夏熱冬暖地區中小學多功能體育館空調系統設計

吳孝煊

摘 要：本文結合福建省泉州市的工程實例對夏熱冬暖地區中小學多功能體育館的空調通風防排煙設計進行研究，總結了中小學多功能體育館空調設計的形式和特點，并針對性地提出適用于夏熱冬暖地區中小學多功能體育館的空調系統方案，對實際工程的設計具有一定的指導意義。

關鍵詞：夏熱冬暖地區;中小學;體育館;空調設計

中圖分類號：TU201.5;TU831 文獻標識碼：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，中小學體育設施逐漸完善，新建的中小學校都配備了多功能體育館。中小學校的多功能體育館和專業的比賽場館存在較大區別。專業的比賽場館功能分區更明確，內部有較多輔助用房，對空調的要求更為嚴格。而中小學體育館建筑規模較小，對暖通空調設計主要應滿足舒適度和節能的要求。設計內容主要包括冷熱源系統、通風系統、空調系統及防排煙系統[1]。本文結合工程實例對夏熱冬暖地區中小學多功能體育館的空調通風防排煙設計進行探討。

1 項目概況

本工程位于福建省泉州市，屬于夏熱冬暖地區，學校總建筑面積為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。

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

2 系統設計

2.1 主要設計參數

查閱《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》（GB 50736—2012）[2]可以得到泉州市的空調室外計算參數（見表1），同時，可以確定本工程的夏季空調室內設計參數（見表2）。

根據建筑規模、功能布局及圍護結構情況，結合空調室內外設計參數可計算多功能體育館的空調系統負荷：夏季冷負荷約為360.88 kW，新風冷負荷約為149.98 kW，冷指標為227.4 W/m2。

2.2 冷熱源系統選擇

中小學受建筑特點的影響，一般不設置集中的空調冷熱源，教學樓、實驗室、辦公室等教輔用房一般均采用分體空調。但是，多功能體育館屬于高大空間，普通的分體空調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系統。適用于中小學多功能體育館的中央空調系統形式有模塊化風冷熱泵系統、直膨機系統、屋頂式空調系統[3]。模塊化風冷熱泵系統屬于水系統，具有換熱溫差小、舒適性高等優點，但其需要設置水泵和定壓補水設備，管理施工相對較為復雜。直膨機系統和屋頂式空調系統均采用制冷劑系統，系統形式簡單。兩者的不同之處在于：屋頂式空調系統是將室內機和室外機集成于一體，對安裝空間和條件有較為嚴格的限制;直膨機布置更靈活多變，室內機和室外機可以分開布置，室內機可以采用組合式空調機組或是高靜壓風管機，形式更加豐富。無論采用何種系統，均應結合工程地點和建筑結構形式進行合理選擇。

本工程選用2套直膨機+組合式空調機組的形式，單臺組合式空調機組的制冷量為189 kW，送風量為28 000 m3/h，2臺組合式空氣處理機組設置在夾層空調機房內，室外機就近布置于外墻處。本工程采用直膨機+組合式空調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構，屋面實質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機組;其次，模塊化風冷熱泵系統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，水泵等設備運行噪聲較大，運行管理不便，因此模塊化風冷熱泵也不適用于本工程。

2.3 空調末端形式和氣流組織形式的選擇

2.3.1 空調末端形式。由于多功能體育館使用人數相對較多，散熱散濕量大，因此，其一般采用一次回風全空氣系統，空調末端采用組合式空調機組，新風與回風混合后經表冷器處理，再經送風管道送入室內[4]。

為了節約能源，本工程選用的組合式空調機組可根據室外空氣狀態的變化，夏季高速一次回風運行，最大總新風比可達到30%。在過渡季節，調整排風機和新風、回風閥的開啟度，逐漸增大新風量，直至達到全新風運行，大大降低了空調系統的能耗。組合式空調機組設初效過濾段、中效過濾段、表冷段、加濕段、風機段。全空氣系統設自動溫控系統[5]，實時根據室外空氣溫度進行調節，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機故障報警等系統。

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送下回、分層空調、上送下回、上送上回等方式。

中間側送下回：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，回風口設置在送風口的下部，使人員活動區處于回流區，舒適性得到較大程度提高。該方式的缺點是中間布置風管對建筑裝飾要求較高，容易影響美觀，增加工程造價。

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

上送下回：同中間側送下回，具有回風口在下的優點，缺點需要豎直風管，整體造價高，豎直風管橫截面積較大，需要建筑物的配合。

上送上回：形式簡單，造價便宜，配合旋流或球形風口，特別適用于不供暖只制冷的系統。本工程地處夏熱冬暖地區，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，組合式空調機組全壓選擇500 Pa，以便送風能抵達底部工作區。

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

旋流風口工作時利用出風的旋轉，將空氣以螺旋狀送出，產生相當高的誘導比，使送風與周圍室內空氣迅速混合。電動旋流風口可用開關控制，220 V電動控制調節葉片來調節風量大小，隨意調至送風角度。適用于高大空間的送風。

球形噴口由于采用最佳的空氣動力學噴口結構設計，達到了理想的噪聲控制效果，又由于其高品質的外形設計，可用于音樂廳、劇場、博物館等場所。

散流器是空調系統中常用的送風口，具有均勻散流特性及簡潔美觀的外形，可根據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，但送風高度存在限制。

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

2.4 防排煙系統及通風系統設計

中小學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點不大于30 m的要求，故只能采用機械排煙系統。機械排煙系統凈高10.7 m，有設置噴淋系統。根據《建筑防煙排煙系統技術標準》（GB 51251—2017）可得到多功能體育館的計算排煙風量為111 000 m3/h，排煙系統的設計風量不應小于該系統計算風量的1.2倍[6]。由此得到體育館的設計排煙風量為133 200 m3/h，選用一臺高溫消防排煙風機風量為134 400 m3/h，排煙風機置于夾層的排煙機房內，補風采用門窗自然補風（可開啟門窗不小于7.0 m2），風速不大于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，設置兩個尺寸為2 000 mm×1 000 mm的百葉回風口進行排煙，風口安裝高度為7.2 m。本項目多功能體育館空調通風防排煙平面如圖1所示。

3 結語

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

參考文獻：

[1]辛亞娟，柯尊友，尹亮亮.寒冷地區中小學校建筑暖通空調設計要點分析[J].建筑熱能通風空調，2019（3）：52-56.

[2]住房和城鄉建設部，國家質量監督檢驗檢疫總局.民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范：GB 50736—2012[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3]彭亞美.中小學校報告廳空調系統設計分析[J].安徽建筑，2020（7）：120-121.

[4]徐猛，熊小軍，雷智勇，等.鳳凰山體育中心[J].暖通空調，2020（9）：24-25.

[5]王勛.天津理工大學體育館空調系統設計方案分析[J].課程教育研究，2017（12）：295.

[6]住房和城鄉建設部，國家質量監督檢驗檢疫總局.建筑防煙排煙系統技術標準：GB 51251—2017[S].北京：中國計劃出版社，2017.

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