0 引言

　　北京2022年冬奥会与冬残奥会分为北京、延庆、张家口3个赛区。张家口赛区核心区位于河北省张家口市崇礼区太子城及其周边区域，规划占地约11 km²,分为云顶滑雪公园、古杨树场馆群及太子城冰雪小镇3个组团。古杨树场馆群为新建场馆群，包括跳台滑雪中心、冬季两项中心、越野滑雪中心比赛场馆。古杨树场馆群是历届冬奥会中最为集中的雪上运动场馆群：一方面，集中建设大量永久设施与临时设施有助于资源高效集约利用，对赛事举办、场馆投资控制及后期运维等都非常有利；另一方面，也对生态环境保护、规划设计、施工建设、交通组织等提出了巨大挑战。

　　本文通过对跳台滑雪中心、冬季两项中心、越野滑雪中心3个项目的介绍，简述供暖、空调、新风方面的设计要点，并结合运行实测数据，对古杨树场馆群暖通空调系统设计进行总结分析，为今后雪上运动场馆项目设计提供参考。

　　1 工程概况

　　1.1 国家跳台滑雪中心(雪如意)

　　跳台滑雪中心由顶峰俱乐部、滑道区、下部看台区组成。总建筑面积22 713.95 m²,其中，顶峰俱乐部11 620.50 m²,滑道区936.80 m²,看台区10 156.65 m²。顶峰俱乐部依山而建，自北侧底部广场至顶部会议厅层共5层，高49.0 m。

　　顶峰俱乐部由运动员出发大厅、贵宾接待厅、顶层展厅、相应设备及附属功能用房等组成。滑道区由室外出发平台、助滑道、落地区、裁判台、教练台及少量技术机房等组成。下部看台区由室外活动看台、室外固定看台、室内场馆管理竞赛办公室、转播服务办公室、仪式办公室、安保中心及办公室、兴奋剂检测中心、医疗中心、运动员训练室、贵宾接待室、器械储藏室、相应设备及附属用房等组成。国家跳台滑雪中心(雪如意)外景如图1所示。

　　

　　图1 国家跳台滑雪中心(雪如意)外景   

　　 

　　1.2 国家冬季两项中心

　　由室外赛场和技术场馆两部分组成，技术场馆总面积6 313 m²,场馆技术中心面积5 200 m²,设备存放区面积1 113 m²,建筑共4层，高21.85 m。主要功能为赛时技术用房、队员休息室、服务中心、靶场边训练用房。国家冬季两项中心场馆外景如图2所示。

　　

　　图2 国家冬季两项中心外景   

　　 

　　1.3 国家越野滑雪中心

　　越野滑雪中心总建筑面积4 709.14 m²,其中，地下1层1 518.59 m²,地上4层共3 181.55 m²。满足比赛、观赛、转播、安保、服务等功能要求。国家越野滑雪中心外景如图3所示。

　　

　　图3 国家越野滑雪中心外景   

　　 

　　2 设计参数

　　2.1 室外气象参数

　　冬季供暖室外计算温度-27 ℃,数据选取原则见文献[1]。

　　根据崇礼气象局提供的数据，古杨树赛区夏季干球温度为25 ℃左右，除人员密集场所、电气设备房间外不需要空调。

　　2.2 室内设计参数(见表1)

　　表1 室内设计参数 

　　 

　　 

	夏季温湿度		冬季温湿度		新风量	A声级噪声/dB
	干球温度/℃	相对湿度/%	干球温度/℃	相对湿度/%
技术用房	26	≤65	18	≥30	30 m3/(人·h)	≤40
休息供餐区	26	≤65	18	≥30	30 m3/(人·h)	≤40
赛事用房	26	≤65	18	≥30	40 m3/(人·h)	≤40
靶场边训练房			0		换气次数1.5 h-1
办公室	26	≤65	18	≥30	40 m3/(人·h)	≤40
取暖更衣室	26	≤65	18	≥30	40 m3/(人·h)	≤45
运动员大厅	26	≤65	18	≥30	15 m3/(人·h)	≤60
接待大厅	26	≤65	18	≥30	15 m3/(人·h)	≤60
贵宾休息	26	≤65	18	≥30	30 m3/(人·h)	≤40
会议厅	26	≤65	18	≥30	30 m3/(人·h)	≤45
后勤服务用房	26	≤65	18	≥30	30 m3/(人·h)	≤45
楼梯间、走道			12

　　 

　　 

　　 

　　3 热源设计

　　3.1 能源现状、能源政策及电力供应

　　热源现状：无市政热力、无供暖用燃气。

　　能源政策：鼓励采用可再生能源。根据当地条件，冬夏季冷热负荷差距较大，若采用地源热泵系统，会造成土壤吸、放热量严重不平衡，另外，山区打井费用较高，也不适合采用地源热泵。若单独采用空气源热泵，低温时难以满足供暖要求。

　　电力供应：电力供应充足，张家口市政府鼓励用电供暖(张政办字[2017]105号发文《张家口市加快推进“电供暖”工作实施细则》)。

　　3.2 多联机热泵使用条件

　　为适应寒冷地区冬季供暖使用，主流品牌均推出多联机热泵(寒地)产品，图4显示了某品牌多联机热泵(寒地)产品在不同室外温度下的COP变化。由图4可见，冬季室外温度为-20 ℃时，COP可达到2.0以上。

　　

　　图4 某品牌多联机热泵在不同室外温度下的COP   

　　 

　　室外温度高于-20 ℃时，该主流品牌设备启动和运行正常，性能系数较大，对节能有利，室外机与室内机匹配合理，采用多联机热泵供暖比较合理；室外温度低于-20 ℃时，该主流品牌设备性能系数较小，节能优势不大，且室外机与室内机匹配不合理，不适合采用多联机热泵供暖。在寒冷地区使用多联机热泵机组，可以采用直接蒸发式，制冷剂作热媒，无冻结危险。

　　3.3 热源运行策略

　　考虑冬奥场馆的重要性，为了确保供暖热源稳定、安全、绿色节能，热源设置2套多联机热泵和电加热系统，互为备用，互为补充。在室外温度高于-20 ℃(供暖非尖峰时段)时，采用多联式(热泵)机组作为热风供暖热源，节能运行；室外温度低于-20 ℃(供暖尖峰时段)时，启动电加热作为热源，保证供暖效果。

　　3.4 供暖负荷

　　根据项目的运行方案，冬季负荷计算针对2个阶段，即多联机热泵运行阶段和电供暖阶段，将根据供暖室外计算温度-20 ℃计算的供暖负荷作为设计多联机热泵的依据，根据供暖室外计算温度-27 ℃计算的供暖负荷作为设计电供暖末端的依据，新风负荷由新风机组独自承担，新风机组根据按-27 ℃计算的新风负荷选型。供暖负荷计算结果见表2。

　　表2 供暖负荷计算结果 

　　 

　　 

		面积/m2	-20 ℃时供暖 总负荷/kW	-20 ℃时供暖负荷 指标/(W/m2)	-27 ℃时供暖 总负荷/kW	-27 ℃时供暖负荷 指标/(W/m2)	-27 ℃时新风 负荷/kW
国家跳台滑	顶峰俱乐部	11 620(6 635)	564.42	85	676.17	102.0	247
雪中心	看台区	10 156(7 888)	497.72	63	600.00	77.0	374
冬季两项中心		6 313(5 200)	353.00	68	416.00	80.0	244
越野滑雪中心		4 709	312.00	66	368.00	78.1	220
合计		32 798(24 432)	1 727.14	70.7	2 060.17	84.3	1 085

　　 

　　注：括号内数据为供暖面积。

　　 

　　室内供暖负荷计算中已考虑冷风渗透负荷。当场馆房间内人员较少时，可不开启新风机组，冷风渗透即可满足新风要求；当场馆房间内人员密集时，开启新风机组。

　　4 末端设计

　　多联机供暖末端采用四出风室内机，电加热供暖末端采用发热电缆，外门入口设电热空气幕，减少冷风渗透对室内的影响。

　　永久建筑的消防安防控制室、弱电机房、通讯机房等存在架空地板的房间，不便设置辐射电缆，采用电散热器；新风机房和设备间等要求不高或有漏水风险的房间，采用电散热器；临时建筑预留电散热器电气条件。

　　5 新风系统

　　3座场馆的永久建筑部分均设有集中新风系统，分层设置新风机组。新风系统与排风系统间设置余热回收装置，新风侧功能段为：粗效过滤段、除霾静电过滤段、电预热段、转轮热回收段、电再热段、电蒸汽加湿段、送风机段，排风侧功能段为：中效过滤段、转轮热回收段(与新风侧共用)、排风机段。

　　冬季室外气温较低时，采用电预热段将室外新风等湿加热至5 ℃(图5中状态点1),避免过低的新风温度引起热回收段结露，甚至结冰；预热后的新风进入转轮回收器，与室内排风进行充分热湿交换，比焓增大(图5中状态点2);状态点2的空气由电再热段等湿加热至状态点3;状态点3的空气经过电蒸汽加湿段近似等温加湿后送入室内。

　　在设计工况下，室内空气露点温度为0.3 ℃,转轮全热回收效率为65%,经过热回收器后排风出口处温度为9.6 ℃,即图5中状态点4,不会结露。其他季节不作冷却处理，仅进行排风热回收，当室外空气比焓低于室内时，转轮停止运行，不进行热回收，全新风送入室内。

　　6 BIM正向设计

　　在历届冬奥会上，跳台建筑仅以赛道构筑物的形式出现。2022年北京冬奥会的跳台建筑外观设计取自中国传统吉祥物如意，并取名为雪如意。雪如意上方为1万m²的室内建筑(顶峰俱乐部),作为赛时、赛后的辅助用房。顶峰俱乐部依山而建，全部采用轻量化钢结构，要求暖通管线(防排烟、新风、排风)全部设在建筑顶部钢结构空隙内^[2]。钢结构构件纵横交错，没有任何一个平面可以完整体现结构布置情况，对暖通设计提出了挑战。该项目设计全程采用BIM正向设计，在三维空间实现了管线设计。依托BIM模型，随时调整暖通管线与结构构件的关系，与电气、给排水专业管道的关系，避免碰撞，最终实现了空间效果要求。国家跳台中心BIM钢结构模型与BIM暖通管线模型见图6。

　　

　　图5 新风机组功能段设置及空气处理过程   

　　 

　　

　　图6 国家跳台中心BIM钢结构模型与BIM暖通专业管线模型   

　　 

　　7 室内运行数据

　　7.1 典型位置温度测量结果

　　2022年2月4—20日比赛期间，现场反馈3个场馆温度均能达到18 ℃以上。对国家跳台滑雪中心运动员大厅进行了温度实测。运动员大厅高度17 m, 面积810 m²,为高大空间，又临外门，属于场馆供暖不利房间。共设置4个温度探测点，探测点距地面高度1.5 m, 距墙面1.0 m, 测点布置见图7。测试时间为2022年2月5日02:00至7日23:00,测试结果见8～11。由图8～11可知，在室外温度为-27.5～-12.0 ℃情况下，室内温度均在18～23 ℃之间，满足设计要求，场馆其他房间温度高于测试房间。

　　

　　图7 国家跳台中心顶峰俱乐部运动员休息大厅温度测点   

　　 

　　

　　图8 运动员休息大厅测点1实时温度   

　　 

　　

　　图9 运动员休息大厅测点2实时温度   

　　 

　　

　　图10 运动员休息大厅测点3实时温度   

　　 

　　

　　图11 运动员休息大厅测点4实时温度   

　　 

　　7.2 场馆房间温度红外探测结果

　　2021年2月15日，场馆试运行阶段，室外环境温度为-27.3 ℃,对冬季两项场馆1层技术用房进行红外探测，结果见图12。由图12可见，发热电缆辐射地面温度普遍可以达到27～29 ℃,房间内墙面温度为23 ℃左右，室内温度为19 ℃,满足设计要求，工作人员体感舒适。

　　8 结语

　　考虑冬奥场馆的重要性，为了确保供暖热源稳定、安全、绿色节能，热源设置2套多联机热泵和电加热系统，互为备用，互为补充，既提升了供暖系统的可靠性，在降低运行能耗的同时，又避免极端室外温度下室内温度失控。在多联式空调(热泵)机组可以稳定运行的温度范围内，发挥了热泵系统供热更好的节能效果。

　　

　　图12 冬季两项场馆技术用房温度红外探测结果   

　　 

　　采用新风系统冬季充分回收室内余热，减少电能消耗，对冬季热回收防冻、防结露处理过程进行了分析；其他季节充分利用当地室外气象条件，通风降低室内的余热，减少空调系统能耗。

　　复杂空间BIM、数字信息的应用可以提高建筑工程信息一致性、可视化，解决空间管线综合问题。在整个实施进程中，BIM的应用对提高工作效率、节约成本和缩短工期发挥了重要作用。

　　2022年冬奥会的使用表明，3个场馆暖通空调系统运行良好，室内温湿度满足使用要求。

　　本文引用格式：韩佳宝，王一维，周溯，等．古杨树冬奥场馆群暖通空调系统设计［Ｊ］．暖通空调，2022,52（6）：72-76．