體育館用中央空調(diào)好還是用地暖好？

本文以漳州體育館的空調(diào)設(shè)計(jì)為例，結(jié)合該工程大空間半透明屋蓋的特點(diǎn)，介紹了觀(guān)眾席座椅送風(fēng)，比賽場(chǎng)地分層空調(diào)的空調(diào)系統(tǒng)。分析了這種空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的混合通風(fēng)相比，節(jié)省了初投資和運(yùn)行能耗。來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)，作者不詳。

引言

體育館建筑空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)一般集中在比賽大廳的設(shè)計(jì)上，包括其空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算和大廳內(nèi)空調(diào)氣流組織的設(shè)計(jì)。由于體育館本身的特點(diǎn)，其空調(diào)系統(tǒng)具有不連續(xù)運(yùn)行且使用時(shí)間較短的特點(diǎn)，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)著重考慮在滿(mǎn)足舒適性要求的前提下，盡量減少空調(diào)負(fù)荷和設(shè)備初投資，節(jié)省能耗，本文以漳州體育館的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行具體分析。

建筑概況

漳州市體育館為多功能民用體育館，建筑總面積為13111m2，其中看臺(tái)面積2066 m2，比賽場(chǎng)地面積1683 m2，比賽大廳體積43000m3。比賽大廳內(nèi)設(shè)固定觀(guān)眾座位2836個(gè)，并可增設(shè)活動(dòng)座位500個(gè)。它主要用于進(jìn)行體育訓(xùn)練、比賽，另外還要進(jìn)行一些文娛歌舞演出、音樂(lè)會(huì)、群眾聚會(huì)等。

該建筑外形為橢圓型，屋面結(jié)構(gòu)采用兩片張開(kāi)的雙曲殼形鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，上敷氟碳涂料鋁板。兩片花瓣型殼體之間采用半透明的復(fù)膜結(jié)構(gòu)，使館內(nèi)白天有良好自然采光，晚上屋蓋也透出白色的室內(nèi)光。建筑外形見(jiàn)下圖所示。

體育館外景圖

空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

漳州位于福建省南部，氣候濕熱。空調(diào)只考慮夏季供冷，冬季不供暖。

1 空調(diào)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

（1） 室外設(shè)計(jì)氣象參數(shù)：

夏季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算干球溫度：34.9℃

夏季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算濕球溫度：28℃

夏季通風(fēng)計(jì)算干球溫度：33℃

（2） 室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)：

溫度：25~27oC，相對(duì)濕度：55~65﹪

室內(nèi)噪聲級(jí)：NR 40

新鮮空氣量：比賽大廳每人每小時(shí)12.5 m3

風(fēng)速：比賽場(chǎng)地0.2~0.5m/s。

2 空調(diào)冷負(fù)荷

空調(diào)冷負(fù)荷（包括新風(fēng)負(fù)荷）計(jì)算結(jié)果為：觀(guān)眾席所需冷負(fù)荷量為635kW，比賽場(chǎng)地冷負(fù)荷量為387.4kW，與比賽大廳活動(dòng)有關(guān)的休息廳等其他房間所需冷負(fù)荷量為956kW，屬于經(jīng)常性開(kāi)放和使用的管理用房等冷負(fù)荷量為468kw。空調(diào)總冷負(fù)荷為2446.4kW。

3 空調(diào)方式

由于建筑半透明屋蓋的特點(diǎn)，使比賽大廳的圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷占總負(fù)荷的比例很大，其中比賽場(chǎng)地的圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷占室內(nèi)負(fù)荷（不包括新風(fēng)負(fù)荷）的比例為66％，觀(guān)眾席的圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷占室內(nèi)負(fù)荷的比例為26％。而且比賽場(chǎng)地層高大于15米，而觀(guān)眾席最上方距屋面也超過(guò)10米，因此觀(guān)眾席采用下送上回的座椅送風(fēng)方式，比賽場(chǎng)地采用分層空調(diào)方式，以滿(mǎn)足工作區(qū)的溫濕度、新風(fēng)量、風(fēng)速及噪聲要求，避免使大部分的燈光負(fù)荷和屋頂?shù)睦湄?fù)荷帶入工作區(qū)，大量減少了空調(diào)冷負(fù)荷。

4 氣流組織

4.1觀(guān)眾席區(qū)

觀(guān)眾席區(qū)的氣流組織見(jiàn)圖2。在觀(guān)眾席座位下臺(tái)階側(cè)壁上安裝D125的旋流風(fēng)口，經(jīng)過(guò)處理的冷空氣由風(fēng)口低速送出。因?yàn)槔淇諝庥邢蛳铝鲃?dòng)的特點(diǎn)，為使觀(guān)眾席上下區(qū)的溫度比較均勻，采用階梯式旋流風(fēng)口，該風(fēng)口送出的旋轉(zhuǎn)射流具有誘導(dǎo)比大的特點(diǎn)，氣流風(fēng)速衰減很快，為避免冷風(fēng)感，送風(fēng)溫度取21℃，送風(fēng)溫差5℃，空氣處理過(guò)程采用二次回風(fēng)系統(tǒng)以節(jié)省再熱負(fù)荷。當(dāng)冷空氣遇到熱源后產(chǎn)生向上的對(duì)流氣流，溫度高的混濁空氣隨著熱對(duì)流上升至工作區(qū)頂部后由排風(fēng)管排至室外，回風(fēng)則由設(shè)在觀(guān)眾席上方處的回風(fēng)管集中然后通過(guò)豎井回到空調(diào)機(jī)房。

觀(guān)眾席區(qū)剖面圖

室外新鮮空氣與一次回風(fēng)混合后經(jīng)組合式空調(diào)機(jī)組過(guò)濾、降溫處理，再與二次回風(fēng)混合經(jīng)過(guò)濾、殺菌后送入室內(nèi)。由熱源產(chǎn)生的向上的氣流使室內(nèi)產(chǎn)生垂直的溫度梯度，排風(fēng)排走溫度較高及污濁的空氣，回風(fēng)口設(shè)在工作區(qū)的上部，回風(fēng)溫濕度與工作區(qū)相近，空氣處理僅需消除工作區(qū)的余熱余濕，相當(dāng)于室內(nèi)冷負(fù)荷的63.5％，而不是室內(nèi)冷負(fù)荷。底部風(fēng)口送出的新鮮空氣首先通過(guò)人體，余熱及污染物在浮力和氣流組織的作用下向上運(yùn)動(dòng)，所以座椅送風(fēng)能保證工作區(qū)良好的空氣品質(zhì)。下送風(fēng)D125的旋流風(fēng)口數(shù)量為1254個(gè)，送風(fēng)口出口風(fēng)速0.8~1.0m/s，每個(gè)旋流風(fēng)口的送風(fēng)量為90m3/h。

因?yàn)樽嗡惋L(fēng)的換氣效率高于混合通風(fēng)，在保證相同的室內(nèi)空氣品質(zhì)的前提下，所需新風(fēng)量少于混合通風(fēng)所需量。考慮到南方濕熱氣候，空調(diào)新風(fēng)量取為每人12.5m3/h。經(jīng)計(jì)算，觀(guān)眾席室內(nèi)計(jì)算負(fù)荷為265kW，總送風(fēng)量為112606 m3/h，其中新風(fēng)量為35450 m3/h，一次回風(fēng)量為23265 m3/h，二次回風(fēng)量為53891 m3/h，制冷量635kW。采取二次回風(fēng)后節(jié)省的再熱負(fù)荷占制冷量的20％。觀(guān)眾席采用置換通風(fēng)后與全室空調(diào)相比，使制冷量下降了20％。由于送風(fēng)溫差不能太大，導(dǎo)致送風(fēng)量的增加，但由于排風(fēng)溫度提高了，室內(nèi)負(fù)荷減少了，所以送風(fēng)量仍比混合通風(fēng)略小。

4.2比賽場(chǎng)地

比賽場(chǎng)地的平均層高為18.4米，熱力分層明顯。由于比賽場(chǎng)地對(duì)風(fēng)速有要求，不宜設(shè)地面送風(fēng)口，因此采用分層空調(diào)，可采用最大送風(fēng)溫差送風(fēng)。在4.4米高度處設(shè)送風(fēng)管，集中在場(chǎng)地兩端送風(fēng)，送風(fēng)口為噴口，使用時(shí)通過(guò)遙控調(diào)節(jié)噴口的送風(fēng)角度，使場(chǎng)地內(nèi)風(fēng)速不超過(guò)0.5m/s，對(duì)于小球項(xiàng)目不超過(guò)0.2m/s。回風(fēng)由設(shè)在與送風(fēng)口同側(cè)的比賽場(chǎng)地邊下部的回風(fēng)管井回至空調(diào)機(jī)房。另外在9米高度處設(shè)噴口水平送自然風(fēng)以形成空氣幕，把非空調(diào)區(qū)和下部空調(diào)區(qū)分隔開(kāi)來(lái)。排風(fēng)由比賽場(chǎng)地上方的排風(fēng)機(jī)排至室外。

空氣處理僅需消除工作區(qū)的余熱余濕，以及非空調(diào)區(qū)向空調(diào)區(qū)輻射熱交換和對(duì)流熱交換所形成的冷負(fù)荷。由于井道面積所限，非空調(diào)區(qū)的進(jìn)排風(fēng)換氣次數(shù)為2次。經(jīng)過(guò)詳細(xì)計(jì)算，比賽場(chǎng)室內(nèi)計(jì)算負(fù)荷為289kw，總送風(fēng)量為87000 m3/h，制冷量為387.4kw。與全室空調(diào)相比，室內(nèi)負(fù)荷減少了30％，制冷量下降了31.5％。由于增加了上部非空調(diào)區(qū)的送排風(fēng)量，因此風(fēng)量的減少不明顯，約為13％。

4.3過(guò)渡季節(jié)運(yùn)行

在觀(guān)眾席和比賽場(chǎng)地的最上方處均設(shè)有機(jī)械排風(fēng)，除滿(mǎn)足空調(diào)季節(jié)的排風(fēng)要求外，在過(guò)渡季節(jié)和冬季可遙控關(guān)閉空氣處理機(jī)組的冷水閥和回風(fēng)管上的閥門(mén)，加大新風(fēng)量和排風(fēng)量，利用室外空氣進(jìn)行降溫。另外，比賽大廳頂部設(shè)有不小于地板面積的5％的自然排煙窗，在過(guò)渡季節(jié)也可根據(jù)需要遙控打開(kāi)，以加強(qiáng)體育館內(nèi)的自然通風(fēng)。

觀(guān)眾席區(qū)空氣處理過(guò)程

5 末端設(shè)備與自控

比賽場(chǎng)地與觀(guān)眾席各選用四臺(tái)空氣處理機(jī)組，共八臺(tái)空氣處理機(jī)，分別設(shè)置在地下室南北兩個(gè)空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，送風(fēng)機(jī)均配備變頻器，以便根據(jù)體育館上座率的變化調(diào)整風(fēng)量。新風(fēng)口按最大風(fēng)量設(shè)計(jì)，保證過(guò)渡季節(jié)比賽大廳的新風(fēng)換氣次數(shù)大于2次/h。

觀(guān)眾席區(qū)的空氣處理過(guò)程在I-d圖上的表示如上圖所示。

觀(guān)眾席區(qū)空氣處理機(jī)的自控原理圖如下圖所示。控制模式如下：

觀(guān)眾席區(qū)空氣處理機(jī)自控原理圖

（1）當(dāng)啟動(dòng)空氣處理機(jī)時(shí)，首先開(kāi)啟回風(fēng)閥F1和新風(fēng)閥F2至設(shè)定開(kāi)度，然后啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)；

（2）檢測(cè)回風(fēng)的溫濕度T1、H1，計(jì)算焓值I1，然后與設(shè)定值Io相比較，再對(duì)電動(dòng)兩通閥V1進(jìn)行PI調(diào)節(jié)；

（3）檢測(cè)新風(fēng)溫濕度T2、H2，計(jì)算焓值I2，然后與設(shè)定值In相比較；檢測(cè)送風(fēng)的溫濕度T4、H4，計(jì)算焓值I4，與設(shè)定值Io相比較，然后對(duì)回風(fēng)閥F1、F3、新風(fēng)閥F2及排風(fēng)機(jī)進(jìn)行如下調(diào)節(jié)：

空調(diào)工況：

I2>In時(shí)，新風(fēng)閥F2調(diào)至最小開(kāi)度，回風(fēng)閥F1調(diào)至最大開(kāi)度，總送風(fēng)量不變，兩邊觀(guān)眾席各開(kāi)啟一臺(tái)排風(fēng)機(jī)。

a．I4<Io時(shí)，回風(fēng)閥F1調(diào)小開(kāi)度，回風(fēng)閥F3調(diào)大開(kāi)度；

b．I4>Io時(shí)，回風(fēng)閥F3調(diào)小開(kāi)度，回風(fēng)閥F1調(diào)大開(kāi)度。

過(guò)渡季節(jié)及冬季：

I2<=In時(shí)，新風(fēng)閥F2調(diào)至設(shè)定最大開(kāi)度，回風(fēng)閥F1、F3關(guān)閉，水閥V1關(guān)閉，通過(guò)新風(fēng)溫度T2控制使送風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行，四臺(tái)排風(fēng)機(jī)均開(kāi)啟。

（4）檢測(cè)過(guò)濾器兩側(cè)壓差，超過(guò)設(shè)定值報(bào)警。

（5）當(dāng)空氣處理機(jī)停止運(yùn)行后，新風(fēng)閥、回風(fēng)閥和冷水閥回復(fù)至全關(guān)位置。

由于座位送風(fēng)容易吹起地面灰塵，因此在二次回風(fēng)后增加了二次過(guò)濾段，以加強(qiáng)對(duì)空氣的過(guò)濾。由于排風(fēng)溫度較高，因此不考慮對(duì)排風(fēng)進(jìn)行熱回收。

6 冷源配置

本建筑選用2臺(tái)877kW的螺桿式風(fēng)冷冷水機(jī)組作為冷源，另設(shè)1臺(tái)465kW的螺桿式風(fēng)冷冷水機(jī)組為經(jīng)常使用的辦公室、管理用房等供冷，選用3臺(tái)流量為166m3/h（二用一備）、2臺(tái)流量為88m3/h（一用一備）的冷凍水循環(huán)泵，揚(yáng)程為0.19MPa。系統(tǒng)的定壓采用低位定壓裝置。采用環(huán)保冷媒R407C。

冷凍水供水溫度7℃，回水溫度12℃。

總結(jié)

對(duì)于大空間體育館建筑中的觀(guān)眾席，采用座椅送風(fēng)可以減小冷負(fù)荷，與二次回風(fēng)相結(jié)合，可以使系統(tǒng)更為節(jié)能。

對(duì)于屋面為半透明屋蓋的比賽場(chǎng)地，運(yùn)用分層空調(diào)可大量減少冷負(fù)荷，減少初投資和運(yùn)行能耗。

在體育館空調(diào)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意負(fù)荷的性質(zhì)，根據(jù)空調(diào)最大、最小負(fù)荷來(lái)考慮機(jī)組臺(tái)數(shù)及容量的搭配,使系統(tǒng)在夏季比賽大廳和休息廳不活動(dòng)時(shí)，制冷機(jī)也可高效運(yùn)轉(zhuǎn)，有利于節(jié)能。