西安奧體中心主體育場冬季防凍設計

周武成

摘要：介紹了西安奧體中心主體育場的冬季管道防凍設計過程中可選擇的冬季防凍方案，及各方案的優缺點分析。對處于寒冷地區的西安奧體中心主體育場，采用風機盤管系統防凍較其它方案從初投資、運行費用、安全可靠、節能等方面進行了比較分析。

關鍵詞：電伴熱;干式或預作用;散熱器采暖防凍;風機盤管系統防凍

西安奧體中心主體育場位于西安市灞橋區，屬于北方寒冷地區?？紤]北方地區的氣候特點以及人們室外活動的特點，以及冬季作為非賽時季節，主體育場長時間不使用、或者停用。在這種情況下，場內各消火栓、自噴、給水等管線的冬季防凍就顯得很有必要。對于空調水系統考慮體育場長時間不使用時，整個水系統做泄空處理。因此，本文主要講述的對象為消火栓、自噴、給水管線系統的防凍設計。

1工程簡介

本工程為西安體育中心主體育場及附屬設施，位于西安市國際港務區，將作為2021年第14屆全國運動會的主場館。建筑面積：132916m2，建筑高度：58.3米（鋼結構上弦中心線）體育場鋼結構罩棚外輪廓呈橢圓形;混凝土主體結構屋面高度：23.98米。建筑層數：地上五層。

2可選擇的防凍方案：

2.1對于西安奧體中心主體育場的管道冬季防凍，可選擇的方案有：

（1）電伴熱防凍;（2）干式系統或預作用系統防凍;（3）注人防凍液防凍;（4）增設散熱器采暖系統防凍;（5）風機盤管系統防凍。

2.2電伴熱系統防凍。

對于消火栓、自噴、給水管線均可采用電伴熱系統。電伴熱系統能快速有效的解決冬季防凍的問題，但是缺點同樣明顯：

（1）若電熱工程出現故障，起不到預期的加熱功能，不僅會發生管道凍裂，甚至會危及被加熱設備的安全運行。（2）鑒于目前我國在這方面存在工程規范不健全，圖紙設計深度不足，施工不規范，產品標準容易被忽視等問題，故電伴熱在安全可靠性上目前略顯不足。（3）對于本工程，因需要電伴熱的區域較大，建筑面積約6萬平米;且冬季需電伴熱的周期較長，因此電伴熱的前期投入、后期運營的費用均很高。

對于電伴熱系統，基于上述明顯的缺點，故本項目將電伴熱方案排除在外。

2.3干式或預作用系統防凍。

對于消火栓系統、自噴管線均可采用干式或預作用系統進行冬季防凍。干式或預作用系統能安全、可靠解決冬季防凍的問題，但是缺點同樣明顯：

（1）火災時，供水的及時性存在問題;且排氣閥容易堵塞，不能及時的排出管道內的空氣，安全性較差。（2）因需設置空壓機，故對于管路系統，存在空氣泄漏的問題;（3）因空壓機的原因，加大了系統的前期投入和后期的運營維護管理費用。因本項目自噴區域面積較大，約6萬平米，故后期的運行和維護費用均很高。

對于干式或預作用系統，因其主要可作用的系統為消火栓系統和自噴系統，而給水系統不能使用此方案，故本項目將此方案排除在外。

2.4注入防凍液防凍。

采用注入防凍液的方法在技術上存在難點，由于防凍液的量很大，管理起來不便，且日常的運行維護管理比較麻煩;且國內的相關法規、管理條文對防凍劑的管理不明確，沒有相關規范可以借鑒。

基于上述明顯的缺點，本項目將此方案排除在外。

2.5增設散熱器采暖系統進行防凍;

本項目除衛生間、有水設備機房、儲藏等區域設置了散熱器采暖外，其它區域均考慮設置空調系統進行冬季供暖。但是考慮到冬季體育場長期不運營時，空調系統冬季不運行，考慮將空調水系統全部泄空。本方案考慮在空調區域增設專門的采暖散熱器系統進行冬季防凍。

本方案的優缺點：

優點：本方案能可靠、安全的保證冬季管道的防凍需求。

缺點：

（1）所有的有消火栓、自噴、給水管的區域，均需增設散熱器采暖系統，前期投入和后期運行費用均很高;（2）本項目為了防凍，冬季專門的運行散熱器采暖系統的區域面積約為6萬平米，采暖防凍區域較大，非常耗能。（3）本項目作為全運會賽場，應賽時需求，一些貴賓、包廂等區域設置散熱器，與本項目的高檔裝修要求不符。對于增設散熱器采暖系統進行防凍，基于上述明顯的缺點，故本項目將此方案排除在外。

2.6風機盤管系統防凍。

本方案為空調區域使用風機盤管系統進行防凍，對于非空調區域，衛生間、有水設備機房、儲藏等區域設置了散熱器采暖;對于無采暖的非空調區域，設置電伴熱，或者自噴系統的預作用系統。

本項目的空調區域，風機盤管系統的防凍原理為：在房間溫度低于5℃時，考慮開啟室內風盤，可通過設置風機盤管的控制面板來進行設定，設定風盤開啟的溫度（5℃），以及風盤的運行時間設定，達到防凍的目的。

對于風機盤管系統的防凍，本項目的業主方及相關審核人員對風盤系統防凍的運行費用和可靠性存在疑義。為解決這兩點疑義，以下對風機盤管系統防凍的運行費用及可靠性進行分析及評估。

2.6.1風機盤管系統防凍運行費用對比分析

對于風機盤管系統防凍，業主方的第一印象就是利用空調水系統的大功率循環水泵進行防凍運行，耗電量很大，且整個冬季運行，運行費用會非常高。其實這是一般人的誤區，以下為風機盤管系統防凍與增設散熱器系統防凍的運行費用對比分析：

（1）風機盤管系統防凍：

①空調熱水系統為變頻系統，為保持防凍需求，水泵低頻、低耗電運行;②風機盤管設定低于5℃開啟，且設定運行時間，有效的減低能耗及耗電量。③降低鍋爐房的水泵運行耗電量及鍋爐的能耗，減小燃氣耗量。④從西安地區的外部氣候考慮，西安位于寒冷地區，相比較嚴寒地區，冬季在室內有防凍要求時間段相對不會太長，風盤防凍可減少系統運行時間，以降低運行費用。

（2）散熱器采暖系統防凍：

①整個采暖季節采暖水系統水泵定頻運行。②鍋爐方的水泵運行時間增長，燃氣耗量增加。③系統的運行時間上考慮，散熱器采暖系統運行時間較長，間接增加了運行費用。

風機盤管系統防凍和散熱器系統防凍運行費用比較詳間下表：

依據上表可以看出，風機盤管系統防凍和散熱器系統防凍運行費用相差不大。

2.6.2風機盤管系統可靠性措施

對于風機盤管系統防凍，業主方及相關審核人員認為無法比傳統可靠的增設散熱器采暖系統安全可靠。

為保證風盤系統防凍的可靠性，本項目采取以下措施：

（1）風機盤管面板設置防凍程序，當房間內溫度低于5℃時，開啟風機盤管，程序設置開啟時間，始終保證房間溫度不低于5℃。（2）考慮極端情況下，局部房間風盤故障、停電的可能，可將需要防凍區域的風機盤管均接人BAS系統，由BAS系統監控風盤系統，設置風盤故障報警及房間低溫故障報警（房間低溫故障報警可設定溫度2-3℃），為風盤系統防凍增加可靠性。（3）鍋爐房、及換熱機組均設置有氣候補償控制器，可在極端天氣情況下，根據室外氣候，考慮開啟整個空調系統，達到防凍目的。（4）空調水系統設置為變流量系統，熱水循環泵變頻控制?？梢愿鶕靼矚夂驐l件，以室內氣候，變頻運行循環水泵，大大節約能源。

2.6.3本方案的優缺點

經上述各類對比分析，可看出風機盤管系統防凍的優缺點有：

優點：

（1）本方案水泵變頻運行，冬季防凍低頻運行，大大降低運行費用;（2）本方案盡可能的利用原空調系統，基本無需額外的增加項目的初投資費用;（3）因水泵變頻運行，且末端根據溫度開啟風盤進行防凍，大大節約了鍋爐能耗及水泵能耗。

缺點：增加了空調系統的自控節點，增加了系統的維護管理成本;

根據上述各類分析，風機盤管系統防凍符合本項目進行防凍的需求。

3風機盤管系統防凍于其它防凍方案的比較

根據上述各方案的特點，及優缺點，從初投資、運行費用、安全可靠性、節能各方面進行分別比較，詳見下表。

從上表可以看出：

（1）從初投資看，為了防凍，專門增加散熱器采暖系統進行防凍，初投資增加較多;其次為方案一的初投資較多;（2）從運行費用看，風機盤管系統防凍與增設散熱器運行費用相差不大;（3）從安全可靠性看，散熱器采暖系統防凍、風機盤管系統防凍可靠性相差不大;對于方案一存在安全隱患。（4）從節能上看，散熱器采暖系統能耗最大，其次為電伴熱系統，而風機盤管系統防凍相對比較節能。

4結束語

根據上述分析，西安奧體中心主體育場最終空調區域采用風機盤管系統進行防凍;采暖區域如衛生間、有水設備機房、儲藏等區域采用散熱器采暖防凍;局部非空調采暖區域，管道需要防凍的設置局部電伴熱系統進行防凍。