1、1国家游泳中心(水立方)中央空调系统运行管理经验【摘要】从中央空调运行管理的角度出发，介绍水立方奥运会期间比赛大厅中央空调系统运行策略，奥运会后场馆中央空调系统日常运行管理模式，包括运行管理人员组织架构，主要设备运行管理办法，冷机群控、楼宇自控与人员运行相结合的管理思路，总结水立方中央空调系统运行管理经验。 【关键词】水立方中央空调运行管理 中图分类号：TU831.3+5 文献标识码： A 文章编号： 一、引言 国家游泳中心（水立方）是北京 2008 年奥运会标志性场馆之一，是世界上最大的室内游泳馆，也是国内首次使用 ETFE 膜材料作外维护结构的建筑。水立方独特的建筑外观与国家体育场（鸟巢）
2、遥相呼应，呈现出天圆地方、刚柔相济的和谐理念，ETFE 膜材料具有质量轻、透光等特点，可实现场馆良好的自然采光，但同时也带来了维护结构热工性能的问题，给水立方中央空调系统的设计、施工、运行管理带来了很大的困难和挑战。本文从中央空调运行管理的角度出发，总结奥运会赛时运行保障和赛后运行管理经验。 二、场馆概况 1. 建筑概况 水立方长、宽均为 177 米，高 31 米，建筑面积约 10 万，外维护2结构由 3000 多个蓝色泡泡（ETFE 膜充气气枕）组成，水立方室内通过膜空腔分隔出三大功能区：奥林匹克比赛大厅、游泳馆多功能厅、嬉水乐园，建筑平面功能分区如图 1所示。地下二层为设备层，包括泳池水处
3、理机房、制冷机房、空调机房、热力站、变配电室、楼宇自控室、安防中控室、LED 景观照明控制室、人防地下车库等。地下一层为池岸层，包括比赛大厅大型赛事活动运行区，公众游泳运行服务区，嬉水乐园娱乐休闲服务区等。首层为游客观光区，包括游客出入口及观光流线，比赛大厅南、北看台，游泳馆、嬉水乐园游客服务前台，全球华人捐资共建展厅等。奥林匹克比赛大厅竞赛区面积约 6000，净空 24 米，游泳馆上部为多功能厅，建筑面积约 2400，净空 17 米，平日为网球馆，也可举办大型商业活动，嬉水乐园面积约 11000，游乐区净空 24 米，是目前亚洲最大的室内主题水上乐园。建筑剖面如图 2所示。 图 1 水立方建
4、筑平面功能分区示意图 图 2 水立方建筑剖面示意图 2. 中央空调系统概况 中央空调冷源来自地下二层制冷机房，设置 3 台制冷量 800RT 的离心式冷水机组和 1 台 400RT 带冷凝热回收的离心式冷水机组，冷却塔设置于建筑外南广场半地下坑槽内，共 3 组 6 台 700t/h 的逆流式冷却塔。3空调热源来自市政热网，热力站一次热水通过板式换热器将二次热水（60/50）送入制冷机房集分水器，提供空调用热，制冷机房设置冬、夏季阀门切换。空调冷冻水系统为一次泵变流量系统，由制冷机房呈异程支状敷设到各空调机房及各区域风机盘管系统，风机盘管为两管制。室内大空间如奥林匹克比赛大厅、游泳馆多功能厅、嬉
5、水乐园均采用全空气系统，游客观光区、南北 4 层综合楼、主题展厅等功能区域采用风机盘管加新风系统。比赛大厅设置 4 台热回收型空调机组供竞赛区空调，另设置 4 台空调机组供观众看台空调，池岸运动员竞赛区气流组织采用喷口送风1、池岸回风，观众看台区气流组织采用座椅送风、大厅两侧核心筒竖井的百叶回风。 二、中央空调运行管理 水立方中央空调设计为舒适性空调，系统设置与很多大型公建项目类似，管理重点是对各功能区域环境温度、湿度的控制，难点是水立方维护结构与其它建筑完全不同，没有成熟的管理经验可以借鉴，很大程度上要靠日常摸索和不断积累，下面介绍奥运会期间运行保障经验和赛后日常运行管理模式。 （一）舒适的
6、空调环境造就神奇的“快速泳池” 1. 快速泳池 北京奥运会上，各国游泳运动员在水立方共打破 24 项世界纪录、刷新 66 项奥运会纪录，如此大规模的改写纪录，创造了世界游泳运动历史上的奇迹，水立方也因此被誉为“水魔方” 。新纪录的诞生当然是归功于天才的运动员和科学刻苦地训练，还有高科技的“鲨鱼皮”泳衣等装备，4然而水立方场馆打造出优质的室内环境对激发运动员创造良好的成绩也有着不可忽视的作用， “快速泳池”成为当时各国媒体关注的焦点。 “快速泳池”概念对运动员迅速达到最佳竞技状态，发挥出最佳的竞技水平起到了“催化剂”的作用，包括令人振奋的竞赛场地、激动人心的比赛氛围，还有优良的水质、舒适的水温、
7、独特的池岸溢流槽设计等，其中空调环境也是关键因素之一，优质的新风、良好的气流组织、准确的温度控制，造就了舒适的竞赛环境，激发出运动员最大的潜能，实现了以人为本、以竞赛为核心的“人文奥运”运行模式。 2. 赛时运行模式 限于本文篇幅，对奥运会前测试赛运行和赛前带负荷演练不做详细介绍，仅介绍奥运会赛时比赛大厅运行模式。根据测试赛运行和赛前演练的经验，暖通空调设施保障组经过反复研究和论证，制定出了奥运会赛时空调运行模式，过程中设计单位机电总设计师毛红卫提供了宝贵的理论及经验支持。 运行模式：比赛大厅竞赛区空调在开赛前 2 小时采取加大新风量运行，通过大厅东西两侧的喷口送风和池岸溢水槽回风的气流组织方
8、式，将大量的新鲜空气直接送到竞赛池水面，提高了竞赛池水面的含氧量，使运动员在比赛中更兴奋、更充分发挥自身的潜能。同时开启大厅池岸地板采暖，控制池岸温度在 2527，与池水温度 26相一致，池岸风速控制在 0.2m/s 之内，回风均匀，使运动员没有吹凉风的感觉，保持良好的竞技状态。观众看台为分区空调座椅送风，赛时采取全新风运行，观众的耗氧量和 CO2 浓度对池岸区域没有影响。 5借助数值模拟计算软件对比赛大厅夏季工况的气流组织进行计算分析2，对比赛大厅竞赛池 0.5m 高处的温度场、速度场、CO2 浓度及观众区 CO2 浓度剖面图的模拟结果见图 3。 合理的空调运行模式创造出舒适的竞赛环境，成就
9、了北京奥运水立方传奇。 图 3-1 温度等高图 图 3-2 速度等高图 图 3-3CO2 浓度等高图 图 3-4CO2 浓度剖面图 （二）日常运行管理 残奥会后水立方开放了一年时间，2009 年 10 月开始闭馆改造，拆除了临时钢结构看台，配建比赛大厅南、北各 4 层综合楼，增加了餐饮、购物等商业服务设施以及水立方工程建设、游泳运动等公益主题展厅，于 2010 年 7 月完工并重新向社会开放，水立方进入日常运行管理模式。 1. 管理架构 任何项目的管理都依靠人来实现，水立方赛后运营管理采取专业化、市场化的委托管理模式，由业主单位委托物业维保公司、安防维保公司等专业公司进行管理，业主单位设主管领
10、导、场馆运行部经理、工程师、管理专员四级责任制，场馆运行部经理负责合同管理及成本管理，向主管领导负责，工程师有设备工程师、安防工程师、电气工程师等负责工6程管理及业务管理，向场馆运行部经理负责，设备工程师对接物业维保公司，下设运行管理专员和设备管理专员，安防工程师对接安防维保公司，下设自控管理专员、电讯管理专员，各专业管理专员负责传达指令并监督执行情况，向主管工程师负责。由物业公司完成空调系统的运行管理和维护，安防公司协助完成中央空调楼宇自控系统的运行。管理架构如图 4所示。 图 4 管理架构 2. 设备管理 中央空调系统的管理很大程度是对设备的管理，水立方推行设备管理责任制，将所有空调设备“
11、分配”到每个空调岗位技工名下，某台设备一旦发现问题或故障直接问责对应的岗位技工。物业公司制定各类空调设备的运行管理、维护保养制度，空调岗位技工根据维护保养制度和所辖设备的运行情况、使用寿命、故障隐患提出维护保养建议，由物业公司评估后实施维护，冷源设备的维护保养建议由物业公司向业主设备工程师申报。物业公司定期对空调技工的维护保养建议及其所辖设备的故障率进行考核，设备管理专员对维护保养情况进行监督。设备管理责任制促使空调技工对自己名下的设备加强管理，及时排除故障隐患，认真进行维护保养，延长设备使用寿命，实现设备管理良性循环。空调设备管理一览表见表 1。 表 1 空调设备管理一览表 73. 运行管理
12、 水立方空调系统运行主要分冷水机组运行、空调及新风机组运行、风机运行几大部分。 1) 冷机群控 冷水机组的正常运行使得冷源有效输出，是中央空调系统运行的重要保障。冷水机组运行由冷机群控系统完成（如图 4 所示） ，业主设备工程师提前进行群控系统启停时间及相关参数设置，群控系统可定时自动完成冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵、冷机等设备的顺序启停，并根据负荷状况调节水泵、冷却塔风机变频运行，降低系统运行能耗，当压缩机负载超过 95且持续 15 分钟则投入另一台冷机运行，保障冷源稳定输出，合理平衡分配冷机及其对应设备的运行时间，延长设备使用寿命。 物业公司下设制冷机房运行班组，每个班组 1 名技师和 1
13、名技工，开机前对系统各设备、电动蝶阀及控制柜的正常状况进行检查，每天不同时段对设备运行工况进行记录，包括冷机负荷、冷冻/却水供/回水温、水泵转速、冷却塔风机转速等内容，发现异常立即向物业公司经理汇报，物业公司将问题分析及处理意见书面汇报给设备工程师。设备管理专员监督冷机及附属设备的状况，运行管理专员监督冷机群控系统运行执行情况。 8图 4-1 冷机群控系统冷水机组控制界面 图 4-2 冷机群控系统空调水系统控制界面 2）楼宇自控 楼宇自控系统极大减轻了空调设备运行的劳动强度，提高管理工作效率，可对各空调机组的送风温度及新风比例进行控制，在过渡季节最大限度的利用新风以实现系统节能，同时满足了场馆
14、的舒适度要求3。新风、空调机组运行以及风机运行（如图 5 所示）通过楼宇自控系统完成，楼宇自控系统可定时启停指定设备，监控空调机组送/回风温/湿度，监控电动风阀、电动调节阀的开度，通过回风管内温度传感器测定温度与设定温度比较，比例积分控制输出电讯号，控制回水管上的电动调节阀动作，调整负荷输出，使得回风温度趋于设定温度，实现空调机组自控，同时还可设定风机定时启停，监控风机的运行状态，监测室内典型区域的温/湿度等等。 由物业公司编制设备运行方案提交业主设备工程师审核，设备工程师将执行方案提交安防工程师备案，安防工程师根据设备运行需求向安防公司下达设备运行指令，安防公司设楼宇自控机房运行班组，由弱电
15、岗位技工实施自控运行。自控管理专员监督指令执行情况，运行管理专员监督空调设备自控运行执行情况。物业公司设空调设备巡查班组，每个班组 1 名技师 2 名技工，每天定时巡查各机房空调机组、风机等设备的运行情况。如某台设备未实现自控运行，立即将信息反馈给运行管理9专员，由运行管理专员协调物业公司和安防公司联合排查故障，共同解决存在的问题。物业巡视班组的技工还可视设备运行情况、故障隐患提出维护保养建议，该设备可以不是其所辖的设备，物业公司评估后可对其考核增加绩效，但不核减管辖该设备技工的绩效，这样进一步增强了空调技工对所有设备的责任意识，促进设备管理良性循环，最终实现设备管理精细化、规范化。 图 5-
16、1 楼宇自控系统空调机组控制界面 图 5-2 楼宇自控系统风机控制界面 四、结语 水立方是奥运的遗产、北京的名片，奥运场馆赛后运营是世界性难题，奥运会后，水立方成功转型为室内大型多功能水上中心，实现了奥运场馆可持续赛后利用，很多运行管理经验值得推广。本文对水立方中央空调系统奥运会赛时运行保障与赛后日常运行管理进行了经验总结，简要介绍了 ETFE 膜结构的特殊性，结合水立方日常运行过程中发现的相关问题，探讨在类似维护结构体系的工程设计中需要注意的地方。对类似的大型场馆运行管理和相似建筑的工程设计有一定的借鉴意义。 10毛红卫国家游泳中心机电总设计师. 中建国际机电事业部总经理 参考文献 1 马最良 民用建筑空调设计. 化学工业出版社（197） 2 毛红卫 “绿色奥运、科技奥运、人文奥运”三大理念成果汇编.（78） 3 安大伟 暖通空调系统自动化. 中国建筑工业出版社（225）
