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阅读 1006 次 高大空间建筑空调系统设计

摘要:近年来随着我国社会经济和建筑事业的发展,高大空间公共建筑不断涌现,该类建筑一般跨度大、层高较高、功能复杂且人员密集,对空调系统的设计参数、温度场分布、气流组织形式以及热舒适性等均有特殊要求。本文结合某高校综合体育训练中心空调系统设计,阐述高大空间空调系统设计要点、节能措施以及分层空调系统的特点及应用。...

 高大空间建筑空调系统设计

申翠娟

西部建筑抗震勘察设计研究院

引言

    近年来随着建筑行业的发展,各种高大空间公共建筑应运而生,如体育馆、影剧院、会展中心、航站楼、候车厅等。高大空间建筑不仅要求自身体形美观大方,各种设施齐全,同时还具有单层面积较大、层高较高、功能多样化、人员密集等特点。此类建筑一般大量采用玻璃幕墙、空调冷负荷较大,垂直方向室内温度呈梯度变化,空调系统设计时需选择合理的室内设计参数、冷热源方案和气流组织形式,在满足室内舒适度的同时节约能耗。本文以某高校综合体育训练中心为例,分析高大空间建筑空调系统设计要点、节能措施以及分层空调系统的特点及应用。

一、工程概况

    本综合体育训练中心位于陕西省西安市,建筑面积28800㎡,建筑高度23m,游泳馆为单层,其余场馆地上三层,局部五层,地下一层为设备用房和汽车库,地上设有篮球、羽毛球、网球、排球、乒乓球等球类场馆以及跆拳道馆、武术馆、健身房、棋牌室、台球室、空调机房等,集体育训练、竞赛、校园文化活动、体育休闲娱乐等多功能于一体。

二、室内外计算参数

    西安市地处寒冷B区,夏季空调室外干球计算温度35℃,室外湿球温度25.8℃,最热月平均相对湿度58%;冬季空调室外干球计算温度-5.7℃,最冷月平均相对湿度66%。

训练馆兼平时训练和正规比赛两种用途,场馆周边均设有单排座位,室内计算参数的确定参考《体育建筑设计规范》JGJ31-2003的建议值,人员数量和新风量的取值综合考虑平时和比赛时的使用要求,并适当兼顾多功能使用的要求。

房间名称

tn(°C)

∅n(%)

新风量

工作区速度

m³/h·人

m/s

游泳馆

27~29

24~26

60~70

≥30

20

0.2

羽毛球、乒乓球馆

26~28

16~18

55~65

≥30

30

0.2

其它训练馆

26~28

16~18

55~65

≥30

30

0.5

健身房

26~28

16~18

55~65

≥30

40

0.25

三、冷热源选择

    经计算空调系统冷负荷为:3284KW,热负荷为:3014KW,冷源采用两台水冷螺杆式冷水机组,制冷量为1640KW/台,机组设在地下室制冷机房内,空调冷冻水供回水温度为7/12℃,冷却塔设置于游泳馆屋面。冬季热源由校区热力管网提供,机房内设置一套板式换热机组,换热后提供60/50℃的热水。

四、空调水系统

    空调水系统采用主机侧定流量,负荷侧变流量的一次泵双管制系统,通过冷(热)水供、回水管间的电动旁通调节阀控制系统供回水总管的压差恒定。冷热水泵各设置三台,其中一台备用。冷冻水系统采用冷量控制冷水机组及其对应的水泵、冷却塔的运行台数;冷却塔风机的运行台数由冷却水回水温度控制。热水系统采用热量和气候补偿器控制换热机组一次水流量及热水循环泵的运行台数。补水定压采用落地式膨胀罐,配备两台补水泵,平时运行一台,初期及事故补水时两台泵同时运行。

五、空调风系统

1、网球排球馆空调系统

    网球排球馆空间高大,建筑面积2920㎡,长73米,宽40米,层高15.5米,屋顶为网架结构,分为网球区和排球区,场地周边设置单排休息座位。空调系统采用全空气定风量一次回风系统,空调机房设置于网球馆西侧相邻区域的顶层,采用3台新风自适应节能型组合式空调机组一次回风运行,内设双风机,单台风量40000m³/h;新风自适应型空调机组根据室内空气CO2浓度监测结果以及室内外空气的比焓,自动调节新风比或转为全新风运行,机组的排风量与之适应。

    当建筑空间高度≥10m且体积>10000m³,且空调区高区与房间总高度之比≤1/2时,宜采用分层空调系统,分层空调是一种仅对室内下部人员活动区进行空调,而不对上部空间进行空调的特殊空调方式,与全室性空调方式相比,分层空调夏季可节省冷量30%左右,因此能节省运行能耗和初投资。该网球馆高度、体积均满足分层空调设置条件,且屋面设有天窗冷负荷较大,故采用分层空调方式。

    网球馆分层空调系统下部空调区气流组织采用侧送、同侧底部回风,空调送、回风管通过竖井引至房间中部,水平送风管沿球馆周边敷设形成围合状,送风口采用电动球形喷口,双侧送风。根据室内网球场净空高度规定:端线6.4米以外的上空净高不小于6.4米,室内屋顶在球网上空的净高不低于11.5米,因此回风干管按底距地6.4米设置,喷口距地8米,相邻喷口间距3米,送风速度5.5m/s,夏季水平送风,多股平行射流互相搭接,送风射程18m。回风干管设于送风管同侧下方,沿侧墙及柱边设置多个回风立管均匀回风,回风口设于房间下部,使人员活动区处于射流回流区。采用均匀回风室内的温度场、速度场较均匀,空调区域温差小,分层效果较好。

    网球馆上部非空调区采用高窗自然进风,屋面天窗自然排风方式,以排除房间上部余热,降低上部空气温度和屋面内表面温度,达到减少非空调区的对流热转移和辐射热转移的效果。该球馆侧墙上方设有大面积高窗,屋面设有天窗,非空调区的得热包括透过围护结构传入室内的热量、通过高侧窗和屋面天窗等进入室内的辐射热、上部设备及照明散热等,其中以屋顶和外窗传入热量和玻璃窗辐射得热为主,非空调区热强度q≥4.2W/m³,因此设置通风设施。所有外窗设置电动开启机构,根据室外温度变化分时段开启,同时由消防控制室联动控制,火灾时全部开启自然排烟。为防止进风干扰空调区的气流组织,进风口设置在非空调区的1/3高度以上。

    分层空调系统夏季节能效果明显,但冬季会加大温度梯度而使耗热量增加,同时空调区垂直温度的均匀性也会变差,为防止热气流上浮,将空调回风口设置于房间两侧下部,喷口采用电动调节,冬季可将送风下倾角调整为大于30°,使送出的热风斜向下吹,同时回风口设置在房间下部,保证热风到达人员活动区。

2、羽毛球馆空调系统

    羽毛球馆建筑面积1900㎡,长55米,宽35米,层高15.5米,屋顶为网架结构。空调系统采用全空气定风量一次回风系统,空调机房设置于球馆东侧区域顶层,采用2台新风自适应节能型组合式空调机组,内设双风机,单台风量50000m³/h。因羽毛球训练场地距地9米范围内要求风速≤0.2m/s,不适合采用分层空调系统侧向送风方式,因此采用顶送顶回的全室性空调系统。为严格控制场地内气流速度,设计时将空调送风管沿场地周边布置,送风口采用旋流风口,沿场地外区布置,顶送风,消除外墙外窗等周边负荷后,冷热空气以较低的风速均匀流过训练场地,然后由设在另一侧顶部的回风口吸入返回空调机组。此气流组织送风射流仅设在房间周边区域,保证训练场地的气流速度满足要求。

3、篮球馆空调系统:

    篮球馆层高为9m,位于网球馆下层,房间上部无屋面冷负荷且层高小于10m,设置分层空调系统节能效果不明显,因此按全室性空调设置。空调机房位于篮球馆东侧,采用2台组合式空调机组,内设双风机和转轮式全热回收装置,单台送风量35000m³/h,其中新风量7000m³/h,回风量28000m³/h,设置热回收装置可有效回收排风中的冷热量,节约能耗。为节约训练场地净高,将空调送回风管均沿场地周边布置,采用喷口双侧对送,同侧底部回风方式,送风射程18米。双侧送风比单侧送风射程短,风口风速小,可有效降低风口处噪音。回风立管沿场地周边均匀布置,保证较均匀的温度场。

4、游泳馆空调系统

    游泳馆建筑面积5800㎡,高12.5米,采用6台热泵式预冷型溶液调湿全空气空调机组,单台风量50000m³/h,气流组织为顶送顶回,送风口采用旋流风口,空调排风系统与消防排烟系统合用风机,根据新风量调整排风机运行台数,过渡季节可实现全新风运行。

5、其它场馆

   乒乓球馆、跆拳道、武术馆、台球馆等场馆采用吊顶式空气处理机组,顶送顶回,单台风量3500~4000m³/h,新、排风由吊顶式全热回收新风换气空调机负担。棋牌室、更衣室、服务室等面积较小房间设置风机盘管+新风系统。

六、设计总结和体会

1、高大空间建筑应优先采用分层空调系统,喷口侧送覆盖范围大,管路布置简单,与建筑装饰易于结合,夏季节能效果明显。当送风射程大于25m时,宜双侧送风,管路布置困难时也可采用单侧双层喷口送风,分别负担远近区域,必要时可在房间中部设置风亭。层高较高且冬季需送热风时,回风口宜设在房间下部。

2、全空气系统采用组合式空气处理机组,当回风管路较长时需设置回风机,同时宜设置热回收段,但设回风机和热回收段的空调机组尺寸较大,高度约3米,对空调机房的平面尺寸及净高要求均较大,设计方案阶段应与土建专业协调,保证机组和风管的安装及检修空间。

 

(本文来源:陕西省土木建筑学会   文径网络设计项目投资中心:刘红娟 尹维维 编辑   刘真 文径 审核)

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