辽阳体育馆空调系统节能研究

赵丽丽

摘 要：通过对辽阳体育馆空调系统进行分析，并介绍了变频泵的常用控制策略，对变流量系统进行了能耗分析，讨论变频泵变流量的节能原理和变流量对机组性能的影响，分别对变流量一次调速泵、变流量二次调速泵和定流量一次泵进行能耗分析计算，得出最优节能方式。

关键词：体育馆；空调系统；节能研究

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2015）19022302

1 体育馆的特点概述

1.1 体育馆的建筑功能

按照体育馆的建筑功能来划分，可分为单一功能和综合功能两种。

单一功能，顾名思义是指只能进行单一（一种）比赛项目的场馆，例如专项体操馆、专项游泳馆等。

综合功能体育馆在我国的主要分为两种，一种为体育馆建筑中由于用途需要而设有不同用途和功能类型的房间，除了可以提供某种用途比赛用的比赛大厅外，还设有健身房、休闲室、棋牌室、台球室、咖啡馆等小场馆，例如深圳体育馆。在这种类型的房间除比赛使用外，还可以用于日常训练和娱乐场所，增加该类体育馆的使用频率，提高了使用率，提高了经济效益。

另一种主要指在一座体育馆内的比赛大厅中不仅能进行单一的比赛项目，又可以进行各种比赛目的使用场所，同时在该场地还可以针对各大型表演项目、为各单位提供大型娱乐演出场地或举行大型集会场地等，如北京工人体育馆和首都体育馆。本文研究的体育馆就属于此类。

1.2 体育馆的建筑特点

1.2.1 属于高大空间建筑

体育馆顶棚高度一般都在10m以上，一般不超过30m；如此高度，人人都知道热气流密度小，冷空气的密度大，热空气在上，冷空气在下，热量在顶上形成空间，故体育馆空间建筑中上部热，向下部温度逐渐降低，形成温度梯度。

1.2.2 窗墙比较大

由于体育馆本身的公共建筑特征，一般为钢结构，窗墙比较大，所以要特别注意围护构件表面上较容易结露的问题，特别是窗户和房顶，一定要做保温。

2 体育馆的建筑概述

本体育馆室内空调设计温度、相对湿度：夏季空調设计温度：26℃-28℃，冬季空调设计温度：16℃-18℃，夏季空调相对湿度：55%-65%，冬季空调相对湿度：35%-55%。

空调供热系统分析：

（1）冷、热源。

夏季和冬季的冷、热负荷主要集中7：00-21：00，但夜间值班人员要保证采暖热负荷，因为每个负载是不一样的，峰谷电价政策的实施，是通过比较分析设计得出来的，采用蓄能式地源热泵系统进行加热、冷却。

蓄能式地源热泵空调系统由地源热泵主机和存储消防水池来提供，主要提供空调负荷和热水负荷，两套地源热泵主机作为基载主机。蓄能式地源热泵空调系统，夏天空调冷冻水给水温度7℃，回水温度12℃；冬天则给水为45℃，回水是40℃。根据负荷，地源热泵空调系统在夜间通过能量存储单位的基本负荷，靠冷库消防水池储存；在白天储存能量时利用夜间低谷时段，通过换热器，冷却或加热到用户，从而减少运行时间的单位的基本负荷，从而达到节能的目的。

（2）空调水系统。

冬天和夏天共用一个水系统，采用双管闭式控制循环，垂直立管同程。使用软化水空调水系统的补充水是采用处理后的软化水，采用隔膜气压罐定压。

（3）空调风系统。

比赛馆采用全空气系统，空气由竖井送到赛场顶部的送风风道，向场内送风，观众席分别采用喷口及散流器送风，赛场选用旋流风口向下送风。回风由观众席下回风口汇集到地下回风风道，送回空调处理器内，与室外新风混合，经处理后，再送入馆内，其他辅助房均采用风机盘管空调系统。

场馆的日常排风，由屋顶排风机向外排出。新鲜空气的补充由空调房间中设置吸收新鲜空气送入组合空调器内，与回风充分混合，加工后送入场馆。

3 变频泵原理

3.1变频泵的调速原理

针对于一台水泵进行变频调速时，水泵的扬程、流量、功率与转速之间的关系为：

从公式中可见，水泵的流量和转速成正比，水泵的扬程和转速成平方比，水泵的功率和转速成三次方比，水泵的流量可以通过转速来调节，而功率也会大大的降低，降低水泵转速来节能是可行的。

3.2 变流量对机组性能的影响

变冷却水流量对机组性能的影响：在部分负荷时冷却水变流量运行，由冷却水的流量减少，而制冷剂的流量不变，所以冷却水出口温度降低，冷凝温度也随之降低，由换热公式知冷却水侧换热系数与流量的0.8次方成正比。故总换热系数下降使机组的效率下降，从而抵消了部分水泵变流量所节约的电能，那冷却水泵变频到底能否节能，与定流量相比，采用变流量，当水泵所占空调能耗少时，变频泵不节能，当水泵功耗大的时候，节能效果显著，在不同冷却水泵功耗比重下的节能效果是不同的，当功耗水泵功耗比重越大，节能效果越明显。

变冷冻水流量对机组性能系数的影响：当蒸发器采用变流量运行时，其流量随着用户负荷的变化而变化，当负荷变小时，蒸发器的冷冻水流量变小，对冷水机组而言，当冷冻水量随负荷一起变化时，对冷水机组的影响非常小，几乎无影响，这是因为变流量没有使蒸发温度进一步降低，弥补了换热效率的部分下降。因此可采用一次泵系统，并直接采用变频调速水泵，不但节约投资而且节能显著。

3.3 变频泵常用的控制策略

水泵转速的控制方法有温差控制和压差控制方法两种。

温差控制方法：温差控制法是通过控制冷水机组的供回水温差为恒定值从而达到减小冷冻水泵供水流量的目的，降低了冷冻水泵的输送动力。

压差控制法：在进行压差控制时，测压点应设在最不利环路负荷两侧。压差传感器测得的压差与控制器设定压差相比较。当实测压差大于压差设定值时，说明用户需水量减少，应调低变频器的输出频率，反之，应调高输出频率，而维持压差不变。采用变频调速比水泵的工频运行节省多少电能，下面将继续分析。

4 变流量系统的能耗分析

前面，对变流量的一次调速泵，冷水机组侧的二次泵为不变流量一级泵，用户侧变化流量调节二级泵，设：

一次泵变流量调节系统中，水泵流量为G1，扬程为H1，二次泵中一级泵定流量的水泵流量为G2，扬程为H2，二级泵变流量的水泵流量为G3，扬程为H3，则G1=G3，

对比公式4和5得出，两个系统在用户测的系统循环中水的Q和H在理论上应该相同，在冷水机组的循环部分不同，在一次泵变化流量的系统中，冷水机组部分的Q和H有变化，而在二次泵循环系统中冷水机组部分的流量和扬程则不变，若冷水机组部分的Q和H减小，水泵的耗能量会降低。

针对于此体育馆，冷水机组的制冷量为1852kW，一次泵水泵的流量G=350t/h，扬程为34m，二次泵的一级泵的水泵流量为350t/h，扬程为16m，二级泵的水泵流量为350t/h，扬程为18m。夏季的空调的制冷时间按720小时算，根据下面的关系式可导出：

N1N2=（Q1）3（Q2）3

（6）

可见，在此体育馆的冷水机组正常运行情况下，一次泵的变流量系统要比一次泵的定流量系统的耗电量节约63%，一次泵的变流量系统要比二次泵的变流量系统的耗电量节约42%。

所以，建议该体育馆的水流量系统，可将空调水系统改成一次泵变化流量系统，泵采用变频调速泵。

参考文献

[1]杨嘉，陈国泰，吴祥生.香港建筑能耗现状特征分析[J].后勤工程学院学报，2004，（3）：2325.

[2]邹月琴，贺绮华.体育建筑空调设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2012：325.

[3]秦正.高等职业技术学院体育馆设计研究[D].西安：西安建筑科技大学，2013：1013.