冯卫星
天津大学建筑设计研究院 天津市300073
关键词：体育馆；座椅送风；气流组织；静压腔；
摘要：本文以天津市某大学体育馆为例，分析了体育馆的使用特点，介绍了地源热泵系统的选择及采用座椅送风形式的的空调通风系统的设计，并对其兼顾平时训练及大型比赛的运行模式进行了探讨。
1. 工程概况：本项目位于天津市某大学校园内，总建筑面积17100㎡，主体单层，局部三层，主要包括中心比赛场地、热身场馆及配套辅助用房。座位总数5086座，主体高度27.5米。主要功能为师生提供运动健身训练兼顾举办大型比赛。
2. 设计参数：
2.1室外设计参数（天津市）：
冬季供暖室外计算温度： -7.0℃
冬季通风室外计算温度： -3.5℃
冬季空气调节室外计算温度： -9.6℃
冬季空气调节室外计算相对湿度： 56%
夏季空气调节室外计算干球温度： 33.9℃
夏季空气调节室外计算湿球温度： 26.8℃
夏季通风室外计算温度： 29.8℃
夏季通风室外计算相对湿度： 63%
夏季室外平均风速： 2.2m/s
冬季室外平均风速： 2.4m/s
最大冻土深度： 58 cm
2.2室内设计参数：
3. 空调冷热源：
3.1体育馆空调负荷及使用需求分析
体育馆内的比赛大厅空间较高，体积大，人员密度高，空调热湿负荷相对集中，但其运行频率较低，经过与学校沟通了解，体育馆每年的使用次数有限，一般有开学和毕业典礼，运动会和表彰大会等，总的次数约5-6次，每次开会时人员数量一般在5-6000人左右，这时体育馆内人员及灯光负荷都较大，馆内温度、湿度及空气品质均不能满足使用要求，舒适度较差，必须开启集中空调，除开会以外的其它时间主要为学生活动和训练，人员较少，一般情况没有使用集中空调的要求。另外学校有寒暑假，避开了一年中最冷及最热时间段的使用，其它季节平时仅开启通风换气功能就能满足使用要求。另外甲方提出：按常规需要向供热公司缴纳的供热配套费用及冬季供暖使用费用均较大，而体育馆由于使用次数及时间较少且寒假放假的原因，能否在空调系统冷热源的选择上结合学校的特点给出一个更经济的方案，本项目的空调系统需要自身提供冬季使用的热源，而不依靠供热公司按建筑面积及供暖季“一刀切”这种收费模式的热源，同时空调系统在夏季也能提供冷源，基于以上分析，地源热泵系统成为一个合理的选择，地源热泵属于可再生能源，该系统利用浅层土壤的蓄热特性，通过少量的电能将地下低品位能源转化为高品位能源供用户使用，夏季制冷，冬季制热，节能环保，使用费用低。
3.2冷热源机组的选择：
经过计算：本建筑夏季冷负荷约为2650Kw，冷负荷指标：155W/㎡；冬季热负荷约为1900kw；热负荷指标：110w/㎡；选用两台螺杆式地源热泵机组提供，地源热泵机组单台制冷量为1356Kw,制热量为1380Kw，地源热泵机组夏季供、回水温度为6/13℃；冬季供、回水温度为40/47℃。机组制冷性能系数COP值为5.65，机组制热性能系数COP值为4.05。
3.3地源热泵系统室外地埋换热器设计：
室外地埋换热器设计是地源热泵系统的关键，一般先打勘测井进行土壤热物性实验，确定土壤换热性能，以确定打井数量、打井深度。根据现场实验得出以下结果：①该项目区域的岩土综合导热系数为1.77w/（m.k）②该项目的地埋换热器单位排热量为54.0（w/m）；③该项目的地埋换热器单位取热量为39.0（w/m）；④根据模拟分析：地埋换热器在一个供暖季或制冷季的温度影响半径在2.0-2.3米左右，经过60天的恢复，在距离地埋换热器中心2.3米的位置，温度可以恢复到与初始温度相差1度以内，所以地埋换热器的布置间距应大于4.6米，建议取5米。综合考虑系统负荷及系统运行特点和稳定性等因素，最终确定：地埋换热器采用管径为DN32双U形式，120米垂直地埋换热器共550组，井间距为5米，场地范围考虑在操场及绿化带布置，场地占地面积约10000平米。其中一台螺杆式地源热泵机组带冷凝热回收功能，可提供部分生活热水加热用于冬夏季热量平衡。室外换热系统水平集管采用单管区域集中+检查井式系统，系统管路为同程布置形式。地埋换热器按四个部分划分，根据土壤温度监测交替使用不同地块换热器。
4. 空调系统形式：
篮球馆（比赛馆）大空间采用全空气系统，馆内按观众席及场地分设空调系统：观众席空调系统采用二次回风系统；场地空调系统采用一次回风系统。
4.1观众席空调系统气流组织为下送上回，在观众席每个座位下安装一个圆形阶梯式旋流风口，每个风口风量为40M³/h，风口安装高度距地面0.2m，距风口水平距离0.5米处风速小于0.15m/s，风口噪声小于25 db(A)，压力损失小于15Pa，风口自带定风量阀门。观众席后上部回风，阶梯式旋流风口结合土建专业预留安装孔洞，连接方式采用静压腔连接，阶梯座位结构板下内壁贴50mm三聚氰氨海绵保温消声并对结构漏风处做密闭处理，看台板下封堵采用1.5mm镀锌钢板，镀锌钢板外贴40mm离心玻璃棉板，离心玻璃棉板外加12mm防火板，防火板安装采用铝合金吊顶龙骨与土建连接。
场地空调系统结合屋面结构形式设置顶送风管，风管隐藏在比赛场地后，场地内仅可见风口，风口采用射流喷口，风口安装高度约20米，射程满足场地内冬季送热风要求，场地内距地面高度2.0米处送风速度约0.2-0.5M/S，首层场地周边回风，风口采用消声百叶，气流组织为上送下回。
4.2观众席空调系统的组合式空调机组设置在四层专用机房内，组合式空调机组设初、中效过滤段+表冷（加热）段+二次回风段+湿膜加湿段+风机段。风机均采用变频调速方式，过渡季节采用全新风运行。组合式空调机组设温控系统，送风温差为6℃。
场地空调系统的组合式空调机组设置在四层专用机房内，组合式空调机组设初、中效过滤段+表冷（加热）段+湿膜加湿段+风机段。风机均采用变频调速方式，过渡季节采用全新风运行。组合式空调机组设温控系统，送风温差为8-10℃。
4.3训练馆内空调系统：训练馆大空间采用一次回风全空气系统，全空气空调系统的组合式空调机组回风与新风相混合后经表冷（加热）段处理，再经送风道及风口送入室内，气流组织采用顶送上回方式，风口采用电动旋流风口形式。组合式空调机组设初、中效过滤段+表冷（加热）段+湿膜加湿段+风机段。风机均采用变频调速方式。过渡季节采用全新风运行，组合式空调机组设温控系统，送风温差为8-10℃。
4.4周边附属房间空调系统采用风机盘管加新风系统。室内采用卧式暗装或明装嵌入风机盘管，控制方式采用液晶温控器，并反馈其状态功能。送风气流组织为上送上回及侧送上回，送风口根据需要采用散流器或双层百叶，回风口采用带滤网的门绞式单层百叶回风口。新风机组设置在空调机房内。加湿采用湿膜加湿器。办公室、活动室等房间设置新风系统。新风送风管设置高能离子发生器,向室内输送离子新风，提升空气品质。
4.5比赛场地风口及观众席座椅下的阶梯式旋流风口见下图：
5．小结：
5.1学校内的体育馆空调系统方案必须结合学校的使用特点，兼顾平时训练及大型比赛的要求，既能保证在体育比赛时的空调使用效果，又能在平时体育活动训练时空调系统的经济运行，通过合理的分区，在观众席和比赛场地采用不同的空调送风形式，并结合通风系统的使用，满足了学校的使用要求。
5.2空调风管由于尺寸较大，因此不仅要依据空调系统的气流组织方案合理布置空调机房的位置，也要根据比赛场地顶部结构形式优化空调风管的路由，达到整体的美观要求。
5.3体育馆在整体竣工验收后，经过了一个制冷季和供暖季的实际运行，空调系统基本达到了之前的设想，取得了较为满意的结果。
参考文献：
[1].陆耀庆：实用供热空调设计手册 （第二版） 中国建筑工业出版社
[2].关文吉：供暖通风空调设计手册 中国建材工业出版社
论文作者:冯卫星
论文发表刊物:《中国住宅设施》2018年2月下
论文发表时间:2018/11/1
标签：空调论文; 机组论文; 空调系统论文; 风口论文; 换热器论文; 系统论文; 室外论文; 《中国住宅设施》2018年2月下论文;