海南省陵水体育馆通风空调系统设计

摘要   介绍了海南省陵水体育馆通风空调的主要设计方案，包括空调冷源设置，空调气流组织及比赛场地风速控制的设计思路，总结了设计中的一些经验和问题。

关键词  体育馆  通风空调  气流组织

1 工程概况

    海南省陵水体育馆位于海南省陵水县体育广场，建筑占地面积4638.77m²，总建筑面积7129.46m²。建筑主要用途为体育比赛场馆，观众席区座位总数为2963个，其中固定座位2251个，活动座位712个。该工程建成后作为国家体育总局羽毛球运动中心的冬季训练基地的组成部分，其外观见图1。建筑布局按功能分层布置，一层为运动员、裁判员、工作人员用房、办公室及配电房、冷冻机房、空调机房、消防控制中心，二层为贵宾休息室、声控室、灯控室、广播中心。该馆可以满足蓝球、羽毛球、乒乓球比赛和平时训练的要求。

图1  海南省陵水体育馆外观

 2主要设计参数

陵水县位于海南省东南沿海，为夏热冬暖地区，年平均温度24℃，属于热带季风岛屿型气候。冬季无采暖要求，只考虑夏季供冷。从控制初投资和节省运行费用的角度，日常办公管理用房、休息室均采用分体空调，观众席和比赛区部分设置集中空调系统

3冷源设置

本工程冷源为设置在一层冷冻机房的水冷螺杆式冷水机组，供回水温度为7℃/12℃。空调夏季{zd0}冷负荷通过逐时负荷计算{zd0}值为1471KW，选用2台名义制冷量均为740KW的螺杆式冷水机组，该机组制冷量可在20%~{bfb}范围内进行无级调节。冷冻水泵、冷却水泵分别采用卧式变频空调水泵，为了保持水系统的良好水质，冷冻水、冷却水回水总管上分别设置电子水处理仪，开式膨胀水箱设于二层男厕卫生间吊顶上。冷却水塔设置于室外绿化部分。

4空调系统

比赛大厅呈椭圆型见（图2），长轴直径为70.5m，短轴直径为55.3m。空调风系统采用10套低速全空气组合式空调机分区分层送风，系统布置原则按东、南、西、北4个观众区域对称布置，其中长轴一、三层分别设4个空调送风系统，短轴设2个空调送风系统，总送风量为28000m³/h。一层观众席及比赛场地由2台35000 m³/h、2台30000 m³/h和2台25000 m³/h的组合式空调机组送风，其中比赛场地的送风口采用可调气流双层百叶侧送风口，由一层空调机房经风道送至活动座椅下方。观众席部分的送风口采用座椅下可调旋流风口φ135直接送至观众区。一层长轴方向上的回风可巧妙的利用二层楼梯平台下的回风道侧面开消音百叶，直接回至一层空调机房内。短轴方向上也采用垂直风道侧面开消音百叶的方式回至空调机房。这

图2  比赛大厅平面图

图3  比赛大厅气流组织剖面图

种气流组织形式{zd0}的优点是可实现分层空调，在夏季运行较节能，处理后的空气及新风直接供给观众，空气质量较好，观众席及比赛场地温度场及速度场均匀，比赛场地风速容易控制；缺点是地面送风口易扬尘，风口数量多，为避免吹冷风感，送风温差不能太大（一般4~5℃），送风速度小（一般0.2m/s左右）。

三层观众席由4台25000 m³/h风量的组合式空调机组经垂直风井至送至大厅长轴两端，然后通风延伸至比赛大厅周边的送风管和可调喷口侧送风，共设104个口径为φ250，出口风速4~5m/s，最远身程约为15m，{zd0}垂直高度差为8m。观众座椅下设回风口，经回风管下回至空调机房，具体气流组织详见图3。

为减少制冷设备的噪声、振动对比赛场地的影响，空气处理机房设置在阶梯座位下部。组合式空气处理机分别由混合段、初效过滤段、表冷段、（二次回风段）、送风段组成，详见机房剖面图4。

考虑到比赛大厅气流流速要求：比赛场地在进行小球类（如羽毛球、乒乓球）比赛时，场地内的风速小于0.2m/s，可调节一层活动座椅后的可调气流双层百叶侧送风口，使场地内风速控制在0.2m/s 以

下，其它场地比赛时风速不作严格限制。

图4  组合式空气处理机房剖面图

空调水系统采用两管制变流量系统。由于组合式空气处理机的空调机房均集中设于一层平面环状布置，故水平管同程布置，便于水系统平衡。考虑比赛规模对空调冷负荷的影响，原设计空调水系统冷冻水泵、冷却水泵均采用变频泵，水系统可以实现变流量运行，达到节能运行的目的。但由于建设方考虑到初投资费用的问题，实际安装的水泵改为定频泵。空调水系统原理图见图5。

图5  空调水系统原理图

5通风与排烟系统

本工程一层冷冻机房设置机械送排风系统。卫生间设置机械排风系统。所有无外窗的房间均设置空调及送、排系统。

比赛大厅顶部设置机械排风兼火灾排烟系统，采用4台双速消防离心排烟风机，分别安装在椭图长短轴的两端建筑预留的垂直风井挑板上，排风管穿越在网架中间。平时根据空调系统新风量情况，确定低速开启台数，既将网架顶部余热及时排除，又作为空调新风的出路进行平衡。过渡季节空调系统可增大新、回风比例运行时，4台同时高速运行，{zd0}排风量可达168000 m³/h。发生火灾时，平时通风空调系统全部由消控中心控制关闭，开启排烟风机高速运行。除比赛大厅设有机械排烟系统外，一层不满足自然排烟条件的四个内走道也设有机械排烟系统，{zd0}排烟量为203500 m³/h。

6空调自控

由于到受到工程投资的制约，本工程空调系统控制无法采用直接数字式监控系统。对于机房侧空调水系统，考虑到该部分主要设备运行能耗占空调通风系统总能耗70%左右，为本工程节能运行控制重点环节，如果机组单纯依赖人工进行开停管理、阀门启闭，显然无法实现系统真正节能运行，所以机房侧空调水系统控制设计小型控制器DDC系统，控制设备包括冷水机组、冷冻水泵、冷却塔、冷却水泵等。具体控制要求包括设备启停控制，启停顺序为：先开启冷冻水电动阀及冷冻水泵，再开启冷却水电动阀及冷却水泵，再开启冷却塔风机，{zh1}开启冷水机组（停机顺序与之相反）及状态显示、故障报警，同时还可以进行冷冻水、冷却水温度、压力、流量等参数记录；显示冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔运行台数自动调节，由压差控制器及旁通阀通过DDC控制系统来实现。

组合式空气处理机温湿度控制由设于回风管处的温度传感器、送风管的温度传感器、回风管湿度传感器、风机电机变频器、比例式电动二通调节阀及控制器组成。控制器根据送风温度与设定值比较，先自动调节回风比例，然后调节电动二通阀开度来调节冷冻水流量，从而实现送风温度的控制。控制器根据回风温度与设定值差值比较，优先自动调节电机运行频率，从而实现对风量控制，然后自动调节电动二通阀开度来调节冷冻水流量，从而实现室内温度的控制，湿度控制器根据回风湿度与设定值差比较，达到对湿度控制的目的。

7空调系统的节能

7.1考虑到体育馆比赛大厅利用率不高，其它附属用房均采用分体式空调系统，避免出现不进行体育比赛，仅附属用房使用时，系统运行出现“大马拉小车”的现象，或空调系统根据开不起来的情况。

7.2按功能分区合理划分空调系统，采用分层送风的气流组织形式，特别是比赛区域采用下送上回的方式，减少冷量在非空调区域身空调区转移过程中的损失。

7.3比赛大厅顶部设机械排风，结合过渡季节新回风比增大的运行工况，可开启机械排风机与新风量相平衡。部分不靠外墙的空调机房受新风管尺寸制约末能实现全新风工况运行，但过渡季节的新风比例可达到40~50%。

8、设计体会与总结

本工程于2009年4月正式投入使用以来，空调系统效果基本达到设计要求。笔者总结了一些经验和教训，在此提出参考。

8.1冷源系统设置合理，即满比赛时集中空调系统运行的需要，又考虑到平时附属用房单独使用时分体空调系统的灵活与节能。

8.2比赛大厅的空调风系统划分和气流组织设计合理，室内各区域的风速经过调节基本达到设计的要求，可以满足不同室内比赛，空调效果比较满意。

8.3由于受到计算机软件限制，本工程空调设计未能对体育场馆进行CFD（computational fluid dynamics，计算流体动力学）三维温度场、速度场、压力场等进行空间模拟计算，设计的温度分布无法进行准确的复核及修正。

8.4受工程造价的限制，本工程空调系统的自动控制程度较低，大部分设备的启停只能依赖现场手动控制，运行管理难度较大。

8.5风管在网架上安装时，由于网架为不规则的空间曲线，风管的标高比较难控制，后经现场调整得以解决。

     （CAD图形文件无法插入，谁会的教我一下，谢谢）