西安奧體中心主體育場(chǎng)冬季防凍設(shè)計(jì)

周武成

摘要：介紹了西安奧體中心主體育場(chǎng)的冬季管道防凍設(shè)計(jì)過(guò)程中可選擇的冬季防凍方案，及各方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析。對(duì)處于寒冷地區(qū)的西安奧體中心主體育場(chǎng)，采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍較其它方案從初投資、運(yùn)行費(fèi)用、安全可靠、節(jié)能等方面進(jìn)行了比較分析。

關(guān)鍵詞：電伴熱;干式或預(yù)作用;散熱器采暖防凍;風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍

西安奧體中心主體育場(chǎng)位于西安市灞橋區(qū)，屬于北方寒冷地區(qū)?？紤]北方地區(qū)的氣候特點(diǎn)以及人們室外活動(dòng)的特點(diǎn)，以及冬季作為非賽時(shí)季節(jié)，主體育場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間不使用、或者停用。在這種情況下，場(chǎng)內(nèi)各消火栓、自噴、給水等管線的冬季防凍就顯得很有必要。對(duì)于空調(diào)水系統(tǒng)考慮體育場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間不使用時(shí)，整個(gè)水系統(tǒng)做泄空處理。因此，本文主要講述的對(duì)象為消火栓、自噴、給水管線系統(tǒng)的防凍設(shè)計(jì)。

1工程簡(jiǎn)介

本工程為西安體育中心主體育場(chǎng)及附屬設(shè)施，位于西安市國(guó)際港務(wù)區(qū)，將作為2021年第14屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)的主場(chǎng)館。建筑面積：132916m2，建筑高度：58.3米（鋼結(jié)構(gòu)上弦中心線）體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)罩棚外輪廓呈橢圓形;混凝土主體結(jié)構(gòu)屋面高度：23.98米。建筑層數(shù)：地上五層。

2可選擇的防凍方案：

2.1對(duì)于西安奧體中心主體育場(chǎng)的管道冬季防凍，可選擇的方案有：

（1）電伴熱防凍;（2）干式系統(tǒng)或預(yù)作用系統(tǒng)防凍;（3）注人防凍液防凍;（4）增設(shè)散熱器采暖系統(tǒng)防凍;（5）風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍。

2.2電伴熱系統(tǒng)防凍。

對(duì)于消火栓、自噴、給水管線均可采用電伴熱系統(tǒng)。電伴熱系統(tǒng)能快速有效的解決冬季防凍的問題，但是缺點(diǎn)同樣明顯：

（1）若電熱工程出現(xiàn)故障，起不到預(yù)期的加熱功能，不僅會(huì)發(fā)生管道凍裂，甚至?xí)＜氨患訜嵩O(shè)備的安全運(yùn)行。（2）鑒于目前我國(guó)在這方面存在工程規(guī)范不健全，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)深度不足，施工不規(guī)范，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)容易被忽視等問題，故電伴熱在安全可靠性上目前略顯不足。（3）對(duì)于本工程，因需要電伴熱的區(qū)域較大，建筑面積約6萬(wàn)平米;且冬季需電伴熱的周期較長(zhǎng)，因此電伴熱的前期投入、后期運(yùn)營(yíng)的費(fèi)用均很高。

對(duì)于電伴熱系統(tǒng)，基于上述明顯的缺點(diǎn)，故本項(xiàng)目將電伴熱方案排除在外。

2.3干式或預(yù)作用系統(tǒng)防凍。

對(duì)于消火栓系統(tǒng)、自噴管線均可采用干式或預(yù)作用系統(tǒng)進(jìn)行冬季防凍。干式或預(yù)作用系統(tǒng)能安全、可靠解決冬季防凍的問題，但是缺點(diǎn)同樣明顯：

（1）火災(zāi)時(shí)，供水的及時(shí)性存在問題;且排氣閥容易堵塞，不能及時(shí)的排出管道內(nèi)的空氣，安全性較差。（2）因需設(shè)置空壓機(jī)，故對(duì)于管路系統(tǒng)，存在空氣泄漏的問題;（3）因空壓機(jī)的原因，加大了系統(tǒng)的前期投入和后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理費(fèi)用。因本項(xiàng)目自噴區(qū)域面積較大，約6萬(wàn)平米，故后期的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用均很高。

對(duì)于干式或預(yù)作用系統(tǒng)，因其主要可作用的系統(tǒng)為消火栓系統(tǒng)和自噴系統(tǒng)，而給水系統(tǒng)不能使用此方案，故本項(xiàng)目將此方案排除在外。

2.4注入防凍液防凍。

采用注入防凍液的方法在技術(shù)上存在難點(diǎn)，由于防凍液的量很大，管理起來(lái)不便，且日常的運(yùn)行維護(hù)管理比較麻煩;且國(guó)內(nèi)的相關(guān)法規(guī)、管理?xiàng)l文對(duì)防凍劑的管理不明確，沒有相關(guān)規(guī)范可以借鑒。

基于上述明顯的缺點(diǎn)，本項(xiàng)目將此方案排除在外。

2.5增設(shè)散熱器采暖系統(tǒng)進(jìn)行防凍;

本項(xiàng)目除衛(wèi)生間、有水設(shè)備機(jī)房、儲(chǔ)藏等區(qū)域設(shè)置了散熱器采暖外，其它區(qū)域均考慮設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行冬季供暖。但是考慮到冬季體育場(chǎng)長(zhǎng)期不運(yùn)營(yíng)時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)冬季不運(yùn)行，考慮將空調(diào)水系統(tǒng)全部泄空。本方案考慮在空調(diào)區(qū)域增設(shè)專門的采暖散熱器系統(tǒng)進(jìn)行冬季防凍。

本方案的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：本方案能可靠、安全的保證冬季管道的防凍需求。

缺點(diǎn)：

（1）所有的有消火栓、自噴、給水管的區(qū)域，均需增設(shè)散熱器采暖系統(tǒng)，前期投入和后期運(yùn)行費(fèi)用均很高;（2）本項(xiàng)目為了防凍，冬季專門的運(yùn)行散熱器采暖系統(tǒng)的區(qū)域面積約為6萬(wàn)平米，采暖防凍區(qū)域較大，非常耗能。（3）本項(xiàng)目作為全運(yùn)會(huì)賽場(chǎng)，應(yīng)賽時(shí)需求，一些貴賓、包廂等區(qū)域設(shè)置散熱器，與本項(xiàng)目的高檔裝修要求不符。對(duì)于增設(shè)散熱器采暖系統(tǒng)進(jìn)行防凍，基于上述明顯的缺點(diǎn)，故本項(xiàng)目將此方案排除在外。

2.6風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍。

本方案為空調(diào)區(qū)域使用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)進(jìn)行防凍，對(duì)于非空調(diào)區(qū)域，衛(wèi)生間、有水設(shè)備機(jī)房、儲(chǔ)藏等區(qū)域設(shè)置了散熱器采暖;對(duì)于無(wú)采暖的非空調(diào)區(qū)域，設(shè)置電伴熱，或者自噴系統(tǒng)的預(yù)作用系統(tǒng)。

本項(xiàng)目的空調(diào)區(qū)域，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的防凍原理為：在房間溫度低于5℃時(shí)，考慮開啟室內(nèi)風(fēng)盤，可通過(guò)設(shè)置風(fēng)機(jī)盤管的控制面板來(lái)進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定風(fēng)盤開啟的溫度（5℃），以及風(fēng)盤的運(yùn)行時(shí)間設(shè)定，達(dá)到防凍的目的。

對(duì)于風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的防凍，本項(xiàng)目的業(yè)主方及相關(guān)審核人員對(duì)風(fēng)盤系統(tǒng)防凍的運(yùn)行費(fèi)用和可靠性存在疑義。為解決這兩點(diǎn)疑義，以下對(duì)風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍的運(yùn)行費(fèi)用及可靠性進(jìn)行分析及評(píng)估。

2.6.1風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比分析

對(duì)于風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍，業(yè)主方的第一印象就是利用空調(diào)水系統(tǒng)的大功率循環(huán)水泵進(jìn)行防凍運(yùn)行，耗電量很大，且整個(gè)冬季運(yùn)行，運(yùn)行費(fèi)用會(huì)非常高。其實(shí)這是一般人的誤區(qū)，以下為風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍與增設(shè)散熱器系統(tǒng)防凍的運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比分析：

（1）風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍：

①空調(diào)熱水系統(tǒng)為變頻系統(tǒng)，為保持防凍需求，水泵低頻、低耗電運(yùn)行;②風(fēng)機(jī)盤管設(shè)定低于5℃開啟，且設(shè)定運(yùn)行時(shí)間，有效的減低能耗及耗電量。③降低鍋爐房的水泵運(yùn)行耗電量及鍋爐的能耗，減小燃?xì)夂牧?。④從西安地區(qū)的外部氣候考慮，西安位于寒冷地區(qū)，相比較嚴(yán)寒地區(qū)，冬季在室內(nèi)有防凍要求時(shí)間段相對(duì)不會(huì)太長(zhǎng)，風(fēng)盤防凍可減少系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，以降低運(yùn)行費(fèi)用。

（2）散熱器采暖系統(tǒng)防凍：

①整個(gè)采暖季節(jié)采暖水系統(tǒng)水泵定頻運(yùn)行。②鍋爐方的水泵運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，燃?xì)夂牧吭黾?。③系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間上考慮，散熱器采暖系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，間接增加了運(yùn)行費(fèi)用。

風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍和散熱器系統(tǒng)防凍運(yùn)行費(fèi)用比較詳間下表：

依據(jù)上表可以看出，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍和散熱器系統(tǒng)防凍運(yùn)行費(fèi)用相差不大。

2.6.2風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)可靠性措施

對(duì)于風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍，業(yè)主方及相關(guān)審核人員認(rèn)為無(wú)法比傳統(tǒng)可靠的增設(shè)散熱器采暖系統(tǒng)安全可靠。

為保證風(fēng)盤系統(tǒng)防凍的可靠性，本項(xiàng)目采取以下措施：

（1）風(fēng)機(jī)盤管面板設(shè)置防凍程序，當(dāng)房間內(nèi)溫度低于5℃時(shí)，開啟風(fēng)機(jī)盤管，程序設(shè)置開啟時(shí)間，始終保證房間溫度不低于5℃。（2）考慮極端情況下，局部房間風(fēng)盤故障、停電的可能，可將需要防凍區(qū)域的風(fēng)機(jī)盤管均接人BAS系統(tǒng)，由BAS系統(tǒng)監(jiān)控風(fēng)盤系統(tǒng)，設(shè)置風(fēng)盤故障報(bào)警及房間低溫故障報(bào)警（房間低溫故障報(bào)警可設(shè)定溫度2-3℃），為風(fēng)盤系統(tǒng)防凍增加可靠性。（3）鍋爐房、及換熱機(jī)組均設(shè)置有氣候補(bǔ)償控制器，可在極端天氣情況下，根據(jù)室外氣候，考慮開啟整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)，達(dá)到防凍目的。（4）空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)置為變流量系統(tǒng)，熱水循環(huán)泵變頻控制?？梢愿鶕?jù)西安氣候條件，以室內(nèi)氣候，變頻運(yùn)行循環(huán)水泵，大大節(jié)約能源。

2.6.3本方案的優(yōu)缺點(diǎn)

經(jīng)上述各類對(duì)比分析，可看出風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍的優(yōu)缺點(diǎn)有：

優(yōu)點(diǎn)：

（1）本方案水泵變頻運(yùn)行，冬季防凍低頻運(yùn)行，大大降低運(yùn)行費(fèi)用;（2）本方案盡可能的利用原空調(diào)系統(tǒng)，基本無(wú)需額外的增加項(xiàng)目的初投資費(fèi)用;（3）因水泵變頻運(yùn)行，且末端根據(jù)溫度開啟風(fēng)盤進(jìn)行防凍，大大節(jié)約了鍋爐能耗及水泵能耗。

缺點(diǎn)：增加了空調(diào)系統(tǒng)的自控節(jié)點(diǎn)，增加了系統(tǒng)的維護(hù)管理成本;

根據(jù)上述各類分析，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍符合本項(xiàng)目進(jìn)行防凍的需求。

3風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍于其它防凍方案的比較

根據(jù)上述各方案的特點(diǎn)，及優(yōu)缺點(diǎn)，從初投資、運(yùn)行費(fèi)用、安全可靠性、節(jié)能各方面進(jìn)行分別比較，詳見下表。

從上表可以看出：

（1）從初投資看，為了防凍，專門增加散熱器采暖系統(tǒng)進(jìn)行防凍，初投資增加較多;其次為方案一的初投資較多;（2）從運(yùn)行費(fèi)用看，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍與增設(shè)散熱器運(yùn)行費(fèi)用相差不大;（3）從安全可靠性看，散熱器采暖系統(tǒng)防凍、風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍可靠性相差不大;對(duì)于方案一存在安全隱患。（4）從節(jié)能上看，散熱器采暖系統(tǒng)能耗最大，其次為電伴熱系統(tǒng)，而風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)防凍相對(duì)比較節(jié)能。

4結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)上述分析，西安奧體中心主體育場(chǎng)最終空調(diào)區(qū)域采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)進(jìn)行防凍;采暖區(qū)域如衛(wèi)生間、有水設(shè)備機(jī)房、儲(chǔ)藏等區(qū)域采用散熱器采暖防凍;局部非空調(diào)采暖區(qū)域，管道需要防凍的設(shè)置局部電伴熱系統(tǒng)進(jìn)行防凍。