夏热冬暖地区中小学多功能体育馆空调系统设计

吴孝煊

摘 要：本文结合福建省泉州市的工程实例对夏热冬暖地区中小学多功能体育馆的空调通风防排烟设计进行研究，总结了中小学多功能体育馆空调设计的形式和特点，并针对性地提出适用于夏热冬暖地区中小学多功能体育馆的空调系统方案，对实际工程的设计具有一定的指导意义。

关键词：夏热冬暖地区;中小学;体育馆;空调设计

中图分类号：TU201.5;TU831 文献标识码：A 文章编号：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，中小学体育设施逐渐完善，新建的中小学校都配备了多功能体育馆。中小学校的多功能体育馆和专业的比赛场馆存在较大区别。专业的比赛场馆功能分区更明确，内部有较多辅助用房，对空调的要求更为严格。而中小学体育馆建筑规模较小，对暖通空调设计主要应满足舒适度和节能的要求。设计内容主要包括冷热源系统、通风系统、空调系统及防排烟系统[1]。本文结合工程实例对夏热冬暖地区中小学多功能体育馆的空调通风防排烟设计进行探讨。

1 项目概况

本工程位于福建省泉州市，属于夏热冬暖地区，学校总建筑面积为67 532 m2。其中，多功能体育馆总建筑面积为1 587 m2，主体1层，空间最大净高为10.7 m，局部夹层为2层。

本工程所处地区冬季采暖室外计算干球温度为8.3 ℃，空调室外计算干球温度为6.6 ℃。多功能体育馆一般作为学校篮球馆使用，但有时也用作开学典礼、毕业典礼、大型晚会、报告厅等学校庆典活动场所，人员密度较高。经和校方沟通后，由于冬季室外温度不是特别低，基本不需要空调，最终确定只设置夏季空调系统，冬季不供暖。夏热冬暖地区的中小学情况基本一致，因此，建议在设计多功能体育馆空调时只需考虑夏季空调，不需要考虑冬季供暖，除非校方有特殊要求。

2 系统设计

2.1 主要设计参数

查阅《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50736—2012）[2]可以得到泉州市的空调室外计算参数（见表1），同时，可以确定本工程的夏季空调室内设计参数（见表2）。

根据建筑规模、功能布局及围护结构情况，结合空调室内外设计参数可计算多功能体育馆的空调系统负荷：夏季冷负荷约为360.88 kW，新风冷负荷约为149.98 kW，冷指标为227.4 W/m2。

2.2 冷热源系统选择

中小学受建筑特点的影响，一般不设置集中的空调冷热源，教学楼、实验室、办公室等教辅用房一般均采用分体空调。但是，多功能体育馆属于高大空间，普通的分体空调难以满足其舒适度要求，因此，一般采用独立的小型中央空调系统。适用于中小学多功能体育馆的中央空调系统形式有模块化风冷热泵系统、直膨机系统、屋顶式空调系统[3]。模块化风冷热泵系统属于水系统，具有换热温差小、舒适性高等优点，但其需要设置水泵和定压补水设备，管理施工相对较为复杂。直膨机系统和屋顶式空调系统均采用制冷剂系统，系统形式简单。两者的不同之处在于：屋顶式空调系统是将室内机和室外机集成于一体，对安装空间和条件有较为严格的限制;直膨机布置更灵活多变，室内机和室外机可以分开布置，室内机可以采用组合式空调机组或是高静压风管机，形式更加丰富。无论采用何种系统，均应结合工程地点和建筑结构形式进行合理选择。

本工程选用2套直膨机+组合式空调机组的形式，单台组合式空调机组的制冷量为189 kW，送风量为28 000 m3/h，2台组合式空气处理机组设置在夹层空调机房内，室外机就近布置于外墙处。本工程采用直膨机+组合式空调机组的形式主要考虑以下几个因素：首先，该多功能体育馆是半地下室结构，屋面实质是位于地面的室外露天篮球场，没有合适的位置布置屋顶式空调机组;其次，模块化风冷热泵系统占地面积比直膨机的室外机大很多，项目周边布置室外机的位置大小有限，水泵等设备运行噪声较大，运行管理不便，因此模块化风冷热泵也不适用于本工程。

2.3 空调末端形式和气流组织形式的选择

2.3.1 空调末端形式。由于多功能体育馆使用人数相对较多，散热散湿量大，因此，其一般采用一次回风全空气系统，空调末端采用组合式空调机组，新风与回风混合后经表冷器处理，再经送风管道送入室内[4]。

为了节约能源，本工程选用的组合式空调机组可根据室外空气状态的变化，夏季高速一次回风运行，最大总新风比可达到30%。在过渡季节，调整排风机和新风、回风阀的开启度，逐渐增大新风量，直至达到全新风运行，大大降低了空调系统的能耗。组合式空调机组设初效过滤段、中效过滤段、表冷段、加湿段、风机段。全空气系统设自动温控系统[5]，实时根据室外空气温度进行调节，降低能耗。组合式空气处理机组还配套自动泄压阀、过滤器脏堵报警及风机故障报警等系统。

2.3.2 气流组织形式。多功能体育馆的气流组织形式通常采用中间侧送下回、分层空调、上送下回、上送上回等方式。

中间侧送下回：净高非常高的多功能体育馆，由于垂直方向上温度梯度大，特别是有供暖的建筑，回风口设置在送风口的下部，使人员活动区处于回流区，舒适性得到较大程度提高。该方式的缺点是中间布置风管对建筑装饰要求较高，容易影响美观，增加工程造价。

分层空调是指仅对高大空间的下部区域进行空气调节，保持一定的温湿度，而对上部区域不做要求的方式。与全室空调相比，夏季可节省冷量30%左右，因而节省了初投资和运行能耗。但冬季空调并不节能。缺点同中间侧送下回方式。

上送下回：同中间侧送下回，具有回风口在下的优点，缺点需要竖直风管，整体造价高，竖直风管横截面积较大，需要建筑物的配合。

上送上回：形式简单，造价便宜，配合旋流或球形风口，特别适用于不供暖只制冷的系统。本工程地处夏热冬暖地区，只有夏季制冷，冬季无须供暖，因而采用较为简单的上送上回的气流组织形式。由于净高较大，组合式空调机组全压选择500 Pa，以便送风能抵达底部工作区。

2.3.3 送风口形式。多功能体育馆的送风口可采用电动旋流风口、球形喷口及散流器等形式，满足不同高度的送风要求。

旋流风口工作时利用出风的旋转，将空气以螺旋状送出，产生相当高的诱导比，使送风与周围室内空气迅速混合。电动旋流风口可用开关控制，220 V电动控制调节叶片来调节风量大小，随意调至送风角度。适用于高大空间的送风。

球形喷口由于采用最佳的空气动力学喷口结构设计，达到了理想的噪声控制效果，又由于其高品质的外形设计，可用于音乐厅、剧场、博物馆等场所。

散流器是空调系统中常用的送风口，具有均匀散流特性及简洁美观的外形，可根据使用要求制成正方形或长方形，能配合任何天花板的装修要求，但送风高度存在限制。

本工程空调的送风口采用直径为500 mm的球形喷口，属于普通开关型，有6组铝合金叶片，可以通过手动调节叶片来控制风量大小。本工程共有2组，总16个球形喷口，每个球形喷口的送風量为3 500 m3/h，喷口的安装高度为7.8 m。

2.4 防排烟系统及通风系统设计

中小学的多功能体育馆净高都大于6 m，属于高大空间，采用自然排烟需要设计的可开启外窗面积较大，通常在50 m2以上。在有多面外墙（不少于2面）的情况下，可开启外窗的面积能符合要求，可以采用自然排烟。

该多功能体育馆由于只有一面外墙，无法满足自然排烟需要的可开启外窗的面积要求，且由于进深过大，也无法满足排烟窗口距离最远点不大于30 m的要求，故只能采用机械排烟系统。机械排烟系统净高10.7 m，有设置喷淋系统。根据《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB 51251—2017）可得到多功能体育馆的计算排烟风量为111 000 m3/h，排烟系统的设计风量不应小于该系统计算风量的1.2倍[6]。由此得到体育馆的设计排烟风量为133 200 m3/h，选用一台高温消防排烟风机风量为134 400 m3/h，排烟风机置于夹层的排烟机房内，补风采用门窗自然补风（可开启门窗不小于7.0 m2），风速不大于3 m/s。

该多功能体育馆的最小清晰高度为2.67 m，设计清晰高度为2.70 m，储烟仓厚度为8 000 mm，烟层高度为4 500 m，设置两个尺寸为2 000 mm×1 000 mm的百叶回风口进行排烟，风口安装高度为7.2 m。本项目多功能体育馆空调通风防排烟平面如图1所示。

3 结语

中小学多功能体育馆和专门用于比赛的体育馆不尽相同，其设计参数要求略低于比赛场馆，在满足使用舒适性的前提下，设计时要根据项目所处位置、周边地形等情况，保证系统形式尽量简单、运行成本低、维护管理方便。本工程选用直膨机+组合式空调机组的形式。通过对本项目设计方案的论述，为夏热冬暖地区特别是仅需夏季制冷冬季无须供暖的中小学多功能体育馆的建设和设计提供了参考和建议。

参考文献：

[1]辛亚娟，柯尊友，尹亮亮.寒冷地区中小学校建筑暖通空调设计要点分析[J].建筑热能通风空调，2019（3）：52-56.

[2]住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范：GB 50736—2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]彭亚美.中小学校报告厅空调系统设计分析[J].安徽建筑，2020（7）：120-121.

[4]徐猛，熊小军，雷智勇，等.凤凰山体育中心[J].暖通空调，2020（9）：24-25.

[5]王勋.天津理工大学体育馆空调系统设计方案分析[J].课程教育研究，2017（12）：295.

[6]住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.建筑防烟排烟系统技术标准：GB 51251—2017[S].北京：中国计划出版社，2017.

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