蘭州某教育園區(qū)綜合體育館采暖系統(tǒng)設計

馮坤旋

蘭州有色冶金設計研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000

0 引言

目前,包含多種運動功能的學校綜合性體育館的建設日益增多。通常情況下,因為熱源限制,同一建筑往往采用一種采暖方式,但綜合性體育館內功能復雜、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)方式滿足各功能設計要求,是綜合體育館采暖設計的重點和難點。本文結合實際設計項目,為解決這一現(xiàn)實問題提供了一種新的設計思路。

1 工程概況

工程項目位于榆中縣城東北角,整個教育園區(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,可為學生提供充足的室內體育活動空間,綜合體育館設計效果圖如圖1所示。

圖1 教育園區(qū)綜合體育館效果圖

2 采暖設計

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 ℃的低溫熱水。整個教育園區(qū)供暖總熱負荷為5 993 kW;整個供暖系統(tǒng)劃分為1個區(qū),換熱站設置2臺換熱器,單臺換熱器換熱量為4 285 kW,工作壓力為0.4 MPa。采暖系統(tǒng)采用變頻補水定壓設備補水定壓,由壓力傳感器控制補水泵的啟停及轉速。其中綜合體育館采暖熱負荷為830.41 kW,采暖面積熱指標為92.79 W/m2。

2.2 常用的采暖方式

目前在北方經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、對流的方式均衡加熱室內每個角落,不會像空調出現(xiàn)高低冷熱不均的現(xiàn)象,讓人感覺舒適又溫暖。目前市場上暖氣片多由鋼、銅、鋁等材質制成,散熱速度快、采暖效果好、簡單實用、經濟性價比高,但散熱器采暖不適用于高溫高濕的環(huán)境。對于高大空間,散熱器采暖會出現(xiàn)上熱下冷的情況,影響實際采暖效果。

低溫地板輻射采暖是指通過提升墻體內表面溫度形成熱輻射面,通過輻射面以熱輻射和熱對流2種傳熱方式向室內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,圍護結構內表面溫度及室內其他物體表面的溫度都比對流散熱高,因此人體散熱量減少,人體實際熱感覺更為舒適。地板輻射采暖系統(tǒng)相比散熱器系統(tǒng)不占用室內建筑面積,便于室內裝修布置,且不會因為出現(xiàn)散熱器氣流上升帶動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,設計溫度可以比采用對流供暖時降低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,在國內特別是北方地區(qū)應用范圍廣泛,使用效果令人滿意[1-2]。

熱風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、設備簡單、節(jié)省投資的優(yōu)點。

2.3 體育館采暖方案

由于綜合體育館內包含游泳館、乒乓球室、健身房、體操、形體、會議室、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計要求,又可以滿足節(jié)能環(huán)保的要求是該項目采暖設計的重點。

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。由于游泳館北側整面墻體均為玻璃窗,而且游泳館內泳池為大水面,水面面積約900 m2,使用時水池和池邊地面有大量水份蒸發(fā)到室內空氣中,室內相對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后形成酸霧,嚴重影響游泳館內金屬制品的使用壽命[3-6],因此游泳館內采暖不宜采用散熱器采暖。

從游泳者、休息區(qū)人員的舒適度及經濟、技術綜合考慮,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)加熱管采用回轉式布置,游泳館內衛(wèi)生間為散熱器采暖。由于整個教育園區(qū)除體育館外均使用散熱器采暖,單獨在換熱機房設置換熱機組用于1層游泳館低溫地板輻射采暖,不經濟,也不現(xiàn)實。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 ℃的低溫熱水,在分集水器前安裝地暖保護器,高溫供水經過地暖保護器換熱后,溫度降低到60 ℃以下,進入地板輻射采暖系統(tǒng),經過房間散熱后,水溫降到35～45 ℃作為地暖回水回到地暖保護器,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器內不停地進行熱量交換,這樣既保護了地暖管使用壽命,又節(jié)省了投資與管理費。地暖保護器如圖2所示。

1—自動溫控閥,配套溫度控制探頭;2—球閥與干管同徑;3—溫度表。

體育館內2層層高5.1 m,主要包括乒乓球室、健身房、體操、形體、會議室、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,從經濟和技術角度綜合考慮,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3層層高10 m,主要為籃球館及其附屬設施?；@球館為高大空間,且平時僅在雨雪天氣及校內重要比賽時使用,空置時間較長,從技術、經濟及后期運行管理角度考慮,設計了以散熱器為值班采暖、大空間專用循環(huán)空氣制熱機組為比賽采暖相結合的采暖系統(tǒng)。平時采用散熱器保證室內溫度5 ℃,比賽及重要活動前開啟籃球場上空6臺大空間專用循環(huán)空氣制熱機組(單臺制熱量28 kW,最大循環(huán)風量6 700 m3/h,安裝高度4～10 m),室內低溫空氣通過循環(huán)空氣制熱機組加熱后,由送風機將熱空氣自上而下地送到籃球館空間各處,使場內內溫度迅速提升到18 ℃,滿足使用需求。

使用大空間專用循環(huán)空氣制熱機組可以有效回收上升到頂部的空間熱量,使通過屋頂?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,真正達到節(jié)能效果。在保證工作區(qū)溫度要求的同時,通過對風速和出風角度的調節(jié),可以實現(xiàn)工作區(qū)環(huán)境內無風感,滿足JGJ 31—2003《體育建筑設計規(guī)范》中對于籃球場風速小于等于0.5 m/s的要求[7]。

2.4 采暖系統(tǒng)制式

本項目在1層耗熱量小的室內設1個總的采暖導入口,采暖系統(tǒng)導入口內安裝大口徑超聲波熱量表,熱量表含有數(shù)據遠傳功能,配用靜態(tài)水力平衡閥。采暖干管進入室內后通過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)采用低溫熱水地板輻射采暖,地板輻射采暖系統(tǒng)加熱管采用回轉式布置,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)相結合的系統(tǒng),散熱器前安裝跨越管及恒溫控制閥,實現(xiàn)分室控溫。3層籃球館內大空間專用循環(huán)空氣制熱機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。

2.5 采暖系統(tǒng)自動控制及運行調節(jié)

本項目中所有的采暖系統(tǒng)均設計自動溫度控制系統(tǒng),減少了系統(tǒng)整體運行能耗及成本。

1層地暖分集水器前均設置溫控器,可根據設計溫度隨室外溫度變化調整水流量;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,可根據室內溫度需要調節(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)運行節(jié)能,在冬季場館運行時采用大空間專用循環(huán)空氣制熱機組和散熱器供暖系統(tǒng)公共供暖的運行模式;在冬季場館閑置期間,僅利用散熱器采暖系統(tǒng)進行供暖,滿足室內5 ℃的值班供暖溫度。

項目供熱系統(tǒng)循環(huán)泵及補水泵均設計變頻控制系統(tǒng),換熱機組的市政供水處設有電動調節(jié)閥,根據二次水出水溫度變化調節(jié)一次水的水量以達到經濟節(jié)能的目的。

3 通風及防排煙系統(tǒng)

3.1 通風系統(tǒng)

衛(wèi)生間及沐浴間設計機械排風系統(tǒng),排風量按10次/h計算;更衣室設計機械排風系統(tǒng),排風量按2次/h計算,補風為無組織自然補入。

地下設備間設計機械排風系統(tǒng),排風量按4次/h設計,補風為無組織自然補入。

3層籃球館內設置設計了電動開啟扇,平時夏季及過渡季可根據需要自動開啟自然通風,達到節(jié)能目的。

游泳館內為高熱高濕區(qū)域,室內濕負荷為180 kg/h。為了保證游泳池空間整體舒適度,在游泳館內設置組合式空調機組,包括混合段、風機段、蒸發(fā)段、再熱段、兩用表冷器段(夏天接冷水,冬天接熱水),對泳池大廳進行通風換氣處理。風機從泳池室內抽入溫暖潮濕的空氣,該空氣流經蒸發(fā)器(除濕器)盤管,在制冷除濕的同時將回收的因池水蒸發(fā)產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以下,在蒸發(fā)器盤管上形成結露,將潮濕空氣轉變?yōu)楦稍锏睦淇諝馑腿胧覂?。機組通風量為38 000～51 000 m3/h,氣流組織為上送上回。

3.2 防排煙

3.2.1 防煙設計

綜合體育館下地下設備間、封閉樓梯間在頂部設置面積不小于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,無須設置防煙設施。

3.2.2 排煙系統(tǒng)設計

1層游泳館更衣室、辦理大廳因不滿足自然排煙要求,設計機械排煙系統(tǒng),計算排煙量為30 000 m3/h;排煙口均位于儲煙倉內,補風為機械補風,補風量為排煙量的50%,計算補煙量為15 000 m3/h,補風口位于儲煙倉下沿以下。1層游泳池空間凈高為5.5 m,每個防煙分區(qū)長邊小于36 m,且自然排煙口面積均不小于建筑面積的2%,并處于儲煙倉內,滿足自然排煙要求;補風為無組織自然補風,補風口位于儲煙倉下沿以下。

2層走廊長度大于20 m,須設置排煙設施,內走廊凈寬大于2.5 m,按長邊不大于36 m將整個走道劃分為3個防煙分區(qū);2個更衣室為大于50 m2的無窗房間,設計機械排煙系統(tǒng),走道與更衣室合用1個機械排煙系統(tǒng),計算排煙量為30 000 m3/h;排煙口均位于儲煙倉內,補風為無組織自然補風。排煙風機設置于專用排煙機房內。

3層籃球館空間凈高為9.1 m,劃分為2個防煙分區(qū),每個防煙分區(qū)面積均不大于2 000 m2,每個防煙分區(qū)計算排煙量為178 000 m3/h;根據GB51251《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》要求,自然排煙窗風速以小于0.94 m/s計算,自然排煙口設置面積為52.6 m2,自然排煙口均位于儲煙倉內?；@球館空間凈高為9.1 m,大于6 m,四周窗戶均可開啟,整個籃球館空間內任一點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。補風為無組織自然補風,補風口位于儲煙倉下沿以下。自然排煙窗手動開啟,手動開啟裝置集中設于距地面1.3～1.5 m位置。

4 結束語

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

在實際工程項目設計中,設計師應綜合考慮工程所在地的實際情況,結合設計的內外部條件和工程特點,采取不同的方法對設計方案進行優(yōu)化,努力使設計的暖通系統(tǒng)經濟合理、技術先進、安全可靠。