基于動態負荷計算下的某體育館空調系統設計（建筑）

                              崔恩富 魏代曉

                       煙臺市建筑設計研究股份有限公司

摘要：本文簡要介紹了本工程的建筑概況，基于本項目動態負荷計算，概括了體育館建筑的負荷特點，并從設計參數、空調冷熱源、空調系統形式、氣流組織、通風及防排煙、控制系統等方面介紹了該體育館工程的空調系統設計。說明了動態負荷計算在體育館建筑空調系統設計中的重要性，闡述了不同使用情況下體育館建筑空調系統的控制方法。

關鍵詞：體育館動態負荷空調系統氣流組織控制

1  工程概況

    本項目為海陽某體育中心位于煙臺海陽市，地上6層，地下1層，總建筑面積17453 m²，地下面積817 m²，地上面積16636 m²，建筑高度14.80 m。本場館為海陽市中心體育場館集體育比賽、文娛演出、藝術展覽、全民健身等多種室內活動于一體的多功能綜合性場館。

    體育館主比賽館為52.8 mx32.8 m的矩形運動地板場地，另一端設有羽毛球訓練管和籃球訓練館，規格均為53.1 mx32.6 m，比賽場地周圍設有固定及活動座椅1500余座。除大廳外周邊設有休息室、貴賓接待室、會議室、控制機房等輔助用房。屋面為內外徑分別為70 m和93 m的半圓環形，設有空調機房、風機房等設備用房，地下為動力機房和變配電室。

2  設計參數及動態負荷模擬計算

2.1室內外設計參數

    依據現行《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》(GB50736-2012)，室外的設計參數見表1。根據功能分區，并考慮室外溫濕度、經濟條件、節能要求以及舒適性等因素綜合確定室內溫濕度等各項參數見表2。

2.2動態負荷計算與分析

2.2.1動態負荷模擬計算

    本工程中采用HDY-SMAD空調負荷計算及能耗分析軟件進行全年動態負荷的模擬計算，為后續的設計提供更為準確的數據，根據房間功能特性設置房間參數，以“照明”為例如圖1所示。

2.2.2模擬結果分析

通過模擬計算得到結果如圖2～6所示。

    分析圖2～6可得出以下結論：

    1)空調設計最大冷負荷約為3100 kW，熱負荷約為2450 kW;全年制冷能耗總量為2922702.33 kWh，制熱能耗總量為5004094.48 kWh?？照{設計最大冷負荷最大值大于空調熱負荷最大值，但全年制冷能耗總量小于制熱能耗，這主要是由于煙臺地區全年運行時間中，制熱時間比制冷時間長，且在體育館建筑中人員和照明的負荷比重較大造成的，見圖7～8。

    2建筑物負荷在80%～100%、60%～80%、40%～60%、20%-40%、0～20%區間段的時間分別占總時間百分比約為7%、25%、15%、13%及40%。這說明在空調全年運行中有大部分時間是處在半負荷狀態下運行，為后續空調冷熱源的設計及室內設備的選型提供依據。

    3)新風負荷占全年負荷的百分比較大，尤其在冬季新風負荷約占冬季總負荷的80%～90%，見圖9。這就要求在暖通空調設計中要合理地選擇系統新風量，既能保證滿足區域的人均最小新風量，又不至于增加系統總負荷造成能源的浪費。本項目人均新風量比賽廳為15 m³/(h. P)，訓練廳為20 m³/(h. P)。

3  空調系統設計方案

3.1冷熱源設備

    本工程采用中央空調水系統，冷熱源為市政熱源（海水源熱泵機組）熱網直供，夏季供冷、冬季供暖。夏季冷水供回水溫度為7/12℃，冬季熱水供回水溫度為45/40℃。分集水器位于地下一層動力機房內，分集水器上設關斷閥門，每個分支均設能量計量裝置。

3.2空調系統形式

    體育館建筑具有使用間斷性、密集性、頻率較低的特點。根據相關文獻體育館空調使用率夏季平均在12次左右，冬季10次左右，每次使用時間約為45 h，其中使用率最高的每年在30次左右，大多數使用時間體育館只做通風處理，所以該類場所宜采用一次投資低、高可靠性的系統。鑒于體育建筑比賽大廳容積大、凈空高、人員密度高、熱濕負荷大、送風量以及新風量大且間歇使用等特點，本工程采用集中式、定風量、單風道、低風速的全空氣空調系統?？諝馓幚碓O備均集中在空調機房內，經處理過的空氣用低速風道輸送至比賽大廳等需要空調的地方。

    根據全年動態負荷計算結果在過渡季節可采用直流式全新風方式運行，根據室內溫濕度等參數對空氣處理機組進行簡單的控制調節。

    本工程房間功能布局如圖10所示，比賽區域與訓練區域分設2個相互獨立的空調水系統，周圍商業采用多聯機空調系統，空調室外機設在三層室外平臺上。

3.2.1比賽場及訓練廳空調

    比賽大廳采用一次回風的集中式空氣處理過程，組合式空調機組設在三層空調機房內。經過空調機房集中處理過的空氣由豎風管送至一層，再經風口送至空調區域。比賽廳采用噴口側送風，噴口送風射流長、流量大?；仫L口分布在比賽廳的四個角落位置，底邊距地0.25 m，通過地溝連接到回風井，再送回空氣處理機組。這種氣流組織方式能夠使空調區域溫度均勻靠近噴口的后排觀眾也能避免了“腦后風”。

    訓練廳采用與比賽廳同樣的空氣處理方式，空調機組設置在設備夾層內。

3.2.2商業及輔助用房空調

    為滿足其他運動和管理場所等輔助用房使用的靈活性，采用分散式空調系統（風機盤管+新風），頂送或側送。新風系統采用薄型吊頂式新風換氣機組。

    為滿足商業部分有可能平時單獨運行需要，商業部分采用多聯機空調系統，分戶獨立設置空調室外機。

4  通風、排煙、消聲與隔振

4.1通風

    為排除頂棚網架下的熱空氣，比賽廳在三層通風機房內設4臺排風機，排風管設在屋頂網架內?？照{季節開啟2臺排風機用于使用空調時有組織的排風。過渡季節采用全新風運行，關閉空調回風閥，新風閥全開；排風由設于通風機房內的排風機（過渡季節4臺排風機全部開啟）排至室外。訓練廳在三層設備夾層設4臺排風機，采用與比賽廳相同的控制方式。

    地下動力站、變配電室、衛生間、更衣室等房間均設通風系統。

4.2排煙

    比賽廳及訓練廳設置機械排煙系統。比賽廳在三層通風機房內設4臺排煙風機，排煙量按換氣次數4次／時計。排煙風機采用雙速高溫軸流風機兼做平時通風，風機入口設280 ℃排煙防火閥。訓練廳在三層設備夾層設4臺排煙風機，排煙風機采用雙速高溫軸流風機兼做平時通風。一、二層內走道設機械排煙系統。

4.3消聲及隔振

    所有吊頂式空調機組均設減振吊架，吊裝風機的減震器采用TJ10彈簧減震器，落地安裝的風機減震設彈簧減震器，空調器機座處設減震墊。所有風管均設置必要的支、吊托架，支架須穩定可靠且有足夠的剛度，以避免系統運行時可能帶來的共振與噪聲。

    空調機房的降噪處理：機房的墻均為磚砌實墻，砌至板底。機房的頂板和四周的墻表面用輕剛龍骨按1 mx1m做方格，然后內貼100 mm厚離心玻璃棉，外用0.5 mm厚的穿孔鍍鋅鐵板做保護，穿孔率控制在30%-40%之間?？照{機房的門均為密閉保溫消聲門。

5  控制系統與節能措施

    1)動力站的控制。動力站空調集水器及分水器之間設壓差旁通裝置，根據冷熱供回水壓力差與壓差設定值比較，自動調節旁通閥開度，以保證管網的壓差和流量平衡。

    2)組合式空氣處理機組的控制。組合式空氣處理機組的回水管上設有動態平衡電動兩通調節閥，由設置在出風端的溫度傳感器探測室內溫度，調節進入空氣處理機組的水流量，以達到空調房內溫濕度的要求。

  3)風機盤管的控制。設有液晶網絡溫控器，風機三速開關，回水支管設動態平衡電動兩通閥，電動閥與風機開關聯動，風機停止時電動閥關閉，風機盤管均能就近控制開啟，也能在控制中心控制。

  4)商業多聯機空調系統控制。商業多聯機采用多聯機系統室內機設液晶顯示的溫度控制面板，室內機可單一進行溫度和風量的控制，也可實現群控。

    s)送風控制。送風支管上均設有電動調節閥，當舉行小球比賽風速大于比賽要求時，可適度減小噴口送風量，并調節噴口的傾斜角度以滿足送風要求，噴口電動控制為5個一組。

6  結論

    1)根據全年動態負荷計算可知，供冷供熱滿負荷運行所占的比例非常小，約有3/4的時間在≤so%負荷下運轉，在進行冷熱源形式的選擇和匹配時充分考慮冷熱負荷的全年分布狀況和全年冷熱能耗的不平衡率。

    2)體育館場所宜按照使用功能的不同進行空調分區，比賽大廳及與比賽相關的附屬用房采用一個系統，訓練廳及與訓練有關的附屬用房應滿足比賽的需要并兼顧賽后的經營使用宜單獨劃分為以一個系統，區域的商業部分宜設置獨立冷熱源的空調系統。

    3)除對風速要求嚴格的體育館采用座位下地面送風外，一般小型體育館比賽大廳及訓練廳可采用上側噴口送風、集中回風的氣流組織，較為經濟適用。

    4)由于體育館利用率非常低，不同于其他使用率高的公共建筑，其比賽廳及訓練廳等大空間場所可以不設置熱回收系統，減少初投資；過渡季節使用時，可按條件采取全新風運行方式。