体育馆空调与通风系统设计

体育馆空调与通风系统设计

陈鹏飞

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摘要：本论文基于南通卫生高等职业技术学校体育馆项目，全面分析了体育馆空调与通风系统设计。文章详细论述了空调系统、通风系统、消防排烟系统及自控系统的设计策略，旨在为体育馆类大型公共场所的HVAC系统提供设计指导，推动绿色、高效、智能的建筑环境发展。

关键词：空调与通风；冷冻水系统；热水系统；空调自控系统

引言

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对于室内环境舒适度的要求也越来越高。体育馆作为举办各类体育赛事和文化活动的重要场所，其空调与通风系统的设计与运行直接关系到参与者的体验和活动的质量。然而，体育馆因其特殊的空间结构和使用功能，对空调与通风系统提出了更高的要求。传统空调系统在满足舒适性的同时，往往存在能耗高、运行效率低等问题。因此，如何设计一套既高效节能又能满足舒适性要求的空调与通风系统，已成为体育馆建筑设计中亟待解决的关键问题。

1体育馆空调与通风系统设计的理论基础

1.1体育馆空间布局

南通卫生高等职业技术学校体育馆为单层大空间场馆，空间布局上，西侧为主场馆，东侧为功能用房，南北侧设有看台，能够容纳1500至2000人，可以适应篮球、排球、乒乓球、羽毛球等多种体育活动的需求，空调与通风的设计需全面考虑布局以满足热舒适性与节能环保要求。体育馆的设计还考虑了自然光线的引入和通风效果，进一步提高了室内环境的舒适度和节能效率。

1.2空调与通风系统设计原则

1.2.1热舒适性要求

在体育馆这类特殊空间，设计应确保空气温度、湿度、气流速度和分布均匀性达到最优平衡，以适应运动员在高强度运动中对热舒适度的高要求，同时也考虑到观众在观赛过程中对温度的敏感性。通过精确计算和模拟，合理设置空调系统的送风温度、风速和方向，以及空气湿度控制，实现室内环境的热舒适性[1]。

1.2.2节能与环保要求

整体空调与通风系统的设计应遵循节能环保原则，采用高效节能的设备和技术，以及优化系统配置和运行策略，以减少能源消耗和降低运行成本。这包括选择能效比较高的空调设备，利用自然通风和太阳能等可再生能源，实施热回收技术以减少冷热能耗，以及采用智能化控制系统实现能源使用的精细化管理。

2体育馆空调系统设计

2.1空调冷冻负荷

空调系统设计中的空调冷冻负荷计算是确定系统规模和选择合适设备的关键步骤，它涉及到对体育馆内外各种热负荷因素的细致分析，包括太阳辐射、室内照明、人体散热、设备散热以及室内外温差等。设计时需采用精确的计算方法，如逐时负荷计算法，以获得全年不同季节和不同时间段的热负荷数据。这些数据将指导冷冻机、冷却器、风机盘管等关键设备的选型和配置，确保空调系统既能满足最大负荷时的制冷需求，又能在部分负荷下高效运行，实现全年的能源优化和成本节约。

2.2空调热负荷

设计时，需采用热负荷计算软件或经验公式，根据体育馆的具体使用情况和地理位置，详细分析和计算在不同季节、不同时间段以及不同室内外温差下的热负荷变化。热负荷的准确计算对于确定空调系统的容量、选择相应的制冷设备以及设计合理的空气分配系统至关重要，它直接关系到系统的能效比、运行成本以及室内环境的质量。此外，热负荷的计算还需考虑到建筑的保温性能、窗户的朝向和大小、以及可能的遮阳措施等因素，确保空调系统设计既经济又高效，满足体育馆全年无休的热舒适性需求[2]。

2.3空调风系统

（1）对于空间较小的房间，空调风系统的设计方案应侧重于提供高效、静音且占用空间小的解决方案。设计时，首先评估房间的热负荷和所需新风量，然后选择体积小巧、能效高的空调单元，如分体式空调或吊顶式空调，以适应小空间的限制。风管系统应简洁，避免复杂的布局，以减少空气流动阻力和噪音。送风口和回风口的设计要确保空气流动的均匀性，避免直吹人体，同时考虑到室内设备布局和人员活动区域，以实现最佳的气流组织。

（2）对于空间较大的房间，空调风系统的设计需综合考虑空气分布的均匀性、系统的能效以及室内环境的热舒适性。设计时，首先进行详细的热负荷和湿负荷计算，以确定所需的制冷量和风量。选择合适的空调机组，如柜式空调或中央空调系统，它们具备足够的处理能力来满足大空间的需求。风管系统设计要优化气流路径，减少压降和能量损失，同时采用合适的送风口和回风口布局，如散流器、条缝风口或喷口，以实现空气的均匀分布和有效的空气置换[3]。

2.4空调水系统

空调冷冻水、冷却水循环系统图如图1所示。

图1 空调水系统图

2.4.1冷冻水系统

空调系统中的冷冻水系统由冷水机组、蒸发器、循环泵、分水器、集水器、膨胀水箱以及阀门和管道等组成，形成一个循环的路径。本项目设计上采用较大的供回水温差，这样的温差有助于减少管道系统的整体能耗。整个系统的设计旨在通过精确的水流量控制，满足不同区域的冷热需求，同时降低运行成本并提高能源使用效率。

2.4.2热水系统

空调热水系统的设计，核心设备包括高效能的锅炉，其型号依据实际热负荷计算确定，与之配套的循环泵，型号选择需满足系统流量和扬程要求。循环泵通常配备变频驱动，以优化不同负荷条件下的能效。管道系统设计采用耐腐蚀和耐高温的材料，如不锈钢或紫铜管，确保长期稳定运行。保温材料的选择则依据当地气候条件，通常采用高密度聚氨酯泡沫保温，外覆防潮保护层。控制系统设计集成了智能传感器和控制器，包括温度传感器、压力传感器和流量计，安全装置包括安全阀和自动排气阀，确保系统安全高效运行。整个系统设计应注重管道布局、支撑结构和膨胀补偿措施等细节，以适应热膨胀和减小热损失。

2.4.3冷却水系统

本项目冷却水系统设计方案如下：供回水温度为27℃/37℃，以适应特定的热负荷和环境条件。项目选择方形不锈钢冷却塔供给冷却水，冷却塔具备高效散热性能和耐腐蚀特性。冷却水管路系统采用异程式循环系统，这种设计有助于优化水流分布，减少压降，并提高整个系统的热交换效率。

3体育馆通风系统设计

本工程的通风设计采用了有组织的进排风系统，确保空气流通高效有序。

3.1送风口与回风口设计

体育馆送风口与回风口需针对不同部位具体设计，以实现空气的高效分配和收集。送风口通常采用散流器或条缝型风口，布置于体育馆的侧墙或天花板上，以确保气流均匀覆盖观众席和比赛场地。设计时需考虑其调节能力，以便根据体育馆内不同的活动和负荷需求进行风量调整。回风口则多设置于空间的另一侧或较低位置，以促进空气上升后的自然回流，通常配备有过滤网以保证室内空气质量。在观众休息区或走廊，需增设低位回风口，以增强空气循环效果。

3.2排风口设计

排风口的作用是将室内的热空气、湿气和污染物有效排出，以维持室内空气质量和热舒适性。在观众区，排风口采用隐蔽式设计，与建筑结构巧妙融合，使用线性格栅或隐蔽式百叶，以保持体育馆内部的美观和减少空气流动的噪音。在更衣区和洗手间等湿度较大的区域，安装高效率的排气扇或轴流风机，以增强排风能力，防止霉菌生长和不良气味的积聚。对于比赛场地周边，设置地面排风口或低位排风格栅，以排除因运动活动产生的尘埃和热量。对于设备房等特殊区域，则根据具体的热负荷和气味控制需求，配置相应的排风设备，如离心风机或屋顶排风机。排风口的设计会考虑到与送风系统的协同工作，确保空气流动的平衡，避免空气滞留区域的产生[4]。

4消防排烟系统设计

消防排烟系统旨在确保在紧急情况下，尤其是火灾发生时，能够迅速有效地排除室内的烟雾和有害气体，保障人员安全疏散和消防救援的顺利进行。该系统设计通常包括设置在屋顶或墙面的自然或机械式排烟窗，以及与火灾探测器和自动控制系统相连的排烟风机。在关键区域如观众席、走廊和出口附近，会布置一定数量的排烟口，确保烟雾可以被均匀地从这些区域排出。此外，系统设计还需考虑足够的排烟量和负压控制，防止烟雾向无烟区域扩散。

5空调自控系统

5.1空调水系统控制

空调自控系统的水系统控制设计侧重于利用先进的自动化技术实现冷冻水、冷却水和供暖水系统的智能管理。该设计通过部署一系列传感器来监测水温、流量和压力等关键参数，确保系统根据实际需求自动调节。对于冷冻水系统，自控系统采用变流量控制策略，根据负荷变化自动调节冷冻水泵的运行频率，以优化冷量分配和降低能耗。冷却水系统则通过控制冷却塔风扇和冷却水泵的运行，以及利用室外温度变化进行自由冷却，以提高系统的能效。供暖水系统通过智能控制室内温度设定点，自动调节热源的输出，满足不同区域和不同时间的供暖需求。

5.2空调末端设备控制

自控系统通过集成的温度、湿度传感器以及CO2浓度探测器等，实时收集室内外环境参数，利用智能算法进行数据分析和决策。系统自动调节风机盘管、变风量(VAV)末端以及空气处理单元的运行状态，如调整送风温度、风速和风量，以响应室内热负荷的变化。此外，自控系统还通过集成的执行器对阀门进行精确控制，实现对冷热水流量的调节，优化再热和除湿过程。通过这些自控措施，空调末端设备能够以最经济的能耗提供最佳的室内舒适度。

6结论

综上所述，本文深入探讨了体育馆空调与通风系统设计要点。文章强调体育馆空调与通风系统设计应基于热舒适性、节能与环保原则，同时对体育馆的空调系统的设计，通风系统的设计、消防排烟系统的设计以及空调自控系统的设计进行了细致分析。通过论述，文章旨在为体育馆的空调与通风系统设计提供理论指导，也为类似工程项目提供参考与借鉴。

参考文献

[1]刘鑫,张承虎.兰州某冰篮综合体育馆空调系统方案探讨[J].暖通空调,2021,51(12):49-55+69.

[2]刘弘.体育馆置换通风设计分析[J].工程与建设,2021,35(02):244-245.

[3]李鑫.某大学体育馆空调系统设计[J].建筑技艺,2020,(S1):203-205.

[4]赵金发,马康,李立廷,等.多功能体育馆通风空调系统的设计细节探讨[J].建筑节能,2019,47(12):93-96.

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