夏熱冬暖地區(qū)中小學(xué)多功能體育館空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

吳孝煊

摘 要：本文結(jié)合福建省泉州市的工程實例對夏熱冬暖地區(qū)中小學(xué)多功能體育館的空調(diào)通風(fēng)防排煙設(shè)計進行研究，總結(jié)了中小學(xué)多功能體育館空調(diào)設(shè)計的形式和特點，并針對性地提出適用于夏熱冬暖地區(qū)中小學(xué)多功能體育館的空調(diào)系統(tǒng)方案，對實際工程的設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：夏熱冬暖地區(qū);中小學(xué);體育館;空調(diào)設(shè)計

中圖分類號：TU201.5;TU831 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0100-03

Abstract： Combined with the engineering example of Quanzhou City， Fujian Province， this paper studied the air conditioning， ventilation and smoke control design of primary and secondary school multifunctional gymnasiums in hot summer and warm winter areas， summarized the forms and characteristics of air conditioning design of primary and secondary school multifunctional gymnasiums， and put forward the air conditioning system scheme suitable for primary and secondary school multifunctional gymnasiums in hot summer and warm winter areas. It has certain guiding significance for the design of practical engineering.

Keywords： hot summer and warm winter areas;primary and secondary schools;gymnasium;air conditioning design

近年來，中小學(xué)體育設(shè)施逐漸完善，新建的中小學(xué)校都配備了多功能體育館。中小學(xué)校的多功能體育館和專業(yè)的比賽場館存在較大區(qū)別。專業(yè)的比賽場館功能分區(qū)更明確，內(nèi)部有較多輔助用房，對空調(diào)的要求更為嚴(yán)格。而中小學(xué)體育館建筑規(guī)模較小，對暖通空調(diào)設(shè)計主要應(yīng)滿足舒適度和節(jié)能的要求。設(shè)計內(nèi)容主要包括冷熱源系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及防排煙系統(tǒng)[1]。本文結(jié)合工程實例對夏熱冬暖地區(qū)中小學(xué)多功能體育館的空調(diào)通風(fēng)防排煙設(shè)計進行探討。

1 項目概況

本工程位于福建省泉州市，屬于夏熱冬暖地區(qū)，學(xué)校總建筑面積為67 532 m2。其中，多功能體育館總建筑面積為1 587 m2，主體1層，空間最大凈高為10.7 m，局部夾層為2層。

本工程所處地區(qū)冬季采暖室外計算干球溫度為8.3 ℃，空調(diào)室外計算干球溫度為6.6 ℃。多功能體育館一般作為學(xué)校籃球館使用，但有時也用作開學(xué)典禮、畢業(yè)典禮、大型晚會、報告廳等學(xué)校慶典活動場所，人員密度較高。經(jīng)和校方溝通后，由于冬季室外溫度不是特別低，基本不需要空調(diào)，最終確定只設(shè)置夏季空調(diào)系統(tǒng)，冬季不供暖。夏熱冬暖地區(qū)的中小學(xué)情況基本一致，因此，建議在設(shè)計多功能體育館空調(diào)時只需考慮夏季空調(diào)，不需要考慮冬季供暖，除非校方有特殊要求。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 主要設(shè)計參數(shù)

查閱《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB 50736—2012）[2]可以得到泉州市的空調(diào)室外計算參數(shù)（見表1），同時，可以確定本工程的夏季空調(diào)室內(nèi)設(shè)計參數(shù)（見表2）。

根據(jù)建筑規(guī)模、功能布局及圍護結(jié)構(gòu)情況，結(jié)合空調(diào)室內(nèi)外設(shè)計參數(shù)可計算多功能體育館的空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷：夏季冷負(fù)荷約為360.88 kW，新風(fēng)冷負(fù)荷約為149.98 kW，冷指標(biāo)為227.4 W/m2。

2.2 冷熱源系統(tǒng)選擇

中小學(xué)受建筑特點的影響，一般不設(shè)置集中的空調(diào)冷熱源，教學(xué)樓、實驗室、辦公室等教輔用房一般均采用分體空調(diào)。但是，多功能體育館屬于高大空間，普通的分體空調(diào)難以滿足其舒適度要求，因此，一般采用獨立的小型中央空調(diào)系統(tǒng)。適用于中小學(xué)多功能體育館的中央空調(diào)系統(tǒng)形式有模塊化風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)、直膨機系統(tǒng)、屋頂式空調(diào)系統(tǒng)[3]。模塊化風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)屬于水系統(tǒng)，具有換熱溫差小、舒適性高等優(yōu)點，但其需要設(shè)置水泵和定壓補水設(shè)備，管理施工相對較為復(fù)雜。直膨機系統(tǒng)和屋頂式空調(diào)系統(tǒng)均采用制冷劑系統(tǒng)，系統(tǒng)形式簡單。兩者的不同之處在于：屋頂式空調(diào)系統(tǒng)是將室內(nèi)機和室外機集成于一體，對安裝空間和條件有較為嚴(yán)格的限制;直膨機布置更靈活多變，室內(nèi)機和室外機可以分開布置，室內(nèi)機可以采用組合式空調(diào)機組或是高靜壓風(fēng)管機，形式更加豐富。無論采用何種系統(tǒng)，均應(yīng)結(jié)合工程地點和建筑結(jié)構(gòu)形式進行合理選擇。

本工程選用2套直膨機+組合式空調(diào)機組的形式，單臺組合式空調(diào)機組的制冷量為189 kW，送風(fēng)量為28 000 m3/h，2臺組合式空氣處理機組設(shè)置在夾層空調(diào)機房內(nèi)，室外機就近布置于外墻處。本工程采用直膨機+組合式空調(diào)機組的形式主要考慮以下幾個因素：首先，該多功能體育館是半地下室結(jié)構(gòu)，屋面實質(zhì)是位于地面的室外露天籃球場，沒有合適的位置布置屋頂式空調(diào)機組;其次，模塊化風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)占地面積比直膨機的室外機大很多，項目周邊布置室外機的位置大小有限，水泵等設(shè)備運行噪聲較大，運行管理不便，因此模塊化風(fēng)冷熱泵也不適用于本工程。

2.3 空調(diào)末端形式和氣流組織形式的選擇

2.3.1 空調(diào)末端形式。由于多功能體育館使用人數(shù)相對較多，散熱散濕量大，因此，其一般采用一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)，空調(diào)末端采用組合式空調(diào)機組，新風(fēng)與回風(fēng)混合后經(jīng)表冷器處理，再經(jīng)送風(fēng)管道送入室內(nèi)[4]。

為了節(jié)約能源，本工程選用的組合式空調(diào)機組可根據(jù)室外空氣狀態(tài)的變化，夏季高速一次回風(fēng)運行，最大總新風(fēng)比可達到30%。在過渡季節(jié)，調(diào)整排風(fēng)機和新風(fēng)、回風(fēng)閥的開啟度，逐漸增大新風(fēng)量，直至達到全新風(fēng)運行，大大降低了空調(diào)系統(tǒng)的能耗。組合式空調(diào)機組設(shè)初效過濾段、中效過濾段、表冷段、加濕段、風(fēng)機段。全空氣系統(tǒng)設(shè)自動溫控系統(tǒng)[5]，實時根據(jù)室外空氣溫度進行調(diào)節(jié)，降低能耗。組合式空氣處理機組還配套自動泄壓閥、過濾器臟堵報警及風(fēng)機故障報警等系統(tǒng)。

2.3.2 氣流組織形式。多功能體育館的氣流組織形式通常采用中間側(cè)送下回、分層空調(diào)、上送下回、上送上回等方式。

中間側(cè)送下回：凈高非常高的多功能體育館，由于垂直方向上溫度梯度大，特別是有供暖的建筑，回風(fēng)口設(shè)置在送風(fēng)口的下部，使人員活動區(qū)處于回流區(qū)，舒適性得到較大程度提高。該方式的缺點是中間布置風(fēng)管對建筑裝飾要求較高，容易影響美觀，增加工程造價。

分層空調(diào)是指僅對高大空間的下部區(qū)域進行空氣調(diào)節(jié)，保持一定的溫濕度，而對上部區(qū)域不做要求的方式。與全室空調(diào)相比，夏季可節(jié)省冷量30%左右，因而節(jié)省了初投資和運行能耗。但冬季空調(diào)并不節(jié)能。缺點同中間側(cè)送下回方式。

上送下回：同中間側(cè)送下回，具有回風(fēng)口在下的優(yōu)點，缺點需要豎直風(fēng)管，整體造價高，豎直風(fēng)管橫截面積較大，需要建筑物的配合。

上送上回：形式簡單，造價便宜，配合旋流或球形風(fēng)口，特別適用于不供暖只制冷的系統(tǒng)。本工程地處夏熱冬暖地區(qū)，只有夏季制冷，冬季無須供暖，因而采用較為簡單的上送上回的氣流組織形式。由于凈高較大，組合式空調(diào)機組全壓選擇500 Pa，以便送風(fēng)能抵達底部工作區(qū)。

2.3.3 送風(fēng)口形式。多功能體育館的送風(fēng)口可采用電動旋流風(fēng)口、球形噴口及散流器等形式，滿足不同高度的送風(fēng)要求。

旋流風(fēng)口工作時利用出風(fēng)的旋轉(zhuǎn)，將空氣以螺旋狀送出，產(chǎn)生相當(dāng)高的誘導(dǎo)比，使送風(fēng)與周圍室內(nèi)空氣迅速混合。電動旋流風(fēng)口可用開關(guān)控制，220 V電動控制調(diào)節(jié)葉片來調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，隨意調(diào)至送風(fēng)角度。適用于高大空間的送風(fēng)。

球形噴口由于采用最佳的空氣動力學(xué)噴口結(jié)構(gòu)設(shè)計，達到了理想的噪聲控制效果，又由于其高品質(zhì)的外形設(shè)計，可用于音樂廳、劇場、博物館等場所。

散流器是空調(diào)系統(tǒng)中常用的送風(fēng)口，具有均勻散流特性及簡潔美觀的外形，可根據(jù)使用要求制成正方形或長方形，能配合任何天花板的裝修要求，但送風(fēng)高度存在限制。

本工程空調(diào)的送風(fēng)口采用直徑為500 mm的球形噴口，屬于普通開關(guān)型，有6組鋁合金葉片，可以通過手動調(diào)節(jié)葉片來控制風(fēng)量大小。本工程共有2組，總16個球形噴口，每個球形噴口的送風(fēng)量為3 500 m3/h，噴口的安裝高度為7.8 m。

2.4 防排煙系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

中小學(xué)的多功能體育館凈高都大于6 m，屬于高大空間，采用自然排煙需要設(shè)計的可開啟外窗面積較大，通常在50 m2以上。在有多面外墻（不少于2面）的情況下，可開啟外窗的面積能符合要求，可以采用自然排煙。

該多功能體育館由于只有一面外墻，無法滿足自然排煙需要的可開啟外窗的面積要求，且由于進深過大，也無法滿足排煙窗口距離最遠(yuǎn)點不大于30 m的要求，故只能采用機械排煙系統(tǒng)。機械排煙系統(tǒng)凈高10.7 m，有設(shè)置噴淋系統(tǒng)。根據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51251—2017）可得到多功能體育館的計算排煙風(fēng)量為111 000 m3/h，排煙系統(tǒng)的設(shè)計風(fēng)量不應(yīng)小于該系統(tǒng)計算風(fēng)量的1.2倍[6]。由此得到體育館的設(shè)計排煙風(fēng)量為133 200 m3/h，選用一臺高溫消防排煙風(fēng)機風(fēng)量為134 400 m3/h，排煙風(fēng)機置于夾層的排煙機房內(nèi)，補風(fēng)采用門窗自然補風(fēng)（可開啟門窗不小于7.0 m2），風(fēng)速不大于3 m/s。

該多功能體育館的最小清晰高度為2.67 m，設(shè)計清晰高度為2.70 m，儲煙倉厚度為8 000 mm，煙層高度為4 500 m，設(shè)置兩個尺寸為2 000 mm×1 000 mm的百葉回風(fēng)口進行排煙，風(fēng)口安裝高度為7.2 m。本項目多功能體育館空調(diào)通風(fēng)防排煙平面如圖1所示。

3 結(jié)語

中小學(xué)多功能體育館和專門用于比賽的體育館不盡相同，其設(shè)計參數(shù)要求略低于比賽場館，在滿足使用舒適性的前提下，設(shè)計時要根據(jù)項目所處位置、周邊地形等情況，保證系統(tǒng)形式盡量簡單、運行成本低、維護管理方便。本工程選用直膨機+組合式空調(diào)機組的形式。通過對本項目設(shè)計方案的論述，為夏熱冬暖地區(qū)特別是僅需夏季制冷冬季無須供暖的中小學(xué)多功能體育館的建設(shè)和設(shè)計提供了參考和建議。

參考文獻：

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