1 工程概况

　　电视转播是国际体育赛事不可或缺的组成部分，尤其对于奥运会和冬奥会来说，电视转播的成功与否决定着奥林匹克运动的未来发展和全球影响力，它已经成为一届奥运赛事能否获得成功、能否充分利用奥运平台展示和推广主办城市的关键因素之一。奥林匹克转播服务公司(以下简称OBS)一般在冰上场馆群设置国际广播中心，在雪上场馆群设置山地转播中心。北京冬奥会为了更好地进行冬奥会电视转播工作，在古杨树赛区设有张家口转播中心(以下简称ZBC)。国际广播中心与ZBC相距183 km^[1]。然而，电视转播中心的大量设备在连续工作中会产生大量设备负荷，同时该类场馆人员流动性大，这些均使得转播室内温度随时间呈非线性波动，为了在确保电视设备处于适宜温度的同时保证工作人员的热舒适性，电视转播场地的暖通空调系统设计尤为重要。

　　ZBC和张家口技术官员酒店配楼的电视演播室(以下简称TV-Studio)作为2022年冬奥/残奥会赛时阶段的主要转播媒介，向国内外观众实时同步传输赛事视频。ZBC总面积12 000 m²,其中转播商用房净面积5 000 m²,地上1层建筑内设4个转播商分隔空间，为冬奥赛时的16家转播媒体提供充足工作空间。TV-Studio建筑面积约8 000 m²,建筑地上3层、地下1层，供中国中央电视台、美国全国广播公司等8家国际转播媒体及百名工作人员使用^[2]。ZBC和TV-Studio的效果图见图1和图2。

　　

　　图1 ZBC效果图   

　　 

　　

　　图2 TV-Studio效果图   

　　 

　　2 室内外设计计算参数

　　2.1 冬季供暖、空调室外计算干球温度

　　按照张家口市气象局提供的古杨树赛区2016—2018年雪季气象资料^[3],以及冬奥组委提供的2017年11月6日至2018年2月12日逐时测量气温数据，经综合分析研究后，确定冬季供暖、空调室外计算干球温度为-27 ℃,赛时室外最高干球温度为18.2 ℃^[4]。

　　2.2 夏季空调室外计算干球温度

　　按照崇礼区气象局提供的气象资料，古杨树赛区夏季干球温度25 ℃左右，除人员密集场所、电气设备用房外不需要设置空调系统。

　　2.3 赛时室外含湿量

　　由于各地气象局及冬奥组委提供的室外环境参数中均未包含湿度信息，本项目使用周边地区含湿量信息作为设计参考。

　　项目组获得了张北县及怀来县典型气象年赛时含湿量情况，如图3所示。

　　

　　图3 典型气象年张北县和怀来县2月4日至3月14日 室外空气含湿量   

　　 

　　由图3可见，张北县及怀来县室外空气含湿量范围基本一致，而本项目地点介于两者之间，考虑设计余量，采用变化范围相对较大的怀来县作为参考，室外含湿量变化范围为0.16～3.65 g/kg。

　　3 使用方工艺需求

　　为保证空调系统的设计满足奥运会转播设备的正常运行和工作人员的舒适性要求，充分了解使用方(OBS)对于建筑物的使用需求，掌握影响空调系统设计的室内设备的相关技术参数至关重要。

　　通过前期与使用方和建设方的多次沟通协调，得到的基本需求和技术资料汇总如下。

　　3.1 OBS对ZBC的基本需求和技术资料

　　转播商用房区域要求采用顶送风方式时，净高不低于4.50 m。转播商用房内全部空调和所有其他的服务设备均按照奥运会标准运行时，噪声水平应低于NR35。

　　转播商用房区域室内干球温度要求为23 ℃±2 ℃,相对湿度要求为50%±10%。转播商用房区域赛时人员密度按照5 m²/人计算，预测总人数峰值可达1 000人，平均为600人。设备散热量按照平均值150 W/m²计算。每个区域应保证N+1冗余的暖通空调主设备，以保证单点故障时转播设备的正常运行。为了实现室内温度稳定在22～24 ℃之间，暖通空调系统在配置热源同时，还需要配置冷源，并可根据实际情况进行调节。

　　此外，OBS还要求对于全空气系统，需要通过电动风阀实现各分隔间独立控制，且该控制需接入自控系统(BA)。暖通空调末端与常规建筑不同，不需要配合精装，按照OBS要求预留接口即可，如图4所示。

　　

　　图4 OBS要求预留接口的示意图   

　　 

　　对ZBC内设置的集中技术区(以下称CTA),集中放置各转播商数据机柜。OBS要求每个CTA应保证N+1冗余的机房空调系统。CTA的制冷量为1 000～1 300 W/m²。CTA室温要求为19.5 ℃±1.5 ℃,相对湿度为50%±5%。

　　3.2 OBS对TV-Studio的设计要求

　　演播室的内部净高要求为4.5 m。演播室内的噪声水平应低于45 dB。演播室的室温要求为22～24 ℃,每个演播室最多可容纳15人，每个电视转播间预留30 kW设备电容量，根据OBS介绍房间内设备大概率会同时使用。

　　4 设计响应及优化

　　4.1 ZBC与TV-Studio中办公等辅助区域暖通空调系统

　　ZBC与TV-Studio中，除OBS有特殊要求的转播商用房和电视演播厅外，均配有大量的辅助性用房，OBS对辅助性用房无特殊暖通空调设计要求，这些区域的暖通空调设计均按照国标要求实施。

　　辅助性用房考虑赛时为冬季至春季，赛时辅助性用房不设置空调。设计时场馆赛后用途未确定，考虑古杨树地区夏季凉爽怡人，未预留集中空调条件。

　　辅助性用房主要为办公用途，冬季主要房间室内设计参数为18 ℃/30%,新风量为30 m³/(人·h)。古杨树赛区为新开发区域，无市政热源、无燃气，且可实现100%绿电供应，所以以电力作为冬季供热的主要热源。考虑古杨树地区室外冬季温度极低，低温热泵造价过高且效率较低，所以均选择电直接加热的方式供暖。

　　ZBC辅助性用房使用加热电缆地面辐射供暖，无集中机房，无输配能耗，安装简单。加热电缆地面辐射供暖有利于实现各房间的独立控制，通过室温、地温双控，可维持近似恒定的室温。不适用于加热电缆地面辐射供暖的电气机房等，以电散热器的形式供暖。

　　TV-Studio首层、2层主要功能为媒体运维、管理及媒体化妆间等辅助房间，其热源系统在保障TV-Studio辅助性用房的使用要求之外，还作为中科院某研究课题的实验平台，用于验证电蓄热锅炉系统的技术经济合理性，是科技冬奥的体现之一。房间内末端选用低温热水地面辐射供暖结合新风换气系统，地面供暖热媒为55 ℃/45 ℃的热水。

　　辅助性用房的新风换气系统采用高效、低噪声的吊顶式显热型新风换气机，水平式、分区域设置。由于赛时转播时间通常在21:00结束，新风换气机运行时，室内排风经换气机热回收装置时释放显热预热新风，显热释放后的排风自身温度下降后排至室外。当排风温度低于回风露点温度时出现结霜结冰现象，引起热回收装置堵塞而降低效率，因此设计中进行了热回收装置的防结露验算(见表1)。基于能量回收过程空气状态参数计算，得到排风出口温度为-0.46 ℃,低于排风空气露点温度4.10 ℃,排风通路存在结露隐患，因此新风入口设置空气预热器，经计算新风预热到-13.40 ℃时(可以最少的新风预热能耗，获得更稳定、高效的能量回收)可节省约29.24%的新风加热能耗。

　　4.2 ZBC转播商用房空调系统设计

　　表1 显热型新风换气机防结露验算 导出到EXCEL

　　 

　　 

设备类型	板式显热型新风换气机	设计工况的显热回收 效率≥65%
计算条件	总送风量	10 000 m3/h
	总回风(排风)量	8 000 m3/h
	室内设计温度、相对湿度	20 ℃、35%
	冬季室外供暖计算干球温度	-27 ℃
	修正后的新风换气机效率	43.54%(名义工况下65%)
各状态点参	冬季新风出口温度	-6.54 ℃
数的确定	冬季排风出口温度	-0.46 ℃
	室内回风(排风)空气露点温度	4.10 ℃
判定结论	排风出口温度-0.46 ℃低于排风空气露点温度4.10 ℃,换热过程将结露，排风通路应采取防冻措施

　　 

　　 

　　 

　　4.2.1 建筑布局

　　本建筑为单层建筑，按照使用方的要求，转播商用房位于建筑内部(图5中阴影区域),四周为走道或其他功能房间，除屋顶和地面外，无外墙、外门、外窗等其他外围护结构。

　　

　　图5 张家口奥林匹克体育公园山地转播中心建筑平面布置图   

　　 

　　4.2.2 空调系统方案

　　转播商用房采用一次回风的全空气定风量空调系统，选用组合式空调机组，空调机组包括进风、粗中效过滤、电预热、新回风混合、加热、直接膨胀冷却、电加湿和送风机等主要功能段。空调机组设置于空调机房内，直膨机组室外机设置于北侧走道屋面。

　　空调系统的加湿采用电蒸汽加湿方式，主要考虑使用方要求比赛期间室内的相对湿度达到50%,而转播用房存在大量余热，正常运行时处于供冷工况，若采用等焓加湿方式，产品的饱和加湿效率无法满足需求。

　　空调系统的气流组织均为上送上回，排风经由排风机排至室外，排风机采用变频控制，以适应室内新风量的变化。转播商用房送风末端预留接口，后期由转播商深化明确室内布局后另行接管安装。

　　4.2.3 空调系统风量设计

　　根据已经确定的室内外设计、计算参数，通过计算得到了每个房间的空调负荷。结合建筑的实际布局和使用功能需求，以及室内温湿度控制要求，在满足相关规范要求的前提下，通过技术经济分析确定冬季送风温度为13 ℃,相对湿度为90%,由设计负荷计算得到单个转播商用房设计风量为60 000 m³/h。

　　考虑到直接膨胀机组制冷工况运行的可靠性，当室外温度低于5 ℃时，利用新风带走室内余热，不开启直接膨胀机组。由此可确定单个转播商用房最大新风量为34 000 m³/h。

　　当室外温度较低时，室外新风与回风直接混合有可能出现结露的情况，因此空调机组设置预热段，利用风电作为预热热源对新风进行预热，经焓湿图分析(见图6),此临界温度约为-13.4 ℃。此时单个转播商用房所需新风量为16 500 m³/h, 此风量大于人员所需最小新风量(7 500 m³/h)。

　　

　　图6 空调机组设计选型计算   

　　 

　　4.2.4 空调系统运行模式

　　冬奥会期间，根据室外气温变化及室内设备的运行数量和运行状态，空调系统存在以下几种运行工况。

　　1) 冬季供热工况。

　　根据负荷计算结果，室外计算温度下围护结构耗热量为46 W/m²。当室内投入运行的转播设备数量较少时，会出现设备散热量小于通过屋顶和地面等外围护结构散热量的情况，此时空调系统应为供暖模式运行，新风按照满足最小新风量要求即可。

　　冬季供热工况空气处理过程如图7所示，室外新风经过预热后(室外空气温度较高，与回风混合不会产生结露时，预热热源关闭)与室内回风进行混合，混合后的空气加热到室内送风温度，经过电加湿器等温加湿后送入室内。

　　

　　图7 冬季各供冷工况对应室外空气参数范围   

　　 

　　2) 冬季供冷工况1。

　　室内投入运行的转播设备散热量大于通过屋顶和地面等外围护结构散热量时，空调系统应为供冷模式运行。

　　当室外空气温度低于-13.4 ℃时，空气处理过程如图7所示。室外新风经过预热后与室内回风进行混合，通过调节新、回风的比例，使得混合后的空气温度与送风状态点温度一致，再经过电加湿器等温加湿到送风状态点后送入室内。部分负荷时，新风量调节至最小新风量后，混风温度仍低于送风温度时，开启加热。

　　3) 冬季供冷工况2。

　　当室外空气温度高于-13.4 ℃且低于5 ℃时，可关闭新风预热热源，后续空气处理过程与“冬季供冷工况1”相同。

　　4) 冬季供冷工况3。

　　当室外空气温度高于5 ℃时，虽然仍可利用新风作为自然冷源，但由于转播商用房需进行湿度控制，而新风含湿量过低，将增大加湿需求。按照直接膨胀机组设计COP为3进行验算，赛会期间多数室外温湿度情况下，使用最小新风量并开启直接膨胀机组制冷更为节能。仅室外温度较低且含湿量较大的工况中利用新风降温更为节能，列为“冬季供冷工况4”。

　　5) 冬季供冷工况4。

　　经验算，室外环境参数在图7所示的“工况4”区域内时，本系统可通过调节新、回风的比例，使得混合后的空气温度达到与送风状态点温度一致，再经过电加湿器等温加湿到送风状态点后送入室内，不开启直接膨胀机组。此工况空气处理过程与“冬季供冷工况2”相同。

　　4.2.5 冗余设计

　　为确保冬奥会期间比赛转播能够顺利稳定地进行，根据OBS的要求，转播商用房内的空调机组需要进行冗余设计，OBS要求N+1冗余，即某台机组故障时，空调系统仍100%满足需求。空调机组冗余控制逻辑见图8。

　　

　　图8 空调机组冗余控制逻辑   

　　 

　　本项目共有4个转播商用房，每个转播商用房设置2台组合式空调机组。若按每个转播商用房空调机组单独进行备用，则共需8+4台组合式空调机组，机房占用面积较大。为适当减少机组数量、减小机房面积，按4个转播商用房共设置1台备用机组考虑，则共设置8+1台组合式空调机组，尽可能减小了空调机房对建筑面积的影响。机组之间互为备用，通过阀门启闭进行工况切换，可以做到任意一台机组故障时，空调系统仍100%满足需求。

　　4.2.6 ZBC中CTA空调方案

　　ZBC中设有2个CTA,每个面积约260 m²,规模相当于1个中小型数据中心。与常规数据中心类似，CTA耗电量大，发热量大且集中，散湿量小，且对环境温湿度控制要求比较高。ZBC的CTA设置在转播商用房区域内，因此对房间隔声要求极高，系统设计时需避免穿墙管路。另考虑CTA将在赛后拆除，系统设计时未考虑余热回收。

　　考虑赛后拆除的便捷性及OBS对赛时机柜灵活布置的需求，避免架空地板对机柜位置的限制，CTA采用上送风的方式。经与OBS和机房空调厂家多次沟通，CTA最终采用了风冷自然冷却冷水机组，制冷剂采用质量分数50%的乙二醇溶液。室内末端采用冷水型机房空调，OBS根据平昌及东京经验，为提高系统控制精度和峰值负荷应对能力，要求机组供/回水温度为7 ℃/12 ℃。由于采用上送风的方式，特采用定制的机房空调，提高了末端余压，以保证机柜冷却效果。

　　5 结语

　　张家口赛区山地转播中心和电视转播室作为冬奥会和冬残奥会电视转播工作的重要场馆，其内部供暖空调系统运行对转播工作的成功进行有重要影响。其中辅助性用房区域与常规公共建筑供暖空调设计思路相同。转播商用房区域根据OBS需求进行了精细化设计，供暖空调系统在满足室外温度大幅度变化运行需求的同时，满足了OBS的冗余设计要求。

　　本文引用格式：刘建华，李沁笛，李敏，等．张家口转播中心与电视演播室暖通空调设计［Ｊ］．暖通空调，2022,52（6）：111-115．