雙碳目標下體育場館空調系統(tǒng)的低碳建設研究

摘要：空調系統(tǒng)的碳排放量通常占建筑碳排放比例較大，因此其高效節(jié)能運行對降低整體建筑能耗具有重要意義。本文通過對體育場館空調系統(tǒng)的現(xiàn)狀和問題進行分析，發(fā)現(xiàn)體育場館在空調系統(tǒng)方面存在著建筑體量過大以及由于賽事功能的特殊性導致的高碳排放問題。體育場館空調系統(tǒng)的低碳建設應考慮當?shù)氐臍夂蛱攸c，根據(jù)不同項目和不同功能區(qū)域的環(huán)境舒適度需求，最大限度地調整系統(tǒng)的新風比例和送風方式等參數(shù)，以有效降低體育場館空調系統(tǒng)的能耗和碳排放。通過深入研究體育場館空調系統(tǒng)的低碳建設，可以推動體育場館在實現(xiàn)雙碳目標過程中發(fā)揮更大的作用，為體育場館的可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

關鍵詞：雙碳 體育場館 空調系統(tǒng) 新風 能耗

中圖分類號：G80 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8902-（2024）-20-055-3-TBB

引言

人類社會正面臨著全球氣候變暖這一嚴峻挑戰(zhàn)，該問題對人類的生存和發(fā)展構成了極大威脅。中國作為最大的發(fā)展中國家和碳排放大國，對全球氣候變暖問題持高度關注，并積極采取措施加以應對。中國政府已提出了2030年碳排放達到峰值、預計實現(xiàn)2060年碳中和的目標。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國的建筑全過程碳排放總量在2020年達到了50.8億噸，建筑運行階段的碳排放占21.6億噸，其中公共建筑的碳排放占8.34億噸，約占建筑碳排放總量的38.6%。然而，我國空調系統(tǒng)所消耗能源占我國社會總能耗的21.7%，因此，高效節(jié)能地運行空調系統(tǒng)對整體建筑能耗降低以及實現(xiàn)雙碳目標具有重要意義。

目前，國內外對體育場館碳排放問題給予了高度關注，相關研究成果也頗為豐富。黃睿（2011）從環(huán)境保護、功能設計、材料選擇和場館管理等方面探討了體育場館可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的問題。Xie Y C等（2013）從體育生態(tài)的角度，對大型體育場館的綠色建設體系及其當前的發(fā)展利用狀況進行了深入分析和研究，并提出了大型體育場館的綠色可持續(xù)發(fā)展模式建議。陳曉欣等（2016）在分析體育建筑能耗特征的基礎上，分析計算出碳排放量。Chen X等（2018）則通過“綠色體育”的概念，呼吁體育基礎設施的綠色表現(xiàn)、體育制造的綠色生產以及體育界對綠色的意識。陸瑤等（2022）通過構建適用于體育場館類微觀建筑水系統(tǒng)的水—能—碳足跡關聯(lián)模型，證明使用綠色電力、采用節(jié)水器具、中水回用、提高能源利用效率等措施可達到穩(wěn)定的減排效果。康一亭等（2022）采用基于全生命周期評估（LCA）的碳排放分析計算方法，為大型既有體育場館類建筑可持續(xù)改造減碳提供技術路徑和計算方法。宋安鵬等（2022）提出可以通過科學選址、使用綠色建材、采用裝配式建筑、信息技術賦能以及各類碳抵消手段等實施路徑實現(xiàn)體育場館的低碳建設。Zhang M等（2022）研究如何在降低二氧化碳排放的同時確保體育館健身設施的可持續(xù)性，并分析了發(fā)電機作為可再生能源的技術經濟優(yōu)勢，以通過高效的LED照明系統(tǒng)滿足體育館健身設施的亮度需求。

本文運用文獻資料法與對比分析法，參考《體育建筑設計規(guī)范》《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》以及《公共建筑節(jié)能設計標準》等相關標準，分析了體育場館空調系統(tǒng)在運行階段存在的不必要能耗和損失，并提出了具體的節(jié)能設計方案，旨在降低體育場館空調系統(tǒng)在運行過程中的碳排放，為中國未來不同種類的體育場館低碳建設提供實踐指導。

1、體育場館空調系統(tǒng)低碳建設的背景

1.1、雙碳目標的提出

全球氣候變暖是全人類面臨的一項嚴峻挑戰(zhàn)。在2015年的聯(lián)合國氣候變化大會上，與會各國共同簽署了《巴黎協(xié)定》，該協(xié)定明確設定了一個目標：將本世紀全球的平均氣溫上升幅度嚴格控制在不超過2℃的范圍內，并努力將這一上升幅度進一步限制在前工業(yè)化時期水平之上的1.5℃以內，以此減緩全球氣候變暖的嚴峻形勢。這一協(xié)定的目的是倡導全球綠色、低碳和可持續(xù)發(fā)展。為了減緩氣候變暖的加劇，各領域和國家都制訂了各自的計劃。在黨的二十大報告中，習近平總書記再次強調積極穩(wěn)妥推進碳達峰和碳中和的重大意義，并明確指出，推動綠色發(fā)展是實現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化國家的內在需求。設定碳達峰和碳中和的“雙碳”目標，對于保護生態(tài)環(huán)境和推動綠色發(fā)展具有極其關鍵的作用，因此已被明確列入“十四五”和“十五五”發(fā)展規(guī)劃，并作為2035年遠景目標的重要組成部分。這充分體現(xiàn)了作為一個負責任的大國，中國一icpHA81p4UEY349WGGnXdg==直在積極承擔國際責任，推動構建人類命運共同體的決心和擔當。

體育產業(yè)是經濟社會發(fā)展的緊密組成部分。《體育強國建設綱要》規(guī)劃，到2035年，體育產業(yè)將成為國民經濟的支柱產業(yè)，預計其增加值將占當年國內生產總值（GDP）的約4%，并持續(xù)推動經濟、社會和生態(tài)效益的全面提升。為實現(xiàn)這一目標，國家層面出臺了一系列政策文件，包括《關于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經濟體系的指導意見》《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》以及《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》等。在雙碳目標的引領下，體育產業(yè)需要以綠色發(fā)展為基調，走上綠色低碳循環(huán)發(fā)展的道路，以滿足新發(fā)展理念的要求，實現(xiàn)高質量發(fā)展。

1.2、體育場館發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國經濟社會的蓬勃發(fā)展，體育場館作為推動全民健身事業(yè)的核心基礎設施以及發(fā)展體育產業(yè)的主要支柱，其投資建設的數(shù)量和規(guī)模均呈現(xiàn)出顯著的雙增長態(tài)勢。截至2023年底，我國體育場地建設取得了顯著成就，全國體育場地數(shù)量已增加至459.27萬個，體育場地面積達到40.71億m2，人均體育場地面積提升至2.89m2。

在國務院2014年發(fā)布的《關于加快發(fā)展體育產業(yè)促進體育消費的若干意見》中，明確提出了我國體育產業(yè)的發(fā)展藍圖，預計到2025年將構建一個完善且充滿活力的體育產業(yè)體系，具備布局合理、功能全面以及門類多樣的顯著特點。在這個體系中，體育場館建設和運營被視為體育產業(yè)的一個重要經濟增長點?！度窠∩碛媱潱?021-2025年）》進一步為體育裝備市場帶來新的機遇，將體育場地設施的建設置于突出位置。隨著國內城市積極承辦各大國際和洲際賽事以及綜合性運動會，對體育場館裝備的需求也隨之增加。此外，健康意識的日益加強使人們更加熱衷于體育活動，城鎮(zhèn)居民參與體育鍛煉的人數(shù)顯著增長，這進一步推動了對體育場館的需求擴大。根據(jù)《第六次全國體育場地普查數(shù)據(jù)公報》的數(shù)據(jù)，截至2013年底，全國共有體育場地共計169.46萬個（其中包括1093座大型體育場館），室內體育場地則達到16.91萬個。體育場館是綠色建筑的一部分，更是我國全民健身計劃的基礎設施之一，因此有必要將低碳減排作為關鍵考慮因素，以更好地滿足低碳減排的要求。

2、體育場館空調系統(tǒng)的現(xiàn)狀

2.1、體育場館建筑特點

在現(xiàn)代經濟生活中，體育場館作為大型公共建筑之一，不僅承擔了體育運動的功能，還越來越多地兼顧了其他功能，如演藝、娛樂、展覽等。多數(shù)體育建筑具備多種體育運動項目的靈活適應性，通常由場地區(qū)、看臺區(qū)和輔助用房區(qū)三個主要功能區(qū)域構成，根據(jù)其使用性質、體育項目類型、觀眾席位的數(shù)量進行場館的分類。

體育場館作為大型公共建筑，具有一系列顯著特點，包括廣闊的場地面積、屋頂高度通常超過10m等外觀特征。因此，在實際使用中，場館需要確保不同位置的觀眾和運動員的舒適性，并且滿足不同體育項目練習及比賽所需的溫度、濕度、風速和其他條件。

2.2、建筑物空調系統(tǒng)技術

當前，國內外均廣泛使用的建筑空調節(jié)能技術包括儲能技術、熱回收技術和空調變頻技術。儲能技術旨在在電網(wǎng)負荷低谷時存儲冷量或熱量，以避免在高峰用電時的過度負荷；熱回收技術則旨在回收建筑內可再利用的熱量，包括排風熱回收、空調冷凝熱回收以及室內區(qū)域的排熱量回收等；空調變頻技術通過調整電機輸入頻率以控制轉速，從而更有效地管理冷凍機的供回水溫度差。

2.3、體育場館空調系統(tǒng)低碳建設存在的問題

體育場館為了滿足體育賽事和觀眾觀賽的需求，其基地面積大且建筑空間廣闊，從而使得自然通風效果較差，無法實現(xiàn)空氣的有效流動，從而導致空調系統(tǒng)的能耗明顯增加。因此，如何高效地促進室內空氣流動成為體育場館空調系統(tǒng)低碳建設的關鍵問題之一。

體育場館觀眾席會根據(jù)不同活動分為場地區(qū)和看臺區(qū)，受比賽區(qū)域的視野影響，觀眾席無法全部售出，比賽的觀眾人數(shù)也有可能未達到預期規(guī)劃。因此，按照賽事滿員情況下啟動空調系統(tǒng)必然會增加能源消耗。

體育場館可以舉辦多種體育運動項目，而不同的運動項目在常規(guī)使用和比賽使用時對室內環(huán)境的溫濕度、風速等條件都有嚴格而多樣化的要求。因此，實現(xiàn)最低能耗以滿足日常使用和各類運動活動對環(huán)境的需求，以降低碳排放，是體育場館空調系統(tǒng)低碳建設的關鍵挑戰(zhàn)。

3、體育場館空調系統(tǒng)低碳建設的建議

3.1、制定空調運行周期

針對不同地區(qū)的氣候環(huán)境特征和當?shù)氐南嚓P政策，制定適應性強的個性化空調運行周期，有助于體育場館實現(xiàn)更加可持續(xù)的運行和管理，實現(xiàn)體育場館的低碳目標。

在符合當?shù)氐木G色低碳、能源環(huán)保等政策條件下，充分考慮當?shù)氐臍夂蛱攸c制定空調運行周期，最大化_{dwYNO1AdMXSId6yRe6XCow==}提高能源利用效率，減少對環(huán)境的負面影響。在高溫和寒冷季節(jié)側重于供冷和供暖系統(tǒng)的運行；在季節(jié)交替時，考慮采用新風通風模式，確保室內溫度舒適性的同時實現(xiàn)空調系統(tǒng)更加環(huán)保地運行。

3.2、進行合理新風量的選擇

合理選擇新風量對于降低空調系統(tǒng)的能耗并提升體育場館的室內環(huán)境質量具有重要意義。首先，應基于人員密度進行新風量的調整。在人員密集的區(qū)域，如比賽大廳等，可以適當減少新風量；而在人員相對較少的區(qū)域，則可以保證在室內舒適性的前提下，適當增加新風量；其次，應根據(jù)室外空氣質量對新風量進行選擇。當室外空氣質量較差時，應當減少新風量的引入，保證室內空氣質量優(yōu)良。

通過綜合考慮人員密度和室外空氣質量，合理選擇新風量，可以在確保室內環(huán)境質量的同時，降低空調系統(tǒng)的運行負擔，提高能效。

3.3、根據(jù)上座率及時調整空調系統(tǒng)

體育場館在進行建筑設計時，通常是基于賽事滿座情況進行規(guī)劃設計的。然而，在實際運營中，觀眾區(qū)域的上座率往往無法達到滿座狀態(tài)。因此，需要根據(jù)上座率的實際情況及時調整空調系統(tǒng)，以符合當前上座率的最優(yōu)運行狀態(tài)。在觀眾上座率較低的情況下，通過空調系統(tǒng)降低總送風量和換氣次數(shù)，可以減少供暖或制冷的需求。

通過及時調整空調系統(tǒng)以適應觀眾上座率的變化，這不僅可以降低能源消耗，還有助于減輕設備負荷，延長設備壽命，降低維護成本。這有助于在能源利用效率提高的基礎上，實現(xiàn)運營成本的降低，同時提高觀眾體驗和社會影響力，為體育場館的未來發(fā)展創(chuàng)造更多機遇。

3.4、不同區(qū)域的空調方式

（1）場地區(qū)的空調方式。

為確保場地內的溫度和風速達到比賽標準，同時兼顧運動員的舒適度體驗，針對不同場地可選擇不同的系統(tǒng)配置。對于擁有較大空間的比賽場地，可采用全空氣系統(tǒng)，確保運動員在激烈的比賽過程中有最佳的舒適環(huán)境。此外，可以根據(jù)比賽區(qū)域的布局和具體需求，引入了噴口送風系統(tǒng)，通過改變氣流組織模式，為運動員提供所需的溫濕度。還可采用變頻風機技術，根據(jù)比賽場地的實時溫度和特性，靈活調整送風量，從而達到最佳的能效比。

通過全空氣系統(tǒng)、噴口送風方式以及變頻風機的綜合應用，不僅可以提高能源的使用效率，降低了空調系統(tǒng)的能耗，同時也顯著提升了體育場館的整體性能，為運動員們創(chuàng)造了一個更為優(yōu)越的比賽環(huán)境。

（2）看臺區(qū)的空調方式。

由于看臺區(qū)存在一定的梯度，我們設計了全空氣系統(tǒng)，采用座位送風型式，實行階梯風口的下方送風和上部側向回風的氣流組織方式。根據(jù)室內人員定位系統(tǒng)提供的位置信息，我們選擇性地進行送風，考慮區(qū)域和人員密度，以提供觀眾區(qū)域最佳的空氣質量，同時可以顯著降低實際空調送風量。空調箱和排風機都采用變頻風機技術，使排風量能夠根據(jù)新風量的變化進行調整。在過渡季節(jié)，我們可以實現(xiàn)全新風運行，從而降低空調系統(tǒng)的能耗，實現(xiàn)低碳減排。

（3）輔助用房區(qū)的空調方式。

針對室內環(huán)境的溫濕度要求較高的輔助用房區(qū)域，進行對其所安裝的系統(tǒng)進行特殊設計。對于轉播室和醫(yī)務室等對室內環(huán)境要求較高的區(qū)域，特別設計了獨立的新風系統(tǒng)和冷熱源，保證這些區(qū)域內的溫度和濕度穩(wěn)定在所需的范圍內，確保相關設備的正常運行和人員的舒適性。對于訓練區(qū)域和健身區(qū)域等，同樣采用了獨立的新風系統(tǒng)和冷熱源，可以有效地減少使用時間之外的能源損耗。

針對輔助用房區(qū)的空調方式設計，需要充分考慮不同區(qū)域的需求，采用獨立的新風系統(tǒng)和冷熱源，以確保室內環(huán)境的穩(wěn)定性和安全性。提高利用效率，從而減少能源的浪費，實現(xiàn)更優(yōu)化的低碳建設，更好地實現(xiàn)體育場館的可持續(xù)發(fā)展和低碳目標。

4、結語

體育場館作為高耗能建筑的代表之一，在空調系統(tǒng)方面存在著建筑體量過大以及賽事功能的特殊性，這導致了高碳排放問題。在進行體育場館空調系統(tǒng)的低碳建設時，應考慮當?shù)氐臍夂蛱攸c，根據(jù)不同項目和不同功能區(qū)域的環(huán)境舒適度需求，最大限度地調整系統(tǒng)的新風比例和送風方式等參數(shù)，以有效降低體育場館空調系統(tǒng)的能耗和碳排放，這將為構建低碳、綠色、可持續(xù)的體育場館提供有力支持。

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基金項目：1.武漢體育學院東湖學者計劃；2.國家體育總局重點研究領域課題（2014B095）；3.武漢體育學院校級科研團隊（21KT02）；4.武漢體育學院“十四五”湖北省優(yōu)勢特色學科（群）（鄂教研﹝2021﹞5號）。

作者簡介：朱祎杰（2002-），女，漢族，浙江紹興人，本科在讀，研究方向：體育工程學；

通訊作者：馬勇（1978-），男，漢族，湖北孝感人，教授，博士生導師，研究方向：體育工程學。