论体育馆空调设计与节能
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摘 要：体育馆建筑空调系统的设计重点一般集中在比赛大厅的设计上，包括其空调负荷的计算和大厅内空调气流组织的设计。由于体育馆本身的特点，其空调系统具有不连续运行且使用时间较短的特点，因此在设计中应着重考虑在满足舒适性要求的前提下，尽量减少空调负荷和设备初投资，节省能耗，以冰上基地体育馆的设计为例进行具体分析。
关键词：体育馆；空调；设计；节能
1 概述
体育馆建筑空调系统的设计重点一般集中在比赛大厅的设计上，包括其空调负荷的计算和大厅内空调气流组织的设计。由于体育馆本身的特点，其空调系统具有不连续运行且使用时间较短的特点，因此在设计中应着重考虑在满足舒适性要求的前提下，尽量减少空调负荷和设备初投资，节省能耗，以冰上基地体育馆的设计为例进行具体分析。
2 空调系统设计
2.1 空调主要设计参数
（1）室外设计气象参数：夏季空气调节室外计算干球温度：34.9℃；夏季空气调节室外计算湿球温度：28℃；夏季通风计算干球温度：33℃
（2）室内空调设计参数：温度：25～27℃，相对湿度：55～65%；室内噪声级：NR 40；新鲜空气量：比赛大厅每人每小时12.5 m3；风速：比赛场地0.2～0.5m/s。
2.2 空调冷负荷。空调冷负荷（包括新风负荷）计算结果为：观众席所需冷负荷量为635kW，比赛场地冷负荷量为387.4kW，与比赛大厅活动有关的休息厅等其他房间所需冷负荷量为956kW，属于经常性开放和使用的管理用房等冷负荷量为468kw。空调总冷负荷为2446.4kW。
2.3 空调方式。由于建筑半透明屋盖的特点，使比赛大厅的围护结构负荷占总负荷的比例很大，其中比赛场地的围护结构负荷占室内负荷（不包括新风负荷）的比例为66%，观众席的围护结构负荷占室内负荷的比例为26%。而且比赛场地层高大于15米，而观众席最上方距屋面也超过10米，因此观众席采用下送上回的座椅送风方式，比赛场地采用分层空调方式，以满足工作区的温湿度、新风量、风速及噪声要求，避免使大部分的灯光负荷和屋顶的冷负荷带入工作区，大量减少了空调冷负荷。
2.4 气流组织
2.4.1 观众席区。在观众席座位下台阶侧壁上安装D125的旋流风口，经过处理的冷空气由风口低速送出。因为冷空气有向下流动的特点，为使观众席上下区的温度比较均匀，采用阶梯式旋流风口，该风口送出的旋转射流具有诱导比大的特点，气流风速衰减很快，为避免冷风感，送风温度取21℃，送风温差5℃，空气处理过程采用二次回风系统以节省再热负荷。当冷空气遇到热源后产生向上的对流气流，温度高的混浊空气随着热对流上升至工作区顶部后由排风管排至室外，回风则由设在观众席上方处的回风管集中然后通过竖井回到空调机房。
室外新鲜空气与一次回风混合后经组合式空调机组过滤、降温处理，再与二次回风混合经过滤、杀菌后送入室内。由热源产生的向上的气流使室内产生垂直的温度梯度，排风排走温度较高及污浊的空气，回风口设在工作区的上部，回风温湿度与工作区相近，空气处理仅需消除工作区的余热余湿，相当于室内冷负荷的63.5%，而不是室内冷负荷。底部风口送出的新鲜空气首先通过人体，余热及污染物在浮力和气流组织的作用下向上运动，所以座椅送风能保证工作区良好的空气品质。下送风D125的旋流风口数量为1254个，送风口出口风速0.8～1.0m/s，每个旋流风口的送风量为90m3/h。
因为座椅送风的换气效率高于混合通风，在保证相同的室内空气品质的前提下，所需新风量少于混合通风所需量。考虑到南方湿热气候，空调新风量取为每人12.5m3/h。经计算，观众席室内计算负荷为265kW，总送风量为112606m3/h，其中新风量为35450m3/h，一次回风量为23265m3/h，二次回风量为53891m3/h，制冷量635kW。采取二次回风后节省的再热负荷占制冷量的20%。观众席采用置换通风后与全室空调相比，使制冷量下降了20%。由于送风温差不能太大，导致送风量的增加，但由于排风温度提高了，室内负荷减少了，所以送风量仍比混合通风略小。
2.4.2 比赛场地。比赛场地的平均层高为18.4米，热力分层明显。由于比赛场地对风速有要求，不宜设地面送风口，因此采用分层空调，可采用最大送风温差送风。在4.4米高度处设送风管，集中在场地两端送风，送风口为喷口，使用时通过遥控调节喷口的送风角度，使场地内风速不超过0.5m/s，对于小球项目不超过0.2m/s。回风由设在与送风口同侧的比赛场地边下部的回风管井回至空调机房。另外在9米高度处设喷口水平送自然风以形成空气幕，把非空调区和下部空调区分隔开来。排风由比赛场地上方的排风机排至室外。
空气处理仅需消除工作区的余热余湿，以及非空调区向空调区辐射热交换和对流热交换所形成的冷负荷。由于井道面积所限，非空调区的进排风换气次数为2次。经过详细计算，比赛场室内计算负荷为289kw，总送风量为87000m3/h，制冷量为387.4kw。与全室空调相比，室内负荷减少了30%，制冷量下降了31.5%。由于增加了上部非空调区的送排风量，因此风量的减少不明显，约为13%。
2.4.3 过渡季节运行。在观众席和比赛场地的最上方处均设有机械排风，除满足空调季节的排风要求外，在过渡季节和冬季可遥控关闭空气处理机组的冷水阀和回风管上的阀门，加大新风量和排风量，利用室外空气进行降温。另外，比赛大厅顶部设有不小于地板面积的5%的自然排烟窗，在过渡季节也可根据需要遥控打开，以加强体育馆内的自然通风。
2.5 末端设备与自控
比赛场地与观众席各选用四台空气处理机组，共八台空气处理机，分别设置在地下室南北两个空调机房内，送风机均配备变频器，以便根据体育馆上座率的变化调整风量。新风口按最大风量设计，保证过渡季节比赛大厅的新风换气次数大于2次/h。
观众席区空气处理机的控制模式如下：
（1）当启动空气处理机时，首先开启回风阀F1和新风阀F2至设定开度，然后启动送风机；（2）检测回风的温湿度T1、H1，计算焓值I1，然后与设定值Io相比较，再对电动两通阀V1进行PI调节；（3）检测新风温湿度T2、H2，计算焓值I2，然后与设定值In相比较；检测送风的温湿度T4、H4，计算焓值I4，与设定值Io相比较，然后对回风阀F1、F3、新风阀F2及排风机进行如下调节：空调工况：I2>In时，新风阀F2调至最小开度，回风阀F1调至最大开度，总送风量不变，两边观众席各开启一台排风机。a.I4Io时，回风阀F3调小开度，回风阀F1调大开度。（4）检测过滤器两侧压差，超过设定值报警。（5）当空气处理机停止运行后，新风阀、回风阀和冷水阀回复至全关位置。
由于座位送风容易吹起地面灰尘，因此在二次回风后增加了二次过滤段，以加强对空气的过滤。由于排风温度较高，因此不考虑对排风进行热回收。
2.6 冷源配置。本建筑选用2台877kW的螺杆式风冷冷水机组作为冷源，另设1台465kW的螺杆式风冷冷水机组为经常使用的办公室、管理用房等供冷，选用3台流量为166m3/h（二用一备）、2台流量为88m3/h（一用一备）的冷冻水循环泵，扬程为0.19MPa。系统的定压采用低位定压装置。采用环保冷媒R407C。冷冻水供水温度7℃，回水温度12℃。
3 总结
对于大空间体育馆建筑中的观众席，采用座椅送风可以减小冷负荷，与二次回风相结合，可以使系统更为节能。对于屋面为半透明屋盖的比赛场地，运用分层空调可大量减少冷负荷，减少初投资和运行能耗。在体育馆空调设计中应注意负荷的性质，根据空调最大、最小负荷来考虑机组台数及容量的搭配，使系统在夏季比赛大厅和休息厅不活动时，制冷机也可高效运转，有利于节能。