采暖不適用于高溫高濕的環(huán)境。對(duì)于高大空間,散熱器采暖會(huì)出現(xiàn)上熱下冷的情況,影響實(shí)際采暖效果。

低溫地板輻射采暖是指通過(guò)提升墻體內(nèi)表面溫度形成熱輻射面,通過(guò)輻射面以熱輻射和熱對(duì)流2種傳熱方式向室內(nèi)提供熱量的采暖方式。地板輻射采暖系統(tǒng)在熱輻射的作用下,圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度及室內(nèi)其他物體表面的溫度都比對(duì)流散熱高,因此人體散熱量減少,人體實(shí)際熱感覺更為舒適。地板輻射采暖系統(tǒng)相比散熱器系統(tǒng)不占用室內(nèi)建筑面積,便于室內(nèi)裝修布置,且不會(huì)因?yàn)槌霈F(xiàn)散熱器氣流上升帶動(dòng)灰塵從而污染墻面的情況。地板輻射采暖系統(tǒng)在同樣熱舒適的情況下,設(shè)計(jì)溫度可以比采用對(duì)流供暖時(shí)降低2～3 ℃,從而可以節(jié)省供暖能耗。低溫地板輻射采暖是一種衛(wèi)生條件和舒適性都非常好的采暖方式,在國(guó)內(nèi)特別是北方地區(qū)應(yīng)用范圍廣泛,使用效果令人滿意[1-2]。

熱風(fēng)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(shè)備簡(jiǎn)單、節(jié)省投資的優(yōu)點(diǎn)。

2.3 體育館采暖方案

由于綜合體育館內(nèi)包含游泳館、乒乓球室、健身房、體操、形體、會(huì)議室、籃球館等多種功能分區(qū),且各分區(qū)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(shè)計(jì)要求,又可以滿足節(jié)能環(huán)保的要求是該項(xiàng)目采暖設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

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(cè)整面墻體均為玻璃窗,而且游泳館內(nèi)泳池為大水面,水面面積約900 m2,使用時(shí)水池和池邊地面有大量水份蒸發(fā)到室內(nèi)空氣中,室內(nèi)相對(duì)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(fā)到空氣中后,與空氣中的水蒸汽反應(yīng)后形成酸霧,嚴(yán)重影響游泳館內(nèi)金屬制品的使用壽命[3-6],因此游泳館內(nèi)采暖不宜采用散熱器采暖。

從游泳者、休息區(qū)人員的舒適度及經(jīng)濟(jì)、技術(shù)綜合考慮,游泳館采暖系統(tǒng)可采用低溫地板輻射采暖系統(tǒng)。地板輻射采暖系統(tǒng)加熱管采用回轉(zhuǎn)式布置,游泳館內(nèi)衛(wèi)生間為散熱器采暖。由于整個(gè)教育園區(qū)除體育館外均使用散熱器采暖,單獨(dú)在換熱機(jī)房設(shè)置換熱機(jī)組用于1層游泳館低溫地板輻射采暖,不經(jīng)濟(jì),也不現(xiàn)實(shí)。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?zé)崴?在分集水器前安裝地暖保護(hù)器,高溫供水經(jīng)過(guò)地暖保護(hù)器換熱后,溫度降低到60 ℃以下,進(jìn)入地板輻射采暖系統(tǒng),經(jīng)過(guò)房間散熱后,水溫降到35～45 ℃作為地暖回水回到地暖保護(hù)器,吸收高溫供水熱量,回水溫度升高,作為換熱站系統(tǒng)的回水。高溫供水與地暖低溫回水在地暖保護(hù)器內(nèi)不停地進(jìn)行熱量交換,這樣既保護(hù)了地暖管使用壽命,又節(jié)省了投資與管理費(fèi)。地暖保護(hù)器如圖2所示。

1—自動(dòng)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(nèi)2層層高5.1 m,主要包括乒乓球室、健身房、體操、形體、會(huì)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(huán)境,且吊頂后層高為4 m,從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)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(nèi)3層層高10 m,主要為籃球館及其附屬設(shè)施。籃球館為高大空間,且平時(shí)僅在雨雪天氣及校內(nèi)重要比賽時(shí)使用,空置時(shí)間較長(zhǎng),從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及后期運(yùn)行管理角度考慮,設(shè)計(jì)了以散熱器為值班采暖、大空間專用循環(huán)空氣制熱機(jī)組為比賽采暖相結(jié)合的采暖系統(tǒng)。平時(shí)采用散熱器保證室內(nèi)溫度5 ℃,比賽及重要活動(dòng)前開啟籃球場(chǎng)上空6臺(tái)大空間專用循環(huán)空氣制熱機(jī)組(單臺(tái)制熱量28 kW,最大循環(huán)風(fēng)量6 700 m3/h,安裝高度4～10 m),室內(nèi)低溫空氣通過(guò)循環(huán)空氣制熱機(jī)組加熱后,由送風(fēng)機(jī)將熱空氣自上而下地送到籃球館空間各處,使場(chǎng)內(nèi)內(nèi)溫度迅速提升到18 ℃,滿足使用需求。

使用大空間專用循環(huán)空氣制熱機(jī)組可以有效回收上升到頂部的空間熱量,使通過(guò)屋頂?shù)臒釗p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(dá)到節(jié)能效果。在保證工作區(qū)溫度要求的同時(shí),通過(guò)對(duì)風(fēng)速和出風(fēng)角度的調(diào)節(jié),可以實(shí)現(xiàn)工作區(qū)環(huán)境內(nèi)無(wú)風(fēng)感,滿足JGJ 31—2003《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)于籃球場(chǎng)風(fēng)速小于等于0.5 m/s的要求[7]。

2.4 采暖系統(tǒng)制式

本項(xiàng)目在1層耗熱量小的室內(nèi)設(shè)1個(gè)總的采暖導(dǎo)入口,采暖系統(tǒng)導(dǎo)入口內(nèi)安裝大口徑超聲波熱量表,熱量表含有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能,配用靜態(tài)水力平衡閥。采暖干管進(jìn)入室內(nèi)后通過(guò)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(tǒng);采暖系統(tǒng)采用低溫?zé)崴匕遢椛洳膳?地板輻射采暖系統(tǒng)加熱管采用回轉(zhuǎn)式布置,衛(wèi)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(lián)相結(jié)合的系統(tǒng),散熱器前安裝跨越管及恒溫控制閥,實(shí)現(xiàn)分室控溫。3層籃球館內(nèi)大空間專用循環(huán)空氣制熱機(jī)組采用雙管異程式系統(tǒng)、散熱器值班采暖系統(tǒng),分別與立管連接,方便后期管理與維護(hù)。

2.5 采暖系統(tǒng)自動(dòng)控制及運(yùn)行調(diào)節(jié)

本項(xiàng)目中所有的采暖系統(tǒng)均設(shè)計(jì)自動(dòng)溫度控制系統(tǒng),減少了系統(tǒng)整體運(yùn)行能耗及成本。

1層地暖分集水器前均設(shè)置溫控器,可根據(jù)設(shè)計(jì)溫度隨室外溫度變化調(diào)整水流量;2、3層散熱器采暖系統(tǒng)散熱器前均安裝跨越管及恒溫控制閥,可根據(jù)室內(nèi)溫度需要調(diào)節(jié)閥門開度。

為提高3層籃球館整體環(huán)境的舒適性和系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能,在冬季場(chǎng)館運(yùn)行時(shí)采用大空間專用循環(huán)空氣制熱機(jī)組和散熱器供暖系統(tǒng)公共供暖的運(yùn)行模式;在冬季場(chǎng)館閑置期間,僅利用散熱器采暖系統(tǒng)進(jìn)行供暖,滿足室內(nèi)5 ℃的值班供暖溫度。

項(xiàng)目供熱系統(tǒng)循環(huán)泵及補(bǔ)水泵均設(shè)計(jì)變頻控制系統(tǒng),換熱機(jī)組的市政供水處設(shè)有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,根據(jù)二次水出水溫度變化調(diào)節(jié)一次水的水量以達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能的目的。

3 通風(fēng)及防排煙系統(tǒng)

3.1 通風(fēng)系統(tǒng)

衛(wèi)生間及沐浴間設(shè)計(jì)機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng),排風(fēng)量按10次/h計(jì)算;更衣室設(shè)計(jì)機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng),排風(fēng)量按2次/h計(jì)算,補(bǔ)風(fēng)為無(wú)組織自然補(bǔ)入。

地下設(shè)備間設(shè)計(jì)機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng),排風(fēng)量按4次/h設(shè)計(jì),補(bǔ)風(fēng)為無(wú)組織自然補(bǔ)入。

3層籃球館內(nèi)設(shè)置設(shè)計(jì)了電動(dòng)開啟扇,平時(shí)夏季及過(guò)渡季可根據(jù)需要自動(dòng)開啟自然通風(fēng),達(dá)到節(jié)能目的。

游泳館內(nèi)為高熱高濕區(qū)域,室內(nèi)濕負(fù)荷為180 kg/h。為了保證游泳池空間整體舒適度,在游泳館內(nèi)設(shè)置組合式空調(diào)機(jī)組,包括混合段、風(fēng)機(jī)段、蒸發(fā)段、再熱段、兩用表冷器段(夏天接冷水,冬天接熱水),對(duì)泳池大廳進(jìn)行通風(fēng)換氣處理。風(fēng)機(jī)從泳池室內(nèi)抽入溫暖潮濕的空氣,該空氣流經(jīng)蒸發(fā)器(除濕器)盤管,在制冷除濕的同時(shí)將回收的因池水蒸發(fā)產(chǎn)生的熱能傳遞給冷的液態(tài)制冷劑。這種能量交換使空氣溫度降至露點(diǎn)以下,在蒸發(fā)器盤管上形成結(jié)露,將潮濕空氣轉(zhuǎn)變?yōu)楦稍锏睦淇諝馑腿胧覂?nèi)。機(jī)組通風(fēng)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(shè)計(jì)

綜合體育館下地下設(shè)備間、封閉樓梯間在頂部設(shè)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(wú)須設(shè)置防煙設(shè)施。

3.2.2 排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1層游泳館更衣室、辦理大廳因不滿足自然排煙要求,設(shè)計(jì)機(jī)械排煙系統(tǒng),計(jì)算排煙量為30 000 m3/h;排煙口均位于儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi),補(bǔ)風(fēng)為機(jī)械補(bǔ)風(fēng),補(bǔ)風(fēng)量為排煙量的50%,計(jì)算補(bǔ)煙量為15 000 m3/h,補(bǔ)風(fēng)口位于儲(chǔ)煙倉(cāng)下沿以下。1層游泳池空間凈高為5.5 m,每個(gè)防煙分區(qū)長(zhǎng)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(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi),滿足自然排煙要求;補(bǔ)風(fēng)為無(wú)組織自然補(bǔ)風(fēng),補(bǔ)風(fēng)口位于儲(chǔ)煙倉(cāng)下沿以下。

2層走廊長(zhǎng)度大于20 m,須設(shè)置排煙設(shè)施,內(nèi)走廊凈寬大于2.5 m,按長(zhǎng)邊不大于36 m將整個(gè)走道劃分為3個(gè)防煙分區(qū);2個(gè)更衣室為大于50 m2的無(wú)窗房間,設(shè)計(jì)機(jī)械排煙系統(tǒng),走道與更衣室合用1個(gè)機(jī)械排煙系統(tǒng),計(jì)算排煙量為30 000 m3/h;排煙口均位于儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi),補(bǔ)風(fēng)為無(wú)組織自然補(bǔ)風(fēng)。排煙風(fēng)機(jī)設(shè)置于專用排煙機(jī)房?jī)?nèi)。

3層籃球館空間凈高為9.1 m,劃分為2個(gè)防煙分區(qū),每個(gè)防煙分區(qū)面積均不大于2 000 m2,每個(gè)防煙分區(qū)計(jì)算排煙量為178 000 m3/h;根據(jù)GB51251《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求,自然排煙窗風(fēng)速以小于0.94 m/s計(jì)算,自然排煙口設(shè)置面積為52.6 m2,自然排煙口均位于儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi)。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(gè)籃球館空間內(nèi)任一點(diǎn)與最近可開啟外窗之間的水平距離小于37.5 m,滿足規(guī)范要求。補(bǔ)風(fēng)為無(wú)組織自然補(bǔ)風(fēng),補(bǔ)風(fēng)口位于儲(chǔ)煙倉(cāng)下沿以下。自然排煙窗手動(dòng)開啟,手動(dòng)開啟裝置集中設(shè)于距地面1.3～1.5 m位置。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)綜合體育館建筑功能布置,同時(shí)考慮蘭州地處北方寒冷地區(qū)的氣候特點(diǎn),且在熱源確定的情況下,在同一場(chǎng)館中采用散熱器、低溫地板輻射采暖系統(tǒng)、大空間循環(huán)空氣制熱機(jī)組3種不同的供暖方式,既能滿足各功能分區(qū)設(shè)計(jì)參數(shù)及實(shí)際使用需求,且經(jīng)濟(jì)合理,節(jié)能可靠。

在實(shí)際工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)師應(yīng)綜合考慮工程所在地的實(shí)際情況,結(jié)合設(shè)計(jì)的內(nèi)外部條件和工程特點(diǎn),采取不同的方法對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化,努力使設(shè)計(jì)的暖通系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠。