0 引言

　　延庆冬奥村(外景图见图1)规划设计阶段秉承了“可持续原则、环境先导原则、适应性技术原则、同步设计原则”四大宗旨，设计中按永久建筑、临时设施和使用场地3种类型进行分类实施。永久设施按照绿色建筑三星标准实施，第六运动员组团为超低能耗建筑。

　　

　　图1 延庆冬奥村外景   

　　 

　　针对复杂山地建筑群落，从保障赛时功能、兼顾赛后满足度假酒店的技术标准及运营需求为出发点，暖通空调系统设置遵循建设地点能源规划，赛时核心宗旨是安全可靠运行，营造高品质室内环境。施工图设计阶段聚焦赛后建筑功能转换对赛时系统的影响，以合理降低建造成本、减少再次拆改量为目标，2条工作主线同时进行并且贯穿整个设计时段。能源系统的设置经过多轮设计优化，力求实现绿色电力的高效应用。

　　1 工程概况

　　延庆冬奥村项目总面积12.88万m²,地上建筑面积9.1万m²,场地东西向高差约30 m, 南北向高差约42 m。由1个公共组团和6个不同标高的运动员组团、1个交通场站及1个庆典广场组成^[1]。延庆冬奥村是2022年北京冬奥会及冬残奥会的非竞赛类场所，包括广场区、运行区、居住区三大功能区域。赛事期间，冬奥村为运动员及随队官员提供住宿、餐饮、医疗、健身等服务。赛后整体转换为2个不同级别的山地滑雪旅游度假酒店。

　　该项目建设地点为复杂山地小庄科村附近，临近松山森林风景区。市政设施匮乏，地热资源丰富。规划的市政条件包括：供水系统、污水处理系统、电力和电信系统。电力由可再生能源提供，新建110 kV变电站能够保障充足和可靠的供电。

　　2 暖通空调系统简述

　　赛时由4台10 kV高压电极式热水锅炉供热，单台制热量4 MW,三用一备。设置1 100 m³开式蓄热水箱，谷电蓄热使用，赛时空调热水供/回水温度为60 ℃/45 ℃。赛后夏季按照酒店标准设置2台2 813 kW(800 rt)/台离心机组和1台1 231 kW(350 rt)螺杆电制冷冷水机组。冷水供/回水温度为7 ℃/12 ℃,赛后冬季采用4台低温型空气源热泵机组+电极式热水锅炉(调峰)+开式蓄热水箱耦合运行。综合考虑项目所处地理位置复杂的山地，以及赛后转换功能后2个不同标准级别酒店的运营灵活性，空调水系统采用两管制二级泵变流量系统。按照地形地势及不同功能设置多个环路，公共组团(南北区)、6个运动员组团根据赛后2个不同星级标准划分环路。运动员组团末端系统采用风机盘管+新风系统，公共组团的高大空间、人员密集区(如餐厅、酒店大堂、赛后雪具大厅等)采用全空气系统。赛后根据室内CO₂浓度、焓值控制等措施实现空调系统变新风比运行。配套医疗、办公、接待、特许商业等采用风机盘管+新风系统。赛后部分新风采用高效率的显热热回收。

　　3 项目技术数据统计

　　3.1 室外设计计算参数

　　以建设地的《气象参数统计及典型年数据集》(1987—2016年统计值)作为负荷计算的气象参数依据。冬季空调室外计算干球温度为-16.0 ℃,极端温度为-26.2 ℃;夏季空调室外计算干球温度为30.2 ℃,极端温度为39.2 ℃。全年约有100 h室外温度高于30 ℃,而低于5 ℃的时间超过3 500 h, 供暖天数为159 d(10月22日至次年3月30日)。全年大部分时段空气含湿量低于15 g/kg。

　　3.2 主要功能房间赛时赛后室内设计参数

　　主要功能房间的室内设计参数见表1。冬季采用赛时标准，夏季为赛后标准，赛后室内设计标准以酒店管理公司技术条件为依据。

　　表1 主要功能房间的室内设计参数 

　　 

　　 

	夏季(赛后)		冬季(赛时)		赛时人员密度	赛时新风指标	赛后人员密度	赛后新风指标
	温度/ ℃	相对湿 度/%	温度/ ℃	相对湿 度/%
管理、办公类	23	50	20	40	4.0 m2/人	30 m3/(人·h)	7.0 m2/人	30 m3/(人·h)
各类小型会议	23	50	20	40	2.0 m2/人	20 m3/(人·h)	2.0 m2/人	30 m3/(人·h)
各类餐厅(赛后餐厅)	23	50	20	40	1.5 m2/人	25 m3/(人·h)	1.5 m2/人	30 m3/(人·h)
欢迎中心(赛后商业)	23	50	20	35	4.0 m2/人	10 m3/(人·h)	7.0 m2/人	20 m3/(人·h)
多信仰室(赛后宴会厅)	22	50	20	40	1.5 m2/人	15 m3/(人·h)	1.5 m2/人	30 m3/(人·h)
团长大厅(赛后宴会)	22	50	20	35	8.0 m2/人	30 m3/(人·h)	1.5 m2/人	30 m3/(人·h)
安保备勤保障(赛后五星大堂)	23	50	18	35	4.0 m2/人	30 m3/(人·h)	7.0 m2/人	10 m3/(人·h)
奥运特许经营	23	50	20	35	3.0 m2/人	20 m3/(人·h)	7.0 m2/人	20 m3/(人·h)
休闲娱乐	23	50	20	40	5.0 m2/人	20 m3/(人·h)	4.0 m2/人	25 m3/(人·h)
新闻发布厅(赛后拆并)			20	40	4.0 m2/人	20 m3/(人·h)
运动员公寓(赛后客房)	23	50	22	40	2～3人/间	>40 m3/(人·h)	2人/间	60 m3/(人·h)
公寓走廊	23	50	21	40		2 m3/(m2·h)		2 m3/(m2·h)
非封闭接待区	23	50	22	40		2 m3/(m2·h)		2 m3/(m2·h)
组团入口门厅	25		20			2 m3/(m2·h)		2 m3/(m2·h)

　　 

　　 

　　 

　　3.3 负荷计算

　　3.3.1 永久设施典型设计日负荷统计(见表2)

　　表2 永久设施典型设计日负荷统计 

　　 

　　 

	建筑面积/ m2	空调/供暖 面积/m2	赛时空调/供暖 热负荷/kW	赛后空调/供暖 热负荷/kW	赛后冷负荷/ kW	赛后内区冷 负荷/kW	厨房补风加 热量/kW
公共组团	42 119	17 314(赛后20 325)/4 160	3 171.5/129.8	3 667.5/129.8	3 401.5	706.6	1 260.3
运动员组团	74 099	42 553/1 535	5 083.4/112.5	4 000.3/112.5	3 164.6	315.0
总计	116 218	59 867/5 695	8 254.9/242.3	7 667.5/242.3	6 566.1	1 021.6	1 260.3

　　 

　　 

　　 

　　3.3.2 赛时空调热负荷

　　赛时典型设计日逐时热负荷如图2所示。由图2可以看出，06:00热负荷最大，15:00热负荷最小。原因主要是除占总面积超过1/3的运动员组团全时段、全负荷投用以外，公共组团的配套保障功能区也按照全时段、全负荷运行计算。赛后由于人员密度明显降低，公共组团与运动员组团最高负荷时段错峰，热负荷有明显降低。

　　

　　图2 赛时设计日逐时热负荷   

　　 

　　3.3.3 赛后空调负荷

　　赛后空调冷热负荷根据管理公司标准进行计算。夏季空调冷负荷计算时，内扰系数(人员在室率及照明、设备使用率)均不低于0.8。赛后夏季典型设计日逐时冷负荷如图3所示。可以看出，夏季典型设计日的最大冷负荷出现在16:00,最小冷负荷出现在05:00,与常规的公共建筑负荷分布趋势一致。冬季典型设计日逐时热负荷如图4所示。赛后供冷季逐时冷负荷和供暖季逐时热负荷分别如图5、6所示。图7显示了供暖季不同室外干球温度对应的供暖热负荷。

　　

　　图3 赛后夏季典型设计日逐时冷负荷   

　　 

　　

　　图4 赛后冬季典型设计日逐时热负荷   

　　 

　　

　　图5 赛后供冷季逐时冷负荷   

　　 

　　

　　图6 赛后供暖季逐时热负荷   

　　 

　　

　　图7 供暖季不同室外干球温度对应的供暖热负荷   

　　 

　　利用DeST软件对赛后全年冷热负荷进行了模拟计算，结果如图8所示。图8显示的冷热负荷多数时间小于典型设计日。该软件对于太阳辐射得热、室内内扰计算有折减，因此冬季热负荷明显小于负荷计算值。

　　

　　图8 赛后全年冷热负荷   

　　 

　　4 冷热源系统设计

　　4.1 能源政策

　　结合当地市政配套条件现状及“因地制宜利用清洁能源与可再生能源，减少场馆的直接碳排放，延庆赛区优先利用可再生能源技术提供热能”的规划要求，采用复合型能源，在电力保障充足的前提下，按照全电设施(供热能源全部采用电能)思路，合理利用，有效提高电能利用率。同时，建设地点享受北京市用电分时电价政策，采用蓄热系统可有效降低运行成本。

　　4.2 系统设计对比

　　夏季供冷系统为赛后设置，冬季供热系统分赛时和赛后设置。燃气价格按照2.46元/m³计算，不考虑增设市政管网的难度与造价。电费按照郊区用电标准计算。表3对4种冷热源系统进行了比较。综合考虑实施周期、保障率、投资等最终采用冷热源系统4。

　　5 空气源热泵与电锅炉水蓄热耦合系统

　　冬奥会赛时运行时间短，安全稳定运行是核心目标。在原有三角地917.1 m标高处冷热源机房设置10 kV电极式热水锅炉，满足赛时全负荷需求并确保其可靠稳定运行。利用新增设的4台10 kV配电设施的冗余，可利用1 100 m³开式蓄热水箱进行谷电时段水蓄热，蓄热系统水温为85 ℃/50 ℃。赛时典型设计日累计空调热负荷为162 608 kW·h。赛后增设4台低环境温度型空气源热泵螺杆机组，位于机房屋面。该机组在室外环境温度为-12 ℃时，有效供热量不低于950 kW,COP值不低于2.6。

　　表3 4种冷热源系统的比较

　　 

　　 

		冷热源系统1	冷热源系统2	冷热源系统3	冷热源系统4
系统概述		浅层地热+固体电蓄热+太阳能光热辅助补热，分组团设置，共7套	区域燃气热水锅炉提供高温水换热使用(总热负荷9 903 kW)+电制冷冷水机组	中深层地热应用为主导+调峰电锅炉+水蓄热系统+电制冷冷水机组	10 kV电极式热水锅炉+水蓄热+空气源热泵+电制冷冷水机组
冷热源系 统配置	赛时 冬季	地源热泵系统辅助供热+固体电蓄热系统联合运行；供/回水温度48 ℃/40 ℃;空调热负荷7 500 kW	一次热水供/回水温度115 ℃/70 ℃。经换热后，提供散热器供暖及新风系统预热，供热量2 337 kW,二次侧供/回水温度75 ℃/50 ℃;提供空调用热水，供热量7 566 kW,二次侧供/回水温度60 ℃/45 ℃。换热机组单台换热器的设计换热量按设计供热量的65%计算选型	11口中深层换热井，4台高效热泵机组，供热量1 500 kW/台，用户侧供/回水温度48 ℃/40 ℃;电真空热水锅炉4台，1 500 kW/台，设计供/回水温度56 ℃/48 ℃,中深层地热热泵机组与电真空热水锅炉联合运行，部分负荷时可独立运行。低谷电蓄热，蓄热水温85 ℃/50 ℃。蓄热水箱容积1 100 m3,空调热水供/回水温度56 ℃/40 ℃	4台10 kV电极式热水锅炉，3 800 kW/台，1台故障时其他3台满足全负荷运行需求。空调系统供/回水温度60 ℃/45 ℃。蓄热运行水温85 ℃/50 ℃,蓄热水箱容积1 100 m3
	赛后冬 夏季	夏季采用地源热泵供冷，供/回水温度7 ℃/12 ℃。冬季地源热泵辅助供热+固体电蓄热+4、5、9月地源侧补热(4、5、9月因太阳能资源充足，生活热水用量不大时向地埋管排热)。地源侧设置双U形换热管约1 100个。空调冷负荷5 400 kW(未按冠名酒店标准设计，人员密度低，热舒适度标准低)	夏季采用电制冷冷水机组，2台2 813 kW(800 rt)/台离心机组和1台1 231 kW(350 rt)螺杆机组，供/回水温度7 ℃/12 ℃,设置冷却塔供冷。冬季一次热水经换热后，分别提供供暖及空调用热水	夏季采用电制冷冷水机组，2台2 813 kW(800 rt)/台离心机组和1台1 231 kW(350 rt)螺杆机组，供/回水温度7 ℃/12 ℃。冬季采用中深层地热热泵机组+电锅炉+谷电水蓄热调峰，典型设计日超过热泵机组提供能力的热负荷累计为18 608 kW·h, 由调峰电锅炉+水蓄热系统承担	夏季采用电制冷冷水机组，2台2 813 kW(800 rt)/台离心机组和1台1 231 kW(350 rt)螺杆机组，供/回水温度7 ℃/12 ℃。冬季采用4台双压缩机低温型空气源热泵螺杆机组，额定工况供热量为1 350 kW/台，水蓄热+电极锅炉(赛时已设置)调峰。蓄热水箱容积1 100 m3,蓄热水温85 ℃/50 ℃
末端系统		风机盘管+新风热回收、全空气系统、地板辐射供暖系统、防冻房间楼梯间散热器供暖系统。空调水系统为一级泵系统，末端采用两管制空调水系统，冷热水冬夏切换运行	风机盘管+新风热回收、全空气系统、地板辐射供暖系统、防冻房间楼梯间散热器供暖系统。冷热水系统采用二级泵系统	风机盘管+新风热回收、全空气系统、地板辐射供暖系统、电热膜辅助供暖系统。新风电预热(赛时不运行热回收),水系统采用二级泵系统	风机盘管+新风热回收、全空气系统、地板辐射供暖系统、电热膜辅助供暖系统。新风电预热(赛时不运行热回收),水系统采用二级泵系统
工程造价		6 105万元，不含太阳能光热板设施费用	5 539万元，含热水供暖系统及预热系统，不含市政燃气管线及储罐等配套设施费用	12 631万元，中深层打孔费用根据单个试验井的费用确定	4 692万元，不含10 kV增容费用
估算运行费		供暖季约590万元，供冷季约93万元	供暖季约505万元，供冷季约173万元	供暖季约345万元，供冷季约173万元	供暖季约663万元，供冷季约173万元
实施难度及建设周期		复杂山地浅层换热孔的施工难度大，换热孔排热能力强，取热能力差，该项目用能特点导致该系统应用的经济性不高。施工阶段建设时序严格，实施周期较长	技术难度、实施周期集中在燃气供应条件的落实，供热系统保障率高	地下储能情况在设计阶段不易探查清楚，设计中的核心数据少量为实测，大量由模拟推演得出。复杂山地地质情况建设费用与成井造价、施工周期密切相关	技术难度低，实施周期短，供热保障率高

　　 

　　 

　　 

　　以-12 ℃为温度边界，在室外环境温度高于-12 ℃的时段，供暖小时数占供暖季小时数的96%,耗热量占比94.5%;以-5 ℃为温度边界，在室外环境温度高于-5 ℃的时段，供暖小时数占供暖季小时数的69.4%,耗热量占比为63.17%。

　　选用智能融霜的低环境温度型空气源热泵机组，在以电能为空调能源的前提下，可以大比例地承担冬季热负荷需求，同时绿电的能源应用效率得到了明显提升。根据GB 37480—2019《低环境温度空气源热泵(冷水)机组能效限定值及能效等级》,以供水温度41 ℃、制热综合性能系数IPLV(H)>3.0为基准进行2类常用热泵机型的对比，结果如图9所示，可以看出，螺杆机组性能较模块机组好。

　　

　　图9 不同类型低温型空气源热泵机组性能对照   

　　 

　　能源系统运行策略如下：供热初期，室外温度高于7 ℃时，热负荷需求低，供热以空气源热泵机组为主导独立运行；室外温度为-5～7 ℃时，利用峰谷电价差在低谷电时段运行蓄热系统，作为热泵系统的补充；当室外温度为-12～-5 ℃时，空气源热泵有效供热能力降低，但热负荷需求明显增大，采用热泵机组与调峰电极锅炉串联运行，水蓄热系统作为尖峰负荷需求补充；当室外温度等于或低于-12 ℃时，大比例使用电极式热水锅炉，利用配电系统及设备冗余进行低谷电水蓄热，可降低部分运行费用。

　　6 重点功能区域赛时与赛后转换设计

　　公共组团赛时与赛后(根据酒店管理公司标准)的主要功能、设计标准差异较大；运动员组团的人员密度及人员作息时间与现行节能标准推荐值存在较大差异，需要赛时与赛后分别进行负荷计算，逐一对比落实。表4显示了重点功能区域赛时与赛后的转换设计。

　　表4 重点功能区域赛时与赛后转换设计

　　 

　　 

	赛时		赛后		应对措施
	功能名称	设施	功能名称	设施
1～6组团	运动员及随行官员公寓，三人间、两人间	风机盘管+新风	四星、五星级酒店客房标准间、家庭套房	风机盘管+热回收新风	校核赛时与赛后人员、室内设计参数、冷热量需求
公共南区组团	安保区、私人查验区、办公区、休息区	风机盘管+新风系统全部侧送风、下回风	酒店大堂	全空气系统侧送	局部房间分隔仅做视线遮挡、不到顶，空调负荷、新风量按照赛时赛后分别计算取大值
	室内集中打蜡房	机械通风、排烟、供暖	雪具大厅	全空气系统	预留空调机房、空调冷热水管道及冷热量
	新闻媒体、医疗服务	全空气系统风机盘管+新风	对外大排档、美食街	风机盘管+新风+全空气，厨房通风+油烟净化通风	根据赛时与赛后不同分隔，采用不同系统形式
	新闻发布厅	全空气系统侧送风+局部设置风机盘管+新风	赛事新闻发布厅赛后划分成多个不同的功能房间	按不同功能区需求，设置末端系统	根据赛后功能不同，设置不同系统
	各类储备库房	机械通风、排烟	地下汽车库	机械通风、排烟	根据功能计算系统风量，取大值
公共组团	多信仰中心	每隔间设风机盘管+新风	部分拆楼板通高成为酒店餐厅	全区全空气夹壁墙侧送风，通高区域风机盘管取消	根据赛后负荷计算送风量，按照赛后空间设置高位自然排烟窗
公共北区组团	商业+娱乐	风机盘管+新风	商业+健身游泳	风机盘管+新风，泳池热泵系统+地板辐射供暖	预留地板辐射供暖土建条件
	欢迎注册大厅	全空气系统	四星级酒店大堂	全空气系统	根据功能计算系统风量，取大值

　　 

　　 

　　 

　　为落实节俭办奥的理念，降低赛后拆改工作量及不必要的重复性投资，发挥最大经济效益，赛时与赛后的功能要尽可能在施工图设计阶段进行整合。总体原则是力保赛时、赛后永久设施按需落实，对纯赛时功能以满足要求、最大限度降低对赛后使用影响为原则。

　　赛时与赛后工况拟合较好的功能区，机电设施、精装修设计安装一次到位，通过采用优化自然通风设施、设备分台数设置、末端分系统运行、增设变频调速控制等技术措施来实现。

　　7 现场测试数据

　　近1年来，随着各功能区陆续投用，能源站有序运行。在2021年12月进行了主要区域室内温湿度测试、建筑围护结构热成像检测。整体评估结果显示，围护结构冷桥不明显，气密性良好。测试期间二级泵站的供水温度、典型区域室内温湿度测试数据如图10～12所示。

　　

　　图10 供热二级泵站供水温度   

　　 

　　

　　图11 运动员组团(5组团客房5534)温湿度测试结果   

　　 

　　

　　图12 公共组团(南区团长大厅)温湿度测试结果   

　　 

　　由图10可以看出，有一半时间供水温度低于赛时设计值，并且呈现间断运行的模式。系统运行中大多数室内温度达到了设计值(个别门厅及进出频繁的入口附近除外),但由于新风加湿系统未投用，导致室内相对湿度大幅度低于设计值。供热二级泵停止运行时室内温度波动明显。在12月初系统压力测试之后，供水温度有小幅度提升，但仍然是部分时段间断运行。从图10～12可以看出，低供水温度、系统分时段、分系统的连续运行可以在一定程度上降低房间温度的波动幅度。

　　8 结语

　　随着2022年3月中旬最后一批运动员及随队官员的离开，延庆冬奥村赛时功能圆满结束，同时为期60天的赛时供热保障运行策略也随之结束。此后经过整改进入赛后度假酒店运营阶段。

　　设计阶段优于现行节能规范GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》^[2]标准值20%的围护结构性能参数，设置可调节外遮阳设施，优于现行节能规范限制值12%的核心设备能效指标，部分新风系统热回收效率高达75%,变频技术、热泵技术及蓄能系统的应用为有效降低赛后运营成本提供了条件。

　　随着化石能源的减量应用成为趋势，空气源热泵、地热资源应用比例大幅度提高。但单一系统应用存在局限性，采用可再生能源时，为达到有效降低运行费用和初投资增量可控的目标，应重视能源的适用性分析、用能需求的减量化设计、末端系统供水温度的合理优化。有条件时可适当降低冬季供水温度、提高夏季供水温度，为更多时段、更大比例地应用低品位能源创造条件。

　　

　　本文引用格式：胡建丽，潘云钢，苏晓峰，等．延庆冬奥村暖通空调设计［Ｊ］．暖通空调，2022,52（6）：88-93．