1 项目简介

　　2022年北京冬奥会、冬残奥会运动员村项目规划用地59 400 m²,总建筑面积331 131 m²。其中，地上建筑面积184 712 m²,地下建筑面积146 419 m²。建筑主要功能为2022年冬奥会、冬残奥会运动员公寓及配套服务用房，赛后为北京市高端人才公租房、配套公共建筑(商业、会所、卫生站)、幼儿园。

　　2022年北京冬奥会以简约、安全、精彩为举办目标，其精神主旨为以运动员为中心，同时兼顾体育、社会、环境、经济的可持续发展。核心理念是制定空气治理计划、促进低碳产业发展及推动冬季运动的普及。其中，以运动员为中心、可持续发展及促进低碳产业发展是冬奥村设计建设的指导性要求。响应“节俭办奥运、绿色办奥运、智慧办奥运”的号召，冬奥村项目设计以赛后使用功能为目标，同时兼顾赛时使用需求，全专业坚持赛时、赛后的全周期综合设计理念。冬奥村项目需要同时满足节能、降碳、可持续3种设计要求：北京市绿色建筑三星设计、WELL健康建筑金级设计及超低能耗建筑被动房设计。

　　2 暖通空调系统设计

　　2.1 设计标准

　　北京冬奥村以可持续性为设计亮点，采用装配式建造方式，对节能、可再生能源使用、室内噪声、室内空气质量有明确设计要求。同时基于BIM和资源监控系统管理，减少建筑在建造和运行阶段的碳排放。项目中包含1栋超低能耗建筑。

　　暖通空调设计参数见表1、2。

　　表1 室外设计参数 导出到EXCEL

　　 

　　 

冬季供暖计算温度/℃	-7.6
夏季空调计算干球温度/℃	33.5
夏季空调计算湿球温度/℃	26.4
夏季通风计算温度/℃	29.7
冬季空调计算干球温度/℃	-9.9
冬季空调计算相对湿度/%	44
冬季通风计算温度/℃	-3.6
冬季室外大气压力/hPa	1 021.7
夏季室外大气压力/hPa	1 000.2

　　 

　　 

　　 

　　表2 室内设计参数 导出到EXCEL

　　 

　　 

	夏季		冬季		新风量/(m3/	排风量或新风	A声级	备注
	温度/℃	相对湿度/%	温度/℃	相对湿度/%	(人·h))	换气次数	噪声/dB
卧室、起居厅、餐厅、书房	26		20		50		≤40(夜间：≤30)
厨房			16
卫生间			25
物业用房	26		18		30		≤40
社区文化设施	26		18				≤50
公共服务设施	24	60	18	35	20		≤55
泳池	28	70	28	70	30
菜市场			18
公共厨房	30		16			40～60 h-1
公共卫生间	26		18			10 h-1
地下汽车库						6 h-1/5 h-1
清水泵房	≤32		5			6 h-1
消防水泵房	≤32		10			6 h-1
变配电室	37					按发热量计算
中水机房	≤32		5			6 h-1
换热站	≤32		≥5			10 h-1
消防控制室								分体空调
污水泵房			5			12 h-1

　　 

　　 

　　 

　　2.2 暖通空调设计

　　2.2.1 冷热源

　　北京冬奥村分为2个地块，如图1所示。该工程设置集中供暖系统，由设在OS-12地块的换热站、OS-11地块的1#换热站(位于北侧)及2#商业换热站(位于南侧，部分服务于住宅)为住宅供应设计供/回水温度为50 ℃/40 ℃的二次热水，为其附属用房供应设计供/回水温度为75 ℃/50 ℃的二次热水，一次热源为市政高温热水。OS-11、OS-12地块的地板辐射供暖系统均设2个压力分区：地下2层～地上11层(含11层)为1个压力分区，11层以上为1个压力分区。散热器供暖系统为1个压力分区。二次热水循环泵采用变频水泵，根据系统供回水压差控制水泵转速，根据系统流量控制水泵运行台数。热力站设气候补偿器，对供热量进行总体调节。

　　

　　图1 北京冬奥村地块鸟瞰图   

　　 

　　注：OS-11、OS-12为地块编号。

　　2个地块商业部分的制冷机房设于OS-11地块的地下3层，采用3台单台制冷量为1 934 kW的变频离心式冷水机组，供应供/回水温度7 ℃/12 ℃的空调冷水。商业用冷却塔放置在OS-11地块14-3#楼屋面上，共3组。冷却水循环泵与冷水机组一一对应设置。采用超低噪声型开式冷却塔，冷却水进/出水温度为37 ℃/32 ℃。冷却塔风机联合变频运行，根据冷却塔总出水管水温控制冷却塔风机转速和运行台数。过渡季及冬季运行1组冷却塔即可满足内区供冷系统运行要求。冷却水供/回水温度为12.1 ℃/14.1 ℃。冷却塔供冷系统运行时，关断3组冷却塔之间积水盘连通管上的电动阀，并放空其他2组塔室外管段中的冷却水。设置2组板式换热器及2台冷却水循环泵，为内区提供供/回水温度14.2 ℃/16.1 ℃的空调冷水。商业冷热源系统图见图2。

　　2.2.2 供暖及空调水系统

　　2.2.2.1 供暖水系统

　　1) 住宅。

　　住宅地板辐射供暖系统干管形式为下供下回双管异程式。住宅附属服务设施(住宅首层)散热器供暖系统干管形式为上供上回双管异程式。室内系统为共用立管的分户独立系统，共用立管顶部设置自动排气阀。住宅户内采用地板辐射供暖系统，系统形式为设分、集水器的放射双管式。在分、集水器各分支管道上设置电动调节阀，并对应在每个环路服务的房间内设置温控器，以实现分环路控制室温。首层入户大堂及住宅(首层)服务设施采用散热器供暖，与住宅地板辐射供暖系统相连。考虑赛时与赛后阶段的室内格局变化，采用散热器供暖形式，每组散热器均设置高阻力恒温控制阀。

　　

　　图2 OS-11地块商业冷热源系统图   

　　 

　　2) 住宅配套服务用房。

　　住宅附属用房供暖系统形式为垂直单管跨越式。采用散热器供暖形式，散热器采用内防腐型钢制三柱散热器。散热器均为明装，每组散热器均设置三通恒温控制阀。各栋建筑热力入口设置静态水力平衡阀，各热力站换热器的一次水总回水管上设置计量总供热量的热量表，各楼栋热力入口设置超声波热量表。

　　2.2.2.2 空调水系统

　　商业部分冷、热水循环系统均采用变流量一级泵系统，冷、热水循环泵分别设置，冷水泵为变频泵，空调热水变频泵设于OS-12地块换热站内。在3台离心式冷水机组总干管上分别设置流量报警旁通控制阀，保证冷水机组最小安全流量。冷水设计供/回水温度为7 ℃/12 ℃,空调热水设计供/回水温度为60 ℃/45 ℃。商业空调冷水系统为分区两管制异程式系统，按空调内外区分别设置水系统，内外分区以5 m为界。

　　空调冷、热水系统采用1套不容纳膨胀水量的定压罐定压，系统补水采用软化水(软化水装置设置在制冷机房内)。空调冷热水系统、冷却水系统设全程水处理设备及真空脱气机，以保证水质要求和及时排除系统中的气体，利于系统循环。

　　泳池湿区设置地板辐射供暖系统作为辅助供暖措施。在换热站内单独设置板式换热器机组，为地板辐射供暖系统提供供/回水温度为50 ℃/40 ℃的热水。系统补水采用软化水，系统补水定压均在换热站内完成。地板辐射供暖系统的分集水器设有自动恒温控制阀。

　　风机盘管空调水系统并联环路采用静态手动平衡阀调节水路平衡，风机盘管末端回水支管采用电动两通阀调节，空调箱、新风机组末端支管采用电动调节阀调节。

　　2.2.3 通风系统

　　2.2.3.1 住宅

　　户内卫生间设有防回流功能的竖向排气道，并预留安装排气扇的条件及在排气道上预留70 ℃防火止逆阀安装条件。厨房灶具排油烟机的排气管接至竖向共用排气道，油烟从屋顶排至室外。排烟道预留150 ℃防火止逆阀安装条件。

　　在阳台设置带去除细颗粒物(PM2.5)功能的新风换气机(全热回收型),每个房间设置新风口，集中设计回风口。

　　2.2.3.2 商业

　　商业厨房设置机械通风系统，分设全面排风和局部排风系统。预留厨房补风条件，补风量为排风量的85%。厨房排风系统在排烟罩处设光解油烟净化自动控制装置。油烟排放应满足国家允许排放浓度要求，且要求高位排放，避免对行人产生不利影响。厨房设置事故通风，与平时排风合用风机，并采用防爆风机。

　　制冷机房、清水泵房、消防水泵房设置独立机械送排风系统。变配电室设置机械送排风系统，通风量根据设备发热量计算得出。

　　地下车库设置机械送排风兼排烟系统，汽车库通风系统与排烟系统合用。地下汽车库机械通风系统由排风机和若干诱导风机组成。诱导风机分区域控制，根据地下车库内设置的CO浓度探测器读数，开启相应分区的诱导风机，有效诱导周围空气，将有害气体从滞留区诱导送到排风口处，而排风机则根据设在排风口附近的CO浓度探测器读数，控制风机运行台数，以达到节能效果。

　　公共卫生间设置机械排风系统，商业屋顶按区域设置集中排风机；电梯机房等设置排气扇，并预留分体空调插座。

　　变配电室设气体灭火后排风系统。燃气房间设置燃气浓度控制报警装置，并设事故通风机。事故通风机为防爆型，在室内、室外便于操作的地点设置手动控制装置。制冷机房内设置制冷剂泄漏报警装置，并应与事故排风机连锁。

　　2.2.4 空调系统

　　2.2.4.1 住宅及配套服务用房

　　户内分户设置变制冷剂流量多联式空调系统，各主要房间分别设置室内机，室外机设置于户外空调板上。户内每个客厅设置1个干球温度和湿球温度传感器(距角落、窗户、外墙和门1 m, 高度为1.1～1.7 m, 需远离直射阳光、送风散流器、机械风、加热器或任何其他主要的冷热源),检测数据实时显示在户内显示屏上，或者推送到用户手机APP客户端上。

　　由于住宅多联式空调室外机安装平台进、排风条件较差，为校核室外机进、排风效果及研究上下层室外机的影响，进行CFD模拟验证。模拟结果如图3所示。

　　

　　图3 室外机竖直截面温度云图   

　　 

　　住宅配套服务用房预留变制冷剂流量多联式空调系统或分体空调系统安装条件。消防控制室、物业值班室设置分体(热泵)空调。

　　2.2.4.2 商业

　　在商业店铺、电梯厅等相关区域采用风机盘管加新风系统。风机盘管加新风系统部分设置全热回收机组，对排风进行全热回收，全热回收效率≥60%,排风量为新风量的90%(含卫生间排风)。用于热回收的排风总量为商业全楼新风总量的40%。新风机组设置PM2.5净化段，采用高压微雾加湿方式。

　　在商业大空间等区域使用全空气定风量系统。夏季采用最小新风比运行，过渡季采用100%全新风运行。对于冬季需要消除余热的区域，采用加大新风量的方式运行。最大限度地利用新风作冷源，排风机采用变频风机。对于送风量大于10 000 m³/h的空调机组，其送风机采用变频风机。空调机组设置PM2.5净化段，采用高压微雾加湿方式。

　　泳池区采用除湿热泵机组承担泳池空调冷热负荷及湿负荷；变配电室设置落地式分体空调作为夏季极端天气时的辅助冷源；消防值班室设置 24 h 值班分体热泵式空调。

　　2.2.5 绿色建筑

　　该项目住宅部分作为北京市绿色建筑三星项目，多联式(热泵)机组能效指标提高率大于8%,全部风机单位耗功率满足北京市地方标准DB 11/687—2015《公共建筑节能设计标准》的要求^[1]。热回收新风机组热回收率达到70%。模拟结果表明，合理选择和优化供暖、通风与空调系统，系统能耗降低幅度达到20%,见表3。

　　3 设计效果

　　3.1 赛时与赛后

　　北京冬奥村的方案设计围绕赛前、赛中、赛后3个阶段展开，充分利用1套系统架构，进行2种实施方案的综合设计考量，体现节俭办奥的理念。赛前综合设计，以赛后功能为基准，保证赛后作为北京市高端人才公租房、配套公共建筑和幼儿园的功能实现。赛时为运动员及随队官员提供包括运动员公寓、健身中心、娱乐中心、综合诊所、多信仰中心等生活、娱乐和休闲场所。赛后运动员公寓转化为高端人才公租房，住宅首层配套物业用房及全民健身等辅助功能房间。原有运动员餐厅及生活娱乐休闲场所转化为带有餐饮的商业配套及儿童早教中心。园区服务配套用房在赛后将作为菜市场、生活物业服务等功能用房使用。除商业外，末端基本采用全热交换新风机组、多联机和散热器的形式，便于赛时及赛后功能变化时的自由调整。住宅供暖采用地暖，设计前期与建筑专业商定赛时、赛后户型以保证地暖铺设几乎不会变动。

　　表3 能耗模拟结果 导出到EXCEL

　　 

　　 

	实际 系统	参照建筑 系统
供暖能耗/(kW·h/(m2·a))	2.97	2.97
供冷能耗/(kW·h/(m2·a))	5.28	8.39
供暖、通风与空调系统水泵能耗/(kW·h/(m2·a))	0.26	0.28
供暖、通风与空调系统风机能耗/(kW·h/(m2·a))	5.01	5.21
其他能耗/(kW·h/(m2·a))	0.04	0.17
供暖、通风与空调系统年能耗/(kW·h/(m2·a))	13.56	17.02
供暖、通风与空调系统能耗降低幅度/%	20.04

　　 

　　 

　　 

　　3.2 装配式住宅

　　住宅采用装配式设计，实现功能多样化，使现场现浇作业减少，显著提高劳动生产效率。暖通专业在配合装配式设计上遵循设计模数化、标准化的要求，主要需要解决地暖系统与新风系统的配合预制化、装配化。根据赛时、赛后使用需求，与建筑专业充分沟通后，得到的最终户型基本可以维持赛时、赛后功能分区的一致性，有效解决了地暖末端的后期调改问题。新风系统主要针对风管进行了装配式设计的优化。考虑到住宅为钢梁结构，且室内净高要求较高，风管需从梁下及吊顶之间穿过，因此对风管的尺寸有更高的要求。为此采用了预制复合风管，风管外壳采用金属薄板机械压制成模，由2个饰面层夹绝热层组成。该复合风管相比传统外包保温铁皮风管，有效地减小了安装尺寸，优化了室内管线综合。住宅室内BIM管线综合效果见图4。

　　

　　图4 住宅室内BIM管线综合效果   

　　 

　　3.3 健康建筑

　　该项目秉承以运动员为中心，健康绿色办奥思想进行设计，优化室内环境，综合提升健康建筑水平，住宅获得WELL健康建筑金级认证。住宅所有独立新风系统在满足ASHRAE 62.1标准规定的最小综合新风量的基础上增加30%,首层管道式新风机组满足不少于过滤等级G4+H11要求，过滤器配备更换指示灯，若安装静电除尘装置则需增加除臭氧模块。住宅全部热交换式新风机组采用双层或3层高效除霾模块，满足过滤等级G4+H11要求，除臭氧模块满足过滤等级H11+HEPA(高效空气过滤器)且净化效率不小于96%的要求，室内PM2.5质量浓度日平均值小于等于35 μg/m³。对于首层大堂电梯厅，由于管道式新风机组没设置除霾装置，因此补充设置吊顶式空气净化器以满足WELL设计要求。

　　运动员公寓室内多联机采用带后回风箱和过滤网的形式，含活性炭过滤器，净化效率大于90%,过滤器配置更换指示灯。除此之外，精细化热环境分区，每30 m²或每5人至少设1个热环境分区(实现分区控制),布置传感器进行监测。

　　住宅外窗全部采用气密窗，外墙采用隔声外墙，保证室内A声级噪声不超过45 dB。建筑外围护结构材料不含石棉，暖通设备五金、主材等铅含量体积分数低于1 000×10^-6。住宅首层入户大堂布置竖直绿植墙，运用植物营造亲自然环境，提升室内空气品质。

　　3.4 被动式建筑

　　北京冬奥村人才公租房项目11#楼属于乙类建筑，体形系数为0.28。被动房建筑气密性对于实现超低能耗目标至关重要。良好的气密性可以减少冬季冷风渗透，降低夏季非受控通风导致的供冷需求增加和湿气侵入造成的建筑发霉、结露和损坏；此外，良好的气密性还能够减小室外噪声、室外空气污染等因素对室内环境的影响，提高居住者的生活品质。因此，在该项目设计时，严格控制热桥的产生，避免建筑外围护结构出现热桥效应。外墙做法为：设150 mm保温层，包含90 mm岩棉板及60 mm真空绝热板；外窗采用三玻两腔双银Low-E玻璃，内充惰性气体，窗框采用被动式外窗型材。

　　由于该建筑存在一定数量的医疗功能房间，室内空气品质与防疫通风要求对被动房的气密性非常不利。因此，在保留可开启外窗的基础上，新风系统的介入及提升通风空调系统的过滤效率十分必要。

　　新风机组采用空气热回收装置回收排风中的能量，热回收效率≥75%,通风电力需求小于0.45 W·h/m³。此外，新风机组机房内及管道上设消声降噪措施，主风管风速不大于5 m/s, 支风管和风口风速为3 m/s左右。机组的进出口风管上设折板式消声器或消声弯头，对某些容易产生噪声的房间(如设备间),采取降噪、隔噪措施。同时，新风机组具备去除PM2.5功能，采用双层或3层高效除霾模块(过滤等级G4+H11)+除臭氧模块(过滤等级为H11的HEPA),净化效率大于96%,过滤器配置更换指示灯。换热装置应能防止细菌霉菌滋生，保证空气品质。冬季室内送风口出风温度不得低于16 ℃。冬季室外温度低于-10 ℃时，通风系统宜具有防冻和新风预热措施。室内设置CO₂浓度探测器，空调新风系统根据室内温度和CO₂浓度自动运行。多联机室内机的回风口必须设初阻力小于50 Pa、微生物一次通过率不大于10%和颗粒物一次计重通过率不大于5%的过滤设备。

　　11#楼作为赛时超低能耗被动房建筑，获得德国PHI被动房认证，节能率超过81%。

　　4 结语

　　在进行冬奥村项目暖通设计时，确定了可持续的设计架构，参考英国学者约翰·埃尔金顿(John Elkington)提出的“The triple bottom line”新价值标准，提出了“节俭、健康、绿色”的设计理念，符合此次北京冬奥会“绿色、共享、开放、廉洁”的举办理念。“节俭”代表了赛时、赛后的设计共享、建筑共享和系统共享，“健康”代表健康建筑设计和后续防疫考量，“绿色”代表了节能与环境友好，阐释了可持续发展的核心思想。

　　北京市冬奥村人才公租房项目暖通设计是应对多需求、高要求设计的一次突破。面对赛时、赛后两用的住宅及商业建筑，突破固有设计思维，以点到线，以线至面，以发展的眼光进行设计。从冷热源到末端系统，对多种方案进行了不断的优化筛选。设计时充分考虑冷热源系统的包容性和末端系统的可变性。在绿色可持续发展的大环境下，不固守传统绿色建筑设计标准，在条件允许时将多种可持续设计理念相结合。冬奥村是一个建筑群，两大地块多建筑的形式也给予了多种设计理念落实的客观条件。为此，充分抓住机遇，在绿色建筑设计的基础之上，尝试超低能耗被动房的设计，在室内环境方面，则充分考虑健康建筑特性，为将来的建筑集群式项目的暖通设计创新夯实了基础。

　　本文引用格式：沈逸赉，陈浩华，张辉，等．北京冬奥村暖通空调设计［Ｊ］．暖通空调，2022,52（6）：82-87．