吳孝煊

摘 要：本文結(jié)合福建省泉州市的工程實(shí)例對(duì)夏熱冬暖地區(qū)中小學(xué)多功能體育館的空調(diào)通風(fēng)防排煙設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，總結(jié)了中小學(xué)多功能體育館空調(diào)設(shè)計(jì)的形式和特點(diǎn)，并針對(duì)性地提出適用于夏熱冬暖地區(qū)中小學(xué)多功能體育館的空調(diào)系統(tǒng)方案，對(duì)實(shí)際工程的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：夏熱冬暖地區(qū);中小學(xué);體育館;空調(diào)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU201.5;TU831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(xué)體育設(shè)施逐漸完善，新建的中小學(xué)校都配備了多功能體育館。中小學(xué)校的多功能體育館和專業(yè)的比賽場(chǎng)館存在較大區(qū)別。專業(yè)的比賽場(chǎng)館功能分區(qū)更明確，內(nèi)部有較多輔助用房，對(duì)空調(diào)的要求更為嚴(yán)格。而中小學(xué)體育館建筑規(guī)模較小，對(duì)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)主要應(yīng)滿足舒適度和節(jié)能的要求。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括冷熱源系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及防排煙系統(tǒng)[1]。本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)夏熱冬暖地區(qū)中小學(xué)多功能體育館的空調(diào)通風(fēng)防排煙設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1 項(xiàng)目概況

本工程位于福建省泉州市，屬于夏熱冬暖地區(qū)，學(xué)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(qū)冬季采暖室外計(jì)算干球溫度為8.3 ℃，空調(diào)室外計(jì)算干球溫度為6.6 ℃。多功能體育館一般作為學(xué)?；@球館使用，但有時(shí)也用作開學(xué)典禮、畢業(yè)典禮、大型晚會(huì)、報(bào)告廳等學(xué)校慶典活動(dòng)場(chǎng)所，人員密度較高。經(jīng)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(diào)，最終確定只設(shè)置夏季空調(diào)系統(tǒng)，冬季不供暖。夏熱冬暖地區(qū)的中小學(xué)情況基本一致，因此，建議在設(shè)計(jì)多功能體育館空調(diào)時(shí)只需考慮夏季空調(diào)，不需要考慮冬季供暖，除非校方有特殊要求。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

查閱《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50736—2012）[2]可以得到泉州市的空調(diào)室外計(jì)算參數(shù)（見表1），同時(shí)，可以確定本工程的夏季空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)（見表2）。

根據(jù)建筑規(guī)模、功能布局及圍護(hù)結(jié)構(gòu)情況，結(jié)合空調(diào)室內(nèi)外設(shè)計(jì)參數(shù)可計(jì)算多功能體育館的空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷：夏季冷負(fù)荷約為360.88 kW，新風(fēng)冷負(fù)荷約為149.98 kW，冷指標(biāo)為227.4 W/m2。

2.2 冷熱源系統(tǒng)選擇

中小學(xué)受建筑特點(diǎn)的影響，一般不設(shè)置集中的空調(diào)冷熱源，教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)室、辦公室等教輔用房一般均采用分體空調(diào)。但是，多功能體育館屬于高大空間，普通的分體空調(diào)難以滿足其舒適度要求，因此，一般采用獨(dú)立的小型中央空調(diào)系統(tǒng)。適用于中小學(xué)多功能體育館的中央空調(diào)系統(tǒng)形式有模塊化風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)、直膨機(jī)系統(tǒng)、屋頂式空調(diào)系統(tǒng)[3]。模塊化風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)屬于水系統(tǒng)，具有換熱溫差小、舒適性高等優(yōu)點(diǎn)，但其需要設(shè)置水泵和定壓補(bǔ)水設(shè)備，管理施工相對(duì)較為復(fù)雜。直膨機(jī)系統(tǒng)和屋頂式空調(diào)系統(tǒng)均采用制冷劑系統(tǒng)，系統(tǒng)形式簡單。兩者的不同之處在于：屋頂式空調(diào)系統(tǒng)是將室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)集成于一體，對(duì)安裝空間和條件有較為嚴(yán)格的限制;直膨機(jī)布置更靈活多變，室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)可以分開布置，室內(nèi)機(jī)可以采用組合式空調(diào)機(jī)組或是高靜壓風(fēng)管機(jī)，形式更加豐富。無論采用何種系統(tǒng)，均應(yīng)結(jié)合工程地點(diǎn)和建筑結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行合理選擇。

本工程選用2套直膨機(jī)+組合式空調(diào)機(jī)組的形式，單臺(tái)組合式空調(diào)機(jī)組的制冷量為189 kW，送風(fēng)量為28 000 m3/h，2臺(tái)組合式空氣處理機(jī)組設(shè)置在夾層空調(diào)機(jī)房內(nèi)，室外機(jī)就近布置于外墻處。本工程采用直膨機(jī)+組合式空調(diào)機(jī)組的形式主要考慮以下幾個(gè)因素：首先，該多功能體育館是半地下室結(jié)構(gòu)，屋面實(shí)質(zhì)是位于地面的室外露天籃球場(chǎng)，沒有合適的位置布置屋頂式空調(diào)機(jī)組;其次，模塊化風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)占地面積比直膨機(jī)的室外機(jī)大很多，項(xiàng)目周邊布置室外機(jī)的位置大小有限，水泵等設(shè)備運(yùn)行噪聲較大，運(yùn)行管理不便，因此模塊化風(fēng)冷熱泵也不適用于本工程。

2.3 空調(diào)末端形式和氣流組織形式的選擇

2.3.1 空調(diào)末端形式。由于多功能體育館使用人數(shù)相對(duì)較多，散熱散濕量大，因此，其一般采用一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)，空調(diào)末端采用組合式空調(diào)機(jī)組，新風(fēng)與回風(fēng)混合后經(jīng)表冷器處理，再經(jīng)送風(fēng)管道送入室內(nèi)[4]。

為了節(jié)約能源，本工程選用的組合式空調(diào)機(jī)組可根據(jù)室外空氣狀態(tài)的變化，夏季高速一次回風(fēng)運(yùn)行，最大總新風(fēng)比可達(dá)到30%。在過渡季節(jié)，調(diào)整排風(fēng)機(jī)和新風(fēng)、回風(fēng)閥的開啟度，逐漸增大新風(fēng)量，直至達(dá)到全新風(fēng)運(yùn)行，大大降低了空調(diào)系統(tǒng)的能耗。組合式空調(diào)機(jī)組設(shè)初效過濾段、中效過濾段、表冷段、加濕段、風(fēng)機(jī)段。全空氣系統(tǒng)設(shè)自動(dòng)溫控系統(tǒng)[5]，實(shí)時(shí)根據(jù)室外空氣溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低能耗。組合式空氣處理機(jī)組還配套自動(dòng)泄壓閥、過濾器臟堵報(bào)警及風(fēng)機(jī)故障報(bào)警等系統(tǒng)。

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(cè)送下回、分層空調(diào)、上送下回、上送上回等方式。

中間側(cè)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(fēng)口設(shè)置在送風(fēng)口的下部，使人員活動(dòng)區(qū)處于回流區(qū)，舒適性得到較大程度提高。該方式的缺點(diǎn)是中間布置風(fēng)管對(duì)建筑裝飾要求較高，容易影響美觀，增加工程造價(jià)。

分層空調(diào)是指僅對(duì)高大空間的下部區(qū)域進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)，保持一定的溫濕度，而對(duì)上部區(qū)域不做要求的方式。與全室空調(diào)相比，夏季可節(jié)省冷量30%左右，因而節(jié)省了初投資和運(yùn)行能耗。但冬季空調(diào)并不節(jié)能。缺點(diǎn)同中間側(cè)送下回方式。

上送下回：同中間側(cè)送下回，具有回風(fēng)口在下的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)需要豎直風(fēng)管，整體造價(jià)高，豎直風(fēng)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(jià)便宜，配合旋流或球形風(fēng)口，特別適用于不供暖只制冷的系統(tǒng)。本工程地處夏熱冬暖地區(qū)，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(diào)機(jī)組全壓選擇500 Pa，以便送風(fēng)能抵達(dá)底部工作區(qū)。

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

旋流風(fēng)口工作時(shí)利用出風(fēng)的旋轉(zhuǎn)，將空氣以螺旋狀送出，產(chǎn)生相當(dāng)高的誘導(dǎo)比，使送風(fēng)與周圍室內(nèi)空氣迅速混合。電動(dòng)旋流風(fēng)口可用開關(guān)控制，220 V電動(dòng)控制調(diào)節(jié)葉片來調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，隨意調(diào)至送風(fēng)角度。適用于高大空間的送風(fēng)。

球形噴口由于采用最佳的空氣動(dòng)力學(xué)噴口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到了理想的噪聲控制效果，又由于其高品質(zhì)的外形設(shè)計(jì)，可用于音樂廳、劇場(chǎng)、博物館等場(chǎng)所。

散流器是空調(diào)系統(tǒng)中常用的送風(fēng)口，具有均勻散流特性及簡潔美觀的外形，可根據(jù)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(fēng)高度存在限制。

本工程空調(diào)的送風(fēng)口采用直徑為500 mm的球形噴口，屬于普通開關(guān)型，有6組鋁合金葉片，可以通過手動(dòng)調(diào)節(jié)葉片來控制風(fēng)量大小。本工程共有2組，總16個(gè)球形噴口，每個(gè)球形噴口的送風(fēng)量為3 500 m3/h，噴口的安裝高度為7.8 m。

2.4 防排煙系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中小學(xué)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(shè)計(jì)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(jìn)深過大，也無法滿足排煙窗口距離最遠(yuǎn)點(diǎn)不大于30 m的要求，故只能采用機(jī)械排煙系統(tǒng)。機(jī)械排煙系統(tǒng)凈高10.7 m，有設(shè)置噴淋系統(tǒng)。根據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51251—2017）可得到多功能體育館的計(jì)算排煙風(fēng)量為111 000 m3/h，排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)風(fēng)量不應(yīng)小于該系統(tǒng)計(jì)算風(fēng)量的1.2倍[6]。由此得到體育館的設(shè)計(jì)排煙風(fēng)量為133 200 m3/h，選用一臺(tái)高溫消防排煙風(fēng)機(jī)風(fēng)量為134 400 m3/h，排煙風(fēng)機(jī)置于夾層的排煙機(jī)房內(nèi)，補(bǔ)風(fēng)采用門窗自然補(bǔ)風(fēng)（可開啟門窗不小于7.0 m2），風(fēng)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(shè)計(jì)清晰高度為2.70 m，儲(chǔ)煙倉厚度為8 000 mm，煙層高度為4 500 m，設(shè)置兩個(gè)尺寸為2 000 mm×1 000 mm的百葉回風(fēng)口進(jìn)行排煙，風(fēng)口安裝高度為7.2 m。本項(xiàng)目多功能體育館空調(diào)通風(fēng)防排煙平面如圖1所示。

3 結(jié)語

中小學(xué)多功能體育館和專門用于比賽的體育館不盡相同，其設(shè)計(jì)參數(shù)要求略低于比賽場(chǎng)館，在滿足使用舒適性的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)項(xiàng)目所處位置、周邊地形等情況，保證系統(tǒng)形式盡量簡單、運(yùn)行成本低、維護(hù)管理方便。本工程選用直膨機(jī)+組合式空調(diào)機(jī)組的形式。通過對(duì)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的論述，為夏熱冬暖地區(qū)特別是僅需夏季制冷冬季無須供暖的中小學(xué)多功能體育館的建設(shè)和設(shè)計(jì)提供了參考和建議。

參考文獻(xiàn)：

[1]辛亞娟，柯尊友，尹亮亮.寒冷地區(qū)中小學(xué)校建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2019（3）：52-56.

[2]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50736—2012[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[3]彭亞美.中小學(xué)校報(bào)告廳空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diào)，2020（9）：24-25.

[5]王勛.天津理工大學(xué)體育館空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案分析[J].課程教育研究，2017（12）：295.

[6]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB 51251—2017[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2017.

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