基于动态负荷计算下的某体育馆空调系统设计（建筑）
崔恩富 魏代晓
烟台市建筑设计研究股份有限公司
摘要：本文简要介绍了本工程的建筑概况，基于本项目动态负荷计算，概括了体育馆建筑的负荷特点，并从设计参数、空调冷热源、空调系统形式、气流组织、通风及防排烟、控制系统等方面介绍了该体育馆工程的空调系统设计。说明了动态负荷计算在体育馆建筑空调系统设计中的重要性，阐述了不同使用情况下体育馆建筑空调系统的控制方法。
关键词：体育馆动态负荷空调系统气流组织控制
1 工程概况
本项目为海阳某体育中心位于烟台海阳市，地上6层，地下1层，总建筑面积17453 m2，地下面积817 m2，地上面积16636 m2，建筑高度14.80 m。本场馆为海阳市中心体育场馆集体育比赛、文娱演出、艺术展览、全民健身等多种室内活动于一体的多功能综合性场馆。
体育馆主比赛馆为52.8 mx32.8 m的矩形运动地板场地，另一端设有羽毛球训练管和篮球训练馆，规格均为53.1 mx32.6 m，比赛场地周围设有固定及活动座椅1500余座。除大厅外周边设有休息室、贵宾接待室、会议室、控制机房等辅助用房。屋面为内外径分别为70 m和93 m的半圆环形，设有空调机房、风机房等设备用房，地下为动力机房和变配电室。
2 设计参数及动态负荷模拟计算
2.1室内外设计参数
依据现行《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012)，室外的设计参数见表1。根据功能分区，并考虑室外温湿度、经济条件、节能要求以及舒适性等因素综合确定室内温湿度等各项参数见表2。
2.2动态负荷计算与分析
2.2.1动态负荷模拟计算
本工程中采用HDY-SMAD空调负荷计算及能耗分析软件进行全年动态负荷的模拟计算，为后续的设计提供更为准确的数据，根据房间功能特性设置房间参数，以“照明”为例如图1所示。
2.2.2模拟结果分析
通过模拟计算得到结果如图2～6所示。
分析图2～6可得出以下结论：
1)空调设计最大冷负荷约为3100 kW，热负荷约为2450 kW;全年制冷能耗总量为2922702.33 kWh，制热能耗总量为5004094.48 kWh。空调设计最大冷负荷最大值大于空调热负荷最大值，但全年制冷能耗总量小于制热能耗，这主要是由于烟台地区全年运行时间中，制热时间比制冷时间长，且在体育馆建筑中人员和照明的负荷比重较大造成的，见图7～8。
2建筑物负荷在80%～100%、60%～80%、40%～60%、20%-40%、0～20%区间段的时间分别占总时间百分比约为7%、25%、15%、13%及40%。这说明在空调全年运行中有大部分时间是处在半负荷状态下运行，为后续空调冷热源的设计及室内设备的选型提供依据。
3)新风负荷占全年负荷的百分比较大，尤其在冬季新风负荷约占冬季总负荷的80%～90%，见图9。这就要求在暖通空调设计中要合理地选择系统新风量，既能保证满足区域的人均最小新风量，又不至于增加系统总负荷造成能源的浪费。本项目人均新风量比赛厅为15 m3/(h. P)，训练厅为20 m3/(h. P)。
3 空调系统设计方案
3.1冷热源设备
本工程采用中央空调水系统，冷热源为市政热源（海水源热泵机组）热网直供，夏季供冷、冬季供暖。夏季冷水供回水温度为7/12℃，冬季热水供回水温度为45/40℃。分集水器位于地下一层动力机房内，分集水器上设关断阀门，每个分支均设能量计量装置。
3.2空调系统形式
体育馆建筑具有使用间断性、密集性、频率较低的特点。根据相关文献体育馆空调使用率夏季平均在12次左右，冬季10次左右，每次使用时间约为45 h，其中使用率最高的每年在30次左右，大多数使用时间体育馆只做通风处理，所以该类场所宜采用一次投资低、高可靠性的系统。鉴于体育建筑比赛大厅容积大、净空高、人员密度高、热湿负荷大、送风量以及新风量大且间歇使用等特点，本工程采用集中式、定风量、单风道、低风速的全空气空调系统。空气处理设备均集中在空调机房内，经处理过的空气用低速风道输送至比赛大厅等需要空调的地方。
根据全年动态负荷计算结果在过渡季节可采用直流式全新风方式运行，根据室内温湿度等参数对空气处理机组进行简单的控制调节。
本工程房间功能布局如图10所示，比赛区域与训练区域分设2个相互独立的空调水系统，周围商业采用多联机空调系统，空调室外机设在三层室外平台上。
3.2.1比赛场及训练厅空调
比赛大厅采用一次回风的集中式空气处理过程，组合式空调机组设在三层空调机房内。经过空调机房集中处理过的空气由竖风管送至一层，再经风口送至空调区域。比赛厅采用喷口侧送风，喷口送风射流长、流量大。回风口分布在比赛厅的四个角落位置，底边距地0.25 m，通过地沟连接到回风井，再送回空气处理机组。这种气流组织方式能够使空调区域温度均匀靠近喷口的后排观众也能避免了“脑后风”。
训练厅采用与比赛厅同样的空气处理方式，空调机组设置在设备夹层内。
3.2.2商业及辅助用房空调
为满足其他运动和管理场所等辅助用房使用的灵活性，采用分散式空调系统（风机盘管+新风），顶送或侧送。新风系统采用薄型吊顶式新风换气机组。
为满足商业部分有可能平时单独运行需要，商业部分采用多联机空调系统，分户独立设置空调室外机。
4 通风、排烟、消声与隔振
4.1通风
为排除顶棚网架下的热空气，比赛厅在三层通风机房内设4台排风机，排风管设在屋顶网架内。空调季节开启2台排风机用于使用空调时有组织的排风。过渡季节采用全新风运行，关闭空调回风阀，新风阀全开；排风由设于通风机房内的排风机（过渡季节4台排风机全部开启）排至室外。训练厅在三层设备夹层设4台排风机，采用与比赛厅相同的控制方式。
地下动力站、变配电室、卫生间、更衣室等房间均设通风系统。
4.2排烟
比赛厅及训练厅设置机械排烟系统。比赛厅在三层通风机房内设4台排烟风机，排烟量按换气次数4次／时计。排烟风机采用双速高温轴流风机兼做平时通风，风机入口设280 ℃排烟防火阀。训练厅在三层设备夹层设4台排烟风机，排烟风机采用双速高温轴流风机兼做平时通风。一、二层内走道设机械排烟系统。
4.3消声及隔振
所有吊顶式空调机组均设减振吊架，吊装风机的减震器采用TJ10弹簧减震器，落地安装的风机减震设弹簧减震器，空调器机座处设减震垫。所有风管均设置必要的支、吊托架，支架须稳定可靠且有足够的刚度，以避免系统运行时可能带来的共振与噪声。
空调机房的降噪处理：机房的墙均为砖砌实墙，砌至板底。机房的顶板和四周的墙表面用轻刚龙骨按1 mx1m做方格，然后内贴100 mm厚离心玻璃棉，外用0.5 mm厚的穿孔镀锌铁板做保护，穿孔率控制在30%-40%之间。空调机房的门均为密闭保温消声门。
5 控制系统与节能措施
1)动力站的控制。动力站空调集水器及分水器之间设压差旁通装置，根据冷热供回水压力差与压差设定值比较，自动调节旁通阀开度，以保证管网的压差和流量平衡。
2)组合式空气处理机组的控制。组合式空气处理机组的回水管上设有动态平衡电动两通调节阀，由设置在出风端的温度传感器探测室内温度，调节进入空气处理机组的水流量，以达到空调房内温湿度的要求。
3)风机盘管的控制。设有液晶网络温控器，风机三速开关，回水支管设动态平衡电动两通阀，电动阀与风机开关联动，风机停止时电动阀关闭，风机盘管均能就近控制开启，也能在控制中心控制。
4)商业多联机空调系统控制。商业多联机采用多联机系统室内机设液晶显示的温度控制面板，室内机可单一进行温度和风量的控制，也可实现群控。
s)送风控制。送风支管上均设有电动调节阀，当举行小球比赛风速大于比赛要求时，可适度减小喷口送风量，并调节喷口的倾斜角度以满足送风要求，喷口电动控制为5个一组。
6 结论
1)根据全年动态负荷计算可知，供冷供热满负荷运行所占的比例非常小，约有3/4的时间在≤so%负荷下运转，在进行冷热源形式的选择和匹配时充分考虑冷热负荷的全年分布状况和全年冷热能耗的不平衡率。
2)体育馆场所宜按照使用功能的不同进行空调分区，比赛大厅及与比赛相关的附属用房采用一个系统，训练厅及与训练有关的附属用房应满足比赛的需要并兼顾赛后的经营使用宜单独划分为以一个系统，区域的商业部分宜设置独立冷热源的空调系统。
3)除对风速要求严格的体育馆采用座位下地面送风外，一般小型体育馆比赛大厅及训练厅可采用上侧喷口送风、集中回风的气流组织，较为经济适用。
4)由于体育馆利用率非常低，不同于其他使用率高的公共建筑，其比赛厅及训练厅等大空间场所可以不设置热回收系统，减少初投资；过渡季节使用时，可按条件采取全新风运行方式。
