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基于動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算下的某體育館空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（建筑）

                              崔恩富 魏代曉

                       煙臺(tái)市建筑設(shè)計(jì)研究股份有限公司

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了本工程的建筑概況，基于本項(xiàng)目動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算，概括了體育館建筑的負(fù)荷特點(diǎn)，并從設(shè)計(jì)參數(shù)、空調(diào)冷熱源、空調(diào)系統(tǒng)形式、氣流組織、通風(fēng)及防排煙、控制系統(tǒng)等方面介紹了該體育館工程的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。說明了動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算在體育館建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要性，闡述了不同使用情況下體育館建筑空調(diào)系統(tǒng)的控制方法。

關(guān)鍵詞：體育館動(dòng)態(tài)負(fù)荷空調(diào)系統(tǒng)氣流組織控制

1  工程概況

    本項(xiàng)目為海陽(yáng)某體育中心位于煙臺(tái)海陽(yáng)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(chǎng)館為海陽(yáng)市中心體育場(chǎng)館集體育比賽、文娛演出、藝術(shù)展覽、全民健身等多種室內(nèi)活動(dòng)于一體的多功能綜合性場(chǎng)館。

    體育館主比賽館為52.8 mx32.8 m的矩形運(yùn)動(dòng)地板場(chǎng)地，另一端設(shè)有羽毛球訓(xùn)練管和籃球訓(xùn)練館，規(guī)格均為53.1 mx32.6 m，比賽場(chǎng)地周圍設(shè)有固定及活動(dòng)座椅1500余座。除大廳外周邊設(shè)有休息室、貴賓接待室、會(huì)議室、控制機(jī)房等輔助用房。屋面為內(nèi)外徑分別為70 m和93 m的半圓環(huán)形，設(shè)有空調(diào)機(jī)房、風(fēng)機(jī)房等設(shè)備用房，地下為動(dòng)力機(jī)房和變配電室。

2  設(shè)計(jì)參數(shù)及動(dòng)態(tài)負(fù)荷模擬計(jì)算

2.1室內(nèi)外設(shè)計(jì)參數(shù)

    依據(jù)現(xiàn)行《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50736-2012)，室外的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。根據(jù)功能分區(qū)，并考慮室外溫濕度、經(jīng)濟(jì)條件、節(jié)能要求以及舒適性等因素綜合確定室內(nèi)溫濕度等各項(xiàng)參數(shù)見表2。

2.2動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算與分析

2.2.1動(dòng)態(tài)負(fù)荷模擬計(jì)算

    本工程中采用HDY-SMAD空調(diào)負(fù)荷計(jì)算及能耗分析軟件進(jìn)行全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷的模擬計(jì)算，為后續(xù)的設(shè)計(jì)提供更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，根據(jù)房間功能特性設(shè)置房間參數(shù)，以“照明”為例如圖1所示。

2.2.2模擬結(jié)果分析

通過模擬計(jì)算得到結(jié)果如圖2～6所示。

    分析圖2～6可得出以下結(jié)論：

    1)空調(diào)設(shè)計(jì)最大冷負(fù)荷約為3100 kW，熱負(fù)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{(diào)設(shè)計(jì)最大冷負(fù)荷最大值大于空調(diào)熱負(fù)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(tái)地區(qū)全年運(yùn)行時(shí)間中，制熱時(shí)間比制冷時(shí)間長(zhǎng)，且在體育館建筑中人員和照明的負(fù)荷比重較大造成的，見圖7～8。

    2建筑物負(fù)荷在80%～100%、60%～80%、40%～60%、20%-40%、0～20%區(qū)間段的時(shí)間分別占總時(shí)間百分比約為7%、25%、15%、13%及40%。這說明在空調(diào)全年運(yùn)行中有大部分時(shí)間是處在半負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，為后續(xù)空調(diào)冷熱源的設(shè)計(jì)及室內(nèi)設(shè)備的選型提供依據(jù)。

    3)新風(fēng)負(fù)荷占全年負(fù)荷的百分比較大，尤其在冬季新風(fēng)負(fù)荷約占冬季總負(fù)荷的80%～90%，見圖9。這就要求在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中要合理地選擇系統(tǒng)新風(fēng)量，既能保證滿足區(qū)域的人均最小新風(fēng)量，又不至于增加系統(tǒng)總負(fù)荷造成能源的浪費(fèi)。本項(xiàng)目人均新風(fēng)量比賽廳為15 m³/(h. P)，訓(xùn)練廳為20 m³/(h. P)。

3  空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1冷熱源設(shè)備

    本工程采用中央空調(diào)水系統(tǒng)，冷熱源為市政熱源（海水源熱泵機(jī)組）熱網(wǎng)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(dòng)力機(jī)房?jī)?nèi)，分集水器上設(shè)關(guān)斷閥門，每個(gè)分支均設(shè)能量計(jì)量裝置。

3.2空調(diào)系統(tǒng)形式

    體育館建筑具有使用間斷性、密集性、頻率較低的特點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)體育館空調(diào)使用率夏季平均在12次左右，冬季10次左右，每次使用時(shí)間約為45 h，其中使用率最高的每年在30次左右，大多數(shù)使用時(shí)間體育館只做通風(fēng)處理，所以該類場(chǎng)所宜采用一次投資低、高可靠性的系統(tǒng)。鑒于體育建筑比賽大廳容積大、凈空高、人員密度高、熱濕負(fù)荷大、送風(fēng)量以及新風(fēng)量大且間歇使用等特點(diǎn)，本工程采用集中式、定風(fēng)量、單風(fēng)道、低風(fēng)速的全空氣空調(diào)系統(tǒng)�？諝馓幚碓O(shè)備均集中在空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，經(jīng)處理過的空氣用低速風(fēng)道輸送至比賽大廳等需要空調(diào)的地方。

    根據(jù)全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果在過渡季節(jié)可采用直流式全新風(fēng)方式運(yùn)行，根據(jù)室內(nèi)溫濕度等參數(shù)對(duì)空氣處理機(jī)組進(jìn)行簡(jiǎn)單的控制調(diào)節(jié)。

    本工程房間功能布局如圖10所示，比賽區(qū)域與訓(xùn)練區(qū)域分設(shè)2個(gè)相互獨(dú)立的空調(diào)水系統(tǒng)，周圍商業(yè)采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)室外機(jī)設(shè)在三層室外平臺(tái)上。

3.2.1比賽場(chǎng)及訓(xùn)練廳空調(diào)

    比賽大廳采用一次回風(fēng)的集中式空氣處理過程，組合式空調(diào)機(jī)組設(shè)在三層空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)。經(jīng)過空調(diào)機(jī)房集中處理過的空氣由豎風(fēng)管送至一層，再經(jīng)風(fēng)口送至空調(diào)區(qū)域。比賽廳采用噴口側(cè)送風(fēng)，噴口送風(fēng)射流長(zhǎng)、流量大�；仫L(fēng)口分布在比賽廳的四個(gè)角落位置，底邊距地0.25 m，通過地溝連接到回風(fēng)井，再送回空氣處理機(jī)組。這種氣流組織方式能夠使空調(diào)區(qū)域溫度均勻靠近噴口的后排觀眾也能避免了“腦后風(fēng)”。

    訓(xùn)練廳采用與比賽廳同樣的空氣處理方式，空調(diào)機(jī)組設(shè)置在設(shè)備夾層內(nèi)。

3.2.2商業(yè)及輔助用房空調(diào)

    為滿足其他運(yùn)動(dòng)和管理場(chǎng)所等輔助用房使用的靈活性，采用分散式空調(diào)系統(tǒng)（風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)），頂送或側(cè)送。新風(fēng)系統(tǒng)采用薄型吊頂式新風(fēng)換氣機(jī)組。

    為滿足商業(yè)部分有可能平時(shí)單獨(dú)運(yùn)行需要，商業(yè)部分采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，分戶獨(dú)立設(shè)置空調(diào)室外機(jī)。

4  通風(fēng)、排煙、消聲與隔振

4.1通風(fēng)

    為排除頂棚網(wǎng)架下的熱空氣，比賽廳在三層通風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)4臺(tái)排風(fēng)機(jī)，排風(fēng)管設(shè)在屋頂網(wǎng)架內(nèi)。空調(diào)季節(jié)開啟2臺(tái)排風(fēng)機(jī)用于使用空調(diào)時(shí)有組織的排風(fēng)。過渡季節(jié)采用全新風(fēng)運(yùn)行，關(guān)閉空調(diào)回風(fēng)閥，新風(fēng)閥全開；排風(fēng)由設(shè)于通風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)的排風(fēng)機(jī)（過渡季節(jié)4臺(tái)排風(fēng)機(jī)全部開啟）排至室外。訓(xùn)練廳在三層設(shè)備夾層設(shè)4臺(tái)排風(fēng)機(jī)，采用與比賽廳相同的控制方式。

    地下動(dòng)力站、變配電室、衛(wèi)生間、更衣室等房間均設(shè)通風(fēng)系統(tǒng)。

4.2排煙

    比賽廳及訓(xùn)練廳設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)。比賽廳在三層通風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)4臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)，排煙量按換氣次數(shù)4次／時(shí)計(jì)。排煙風(fēng)機(jī)采用雙速高溫軸流風(fēng)機(jī)兼做平時(shí)通風(fēng)，風(fēng)機(jī)入口設(shè)280 ℃排煙防火閥。訓(xùn)練廳在三層設(shè)備夾層設(shè)4臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)，排煙風(fēng)機(jī)采用雙速高溫軸流風(fēng)機(jī)兼做平時(shí)通風(fēng)。一、二層內(nèi)走道設(shè)機(jī)械排煙系統(tǒng)。

4.3消聲及隔振

    所有吊頂式空調(diào)機(jī)組均設(shè)減振吊架，吊裝風(fēng)機(jī)的減震器采用TJ10彈簧減震器，落地安裝的風(fēng)機(jī)減震設(shè)彈簧減震器，空調(diào)器機(jī)座處設(shè)減震墊。所有風(fēng)管均設(shè)置必要的支、吊托架，支架須穩(wěn)定可靠且有足夠的剛度，以避免系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可能帶來的共振與噪聲。

    空調(diào)機(jī)房的降噪處理：機(jī)房的墻均為磚砌實(shí)墻，砌至板底。機(jī)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(nèi)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(hù)，穿孔率控制在30%-40%之間�？照{(diào)機(jī)房的門均為密閉保溫消聲門。

5  控制系統(tǒng)與節(jié)能措施

    1)動(dòng)力站的控制。動(dòng)力站空調(diào)集水器及分水器之間設(shè)壓差旁通裝置，根據(jù)冷熱供回水壓力差與壓差設(shè)定值比較，自動(dòng)調(diào)節(jié)旁通閥開度，以保證管網(wǎng)的壓差和流量平衡。

    2)組合式空氣處理機(jī)組的控制。組合式空氣處理機(jī)組的回水管上設(shè)有動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥，由設(shè)置在出風(fēng)端的溫度傳感器探測(cè)室內(nèi)溫度，調(diào)節(jié)進(jìn)入空氣處理機(jī)組的水流量，以達(dá)到空調(diào)房?jī)?nèi)溫濕度的要求。

  3)風(fēng)機(jī)盤管的控制。設(shè)有液晶網(wǎng)絡(luò)溫控器，風(fēng)機(jī)三速開關(guān)，回水支管設(shè)動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)兩通閥，電動(dòng)閥與風(fēng)機(jī)開關(guān)聯(lián)動(dòng)，風(fēng)機(jī)停止時(shí)電動(dòng)閥關(guān)閉，風(fēng)機(jī)盤管均能就近控制開啟，也能在控制中心控制。

  4)商業(yè)多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)控制。商業(yè)多聯(lián)機(jī)采用多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)室內(nèi)機(jī)設(shè)液晶顯示的溫度控制面板，室內(nèi)機(jī)可單一進(jìn)行溫度和風(fēng)量的控制，也可實(shí)現(xiàn)群控。

    s)送風(fēng)控制。送風(fēng)支管上均設(shè)有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，當(dāng)舉行小球比賽風(fēng)速大于比賽要求時(shí)，可適度減小噴口送風(fēng)量，并調(diào)節(jié)噴口的傾斜角度以滿足送風(fēng)要求，噴口電動(dòng)控制為5個(gè)一組。

6  結(jié)論

    1)根據(jù)全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算可知，供冷供熱滿負(fù)荷運(yùn)行所占的比例非常小，約有3/4的時(shí)間在≤so%負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，在進(jìn)行冷熱源形式的選擇和匹配時(shí)充分考慮冷熱負(fù)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(chǎng)所宜按照使用功能的不同進(jìn)行空調(diào)分區(qū)，比賽大廳及與比賽相關(guān)的附屬用房采用一個(gè)系統(tǒng)，訓(xùn)練廳及與訓(xùn)練有關(guān)的附屬用房應(yīng)滿足比賽的需要并兼顧賽后的經(jīng)營(yíng)使用宜單獨(dú)劃分為以一個(gè)系統(tǒng)，區(qū)域的商業(yè)部分宜設(shè)置獨(dú)立冷熱源的空調(diào)系統(tǒng)。

    3)除對(duì)風(fēng)速要求嚴(yán)格的體育館采用座位下地面送風(fēng)外，一般小型體育館比賽大廳及訓(xùn)練廳可采用上側(cè)噴口送風(fēng)、集中回風(fēng)的氣流組織，較為經(jīng)濟(jì)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(xùn)練廳等大空間場(chǎng)所可以不設(shè)置熱回收系統(tǒng)，減少初投資；過渡季節(jié)使用時(shí)，可按條件采取全新風(fēng)運(yùn)行方式。