双碳目标下体育场馆空调系统的低碳建设研究

摘要：空调系统的碳排放量通常占建筑碳排放比例较大，因此其高效节能运行对降低整体建筑能耗具有重要意义。本文通过对体育场馆空调系统的现状和问题进行分析，发现体育场馆在空调系统方面存在着建筑体量过大以及由于赛事功能的特殊性导致的高碳排放问题。体育场馆空调系统的低碳建设应考虑当地的气候特点，根据不同项目和不同功能区域的环境舒适度需求，最大限度地调整系统的新风比例和送风方式等参数，以有效降低体育场馆空调系统的能耗和碳排放。通过深入研究体育场馆空调系统的低碳建设，可以推动体育场馆在实现双碳目标过程中发挥更大的作用，为体育场馆的可持续发展贡献力量。

关键词：双碳 体育场馆 空调系统 新风 能耗

中图分类号：G80 文献标识码：A 文章编号：1006-8902-（2024）-20-055-3-TBB

引言

人类社会正面临着全球气候变暖这一严峻挑战，该问题对人类的生存和发展构成了极大威胁。中国作为最大的发展中国家和碳排放大国，对全球气候变暖问题持高度关注，并积极采取措施加以应对。中国政府已提出了2030年碳排放达到峰值、预计实现2060年碳中和的目标。根据数据统计，我国的建筑全过程碳排放总量在2020年达到了50.8亿吨，建筑运行阶段的碳排放占21.6亿吨，其中公共建筑的碳排放占8.34亿吨，约占建筑碳排放总量的38.6%。然而，我国空调系统所消耗能源占我国社会总能耗的21.7%，因此，高效节能地运行空调系统对整体建筑能耗降低以及实现双碳目标具有重要意义。

目前，国内外对体育场馆碳排放问题给予了高度关注，相关研究成果也颇为丰富。黄睿（2011）从环境保护、功能设计、材料选择和场馆管理等方面探讨了体育场馆可持续发展和节能减排的问题。Xie Y C等（2013）从体育生态的角度，对大型体育场馆的绿色建设体系及其当前的发展利用状况进行了深入分析和研究，并提出了大型体育场馆的绿色可持续发展模式建议。陈晓欣等（2016）在分析体育建筑能耗特征的基础上，分析计算出碳排放量。Chen X等（2018）则通过“绿色体育”的概念，呼吁体育基础设施的绿色表现、体育制造的绿色生产以及体育界对绿色的意识。陆瑶等（2022）通过构建适用于体育场馆类微观建筑水系统的水—能—碳足迹关联模型，证明使用绿色电力、采用节水器具、中水回用、提高能源利用效率等措施可达到稳定的减排效果。康一亭等（2022）采用基于全生命周期评估（LCA）的碳排放分析计算方法，为大型既有体育场馆类建筑可持续改造减碳提供技术路径和计算方法。宋安鹏等（2022）提出可以通过科学选址、使用绿色建材、采用装配式建筑、信息技术赋能以及各类碳抵消手段等实施路径实现体育场馆的低碳建设。Zhang M等（2022）研究如何在降低二氧化碳排放的同时确保体育馆健身设施的可持续性，并分析了发电机作为可再生能源的技术经济优势，以通过高效的LED照明系统满足体育馆健身设施的亮度需求。

本文运用文献资料法与对比分析法，参考《体育建筑设计规范》《采暖通风与空气调节设计规范》以及《公共建筑节能设计标准》等相关标准，分析了体育场馆空调系统在运行阶段存在的不必要能耗和损失，并提出了具体的节能设计方案，旨在降低体育场馆空调系统在运行过程中的碳排放，为中国未来不同种类的体育场馆低碳建设提供实践指导。

1、体育场馆空调系统低碳建设的背景

1.1、双碳目标的提出

全球气候变暖是全人类面临的一项严峻挑战。在2015年的联合国气候变化大会上，与会各国共同签署了《巴黎协定》，该协定明确设定了一个目标：将本世纪全球的平均气温上升幅度严格控制在不超过2℃的范围内，并努力将这一上升幅度进一步限制在前工业化时期水平之上的1.5℃以内，以此减缓全球气候变暖的严峻形势。这一协定的目的是倡导全球绿色、低碳和可持续发展。为了减缓气候变暖的加剧，各领域和国家都制订了各自的计划。在党的二十大报告中，习近平总书记再次强调积极稳妥推进碳达峰和碳中和的重大意义，并明确指出，推动绿色发展是实现社会主义现代化国家的内在需求。设定碳达峰和碳中和的“双碳”目标，对于保护生态环境和推动绿色发展具有极其关键的作用，因此已被明确列入“十四五”和“十五五”发展规划，并作为2035年远景目标的重要组成部分。这充分体现了作为一个负责任的大国，中国一icpHA81p4UEY349WGGnXdg==直在积极承担国际责任，推动构建人类命运共同体的决心和担当。

体育产业是经济社会发展的紧密组成部分。《体育强国建设纲要》规划，到2035年，体育产业将成为国民经济的支柱产业，预计其增加值将占当年国内生产总值（GDP）的约4%，并持续推动经济、社会和生态效益的全面提升。为实现这一目标，国家层面出台了一系列政策文件，包括《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》《“十四五”节能减排综合工作方案》以及《“健康中国2030”规划纲要》等。在双碳目标的引领下，体育产业需要以绿色发展为基调，走上绿色低碳循环发展的道路，以满足新发展理念的要求，实现高质量发展。

1.2、体育场馆发展现状

随着我国经济社会的蓬勃发展，体育场馆作为推动全民健身事业的核心基础设施以及发展体育产业的主要支柱，其投资建设的数量和规模均呈现出显著的双增长态势。截至2023年底，我国体育场地建设取得了显著成就，全国体育场地数量已增加至459.27万个，体育场地面积达到40.71亿m2，人均体育场地面积提升至2.89m2。

在国务院2014年发布的《关于加快发展体育产业促进体育消费的若干意见》中，明确提出了我国体育产业的发展蓝图，预计到2025年将构建一个完善且充满活力的体育产业体系，具备布局合理、功能全面以及门类多样的显著特点。在这个体系中，体育场馆建设和运营被视为体育产业的一个重要经济增长点。《全民健身计划（2021-2025年）》进一步为体育装备市场带来新的机遇，将体育场地设施的建设置于突出位置。随着国内城市积极承办各大国际和洲际赛事以及综合性运动会，对体育场馆装备的需求也随之增加。此外，健康意识的日益加强使人们更加热衷于体育活动，城镇居民参与体育锻炼的人数显著增长，这进一步推动了对体育场馆的需求扩大。根据《第六次全国体育场地普查数据公报》的数据，截至2013年底，全国共有体育场地共计169.46万个（其中包括1093座大型体育场馆），室内体育场地则达到16.91万个。体育场馆是绿色建筑的一部分，更是我国全民健身计划的基础设施之一，因此有必要将低碳减排作为关键考虑因素，以更好地满足低碳减排的要求。

2、体育场馆空调系统的现状

2.1、体育场馆建筑特点

在现代经济生活中，体育场馆作为大型公共建筑之一，不仅承担了体育运动的功能，还越来越多地兼顾了其他功能，如演艺、娱乐、展览等。多数体育建筑具备多种体育运动项目的灵活适应性，通常由场地区、看台区和辅助用房区三个主要功能区域构成，根据其使用性质、体育项目类型、观众席位的数量进行场馆的分类。

体育场馆作为大型公共建筑，具有一系列显著特点，包括广阔的场地面积、屋顶高度通常超过10m等外观特征。因此，在实际使用中，场馆需要确保不同位置的观众和运动员的舒适性，并且满足不同体育项目练习及比赛所需的温度、湿度、风速和其他条件。

2.2、建筑物空调系统技术

当前，国内外均广泛使用的建筑空调节能技术包括储能技术、热回收技术和空调变频技术。储能技术旨在在电网负荷低谷时存储冷量或热量，以避免在高峰用电时的过度负荷；热回收技术则旨在回收建筑内可再利用的热量，包括排风热回收、空调冷凝热回收以及室内区域的排热量回收等；空调变频技术通过调整电机输入频率以控制转速，从而更有效地管理冷冻机的供回水温度差。

2.3、体育场馆空调系统低碳建设存在的问题

体育场馆为了满足体育赛事和观众观赛的需求，其基地面积大且建筑空间广阔，从而使得自然通风效果较差，无法实现空气的有效流动，从而导致空调系统的能耗明显增加。因此，如何高效地促进室内空气流动成为体育场馆空调系统低碳建设的关键问题之一。

体育场馆观众席会根据不同活动分为场地区和看台区，受比赛区域的视野影响，观众席无法全部售出，比赛的观众人数也有可能未达到预期规划。因此，按照赛事满员情况下启动空调系统必然会增加能源消耗。

体育场馆可以举办多种体育运动项目，而不同的运动项目在常规使用和比赛使用时对室内环境的温湿度、风速等条件都有严格而多样化的要求。因此，实现最低能耗以满足日常使用和各类运动活动对环境的需求，以降低碳排放，是体育场馆空调系统低碳建设的关键挑战。

3、体育场馆空调系统低碳建设的建议

3.1、制定空调运行周期

针对不同地区的气候环境特征和当地的相关政策，制定适应性强的个性化空调运行周期，有助于体育场馆实现更加可持续的运行和管理，实现体育场馆的低碳目标。

在符合当地的绿色低碳、能源环保等政策条件下，充分考虑当地的气候特点制定空调运行周期，最大化_{dwYNO1AdMXSId6yRe6XCow==}提高能源利用效率，减少对环境的负面影响。在高温和寒冷季节侧重于供冷和供暖系统的运行；在季节交替时，考虑采用新风通风模式，确保室内温度舒适性的同时实现空调系统更加环保地运行。

3.2、进行合理新风量的选择

合理选择新风量对于降低空调系统的能耗并提升体育场馆的室内环境质量具有重要意义。首先，应基于人员密度进行新风量的调整。在人员密集的区域，如比赛大厅等，可以适当减少新风量；而在人员相对较少的区域，则可以保证在室内舒适性的前提下，适当增加新风量；其次，应根据室外空气质量对新风量进行选择。当室外空气质量较差时，应当减少新风量的引入，保证室内空气质量优良。

通过综合考虑人员密度和室外空气质量，合理选择新风量，可以在确保室内环境质量的同时，降低空调系统的运行负担，提高能效。

3.3、根据上座率及时调整空调系统

体育场馆在进行建筑设计时，通常是基于赛事满座情况进行规划设计的。然而，在实际运营中，观众区域的上座率往往无法达到满座状态。因此，需要根据上座率的实际情况及时调整空调系统，以符合当前上座率的最优运行状态。在观众上座率较低的情况下，通过空调系统降低总送风量和换气次数，可以减少供暖或制冷的需求。

通过及时调整空调系统以适应观众上座率的变化，这不仅可以降低能源消耗，还有助于减轻设备负荷，延长设备寿命，降低维护成本。这有助于在能源利用效率提高的基础上，实现运营成本的降低，同时提高观众体验和社会影响力，为体育场馆的未来发展创造更多机遇。

3.4、不同区域的空调方式

（1）场地区的空调方式。

为确保场地内的温度和风速达到比赛标准，同时兼顾运动员的舒适度体验，针对不同场地可选择不同的系统配置。对于拥有较大空间的比赛场地，可采用全空气系统，确保运动员在激烈的比赛过程中有最佳的舒适环境。此外，可以根据比赛区域的布局和具体需求，引入了喷口送风系统，通过改变气流组织模式，为运动员提供所需的温湿度。还可采用变频风机技术，根据比赛场地的实时温度和特性，灵活调整送风量，从而达到最佳的能效比。

通过全空气系统、喷口送风方式以及变频风机的综合应用，不仅可以提高能源的使用效率，降低了空调系统的能耗，同时也显著提升了体育场馆的整体性能，为运动员们创造了一个更为优越的比赛环境。

（2）看台区的空调方式。

由于看台区存在一定的梯度，我们设计了全空气系统，采用座位送风型式，实行阶梯风口的下方送风和上部侧向回风的气流组织方式。根据室内人员定位系统提供的位置信息，我们选择性地进行送风，考虑区域和人员密度，以提供观众区域最佳的空气质量，同时可以显著降低实际空调送风量。空调箱和排风机都采用变频风机技术，使排风量能够根据新风量的变化进行调整。在过渡季节，我们可以实现全新风运行，从而降低空调系统的能耗，实现低碳减排。

（3）辅助用房区的空调方式。

针对室内环境的温湿度要求较高的辅助用房区域，进行对其所安装的系统进行特殊设计。对于转播室和医务室等对室内环境要求较高的区域，特别设计了独立的新风系统和冷热源，保证这些区域内的温度和湿度稳定在所需的范围内，确保相关设备的正常运行和人员的舒适性。对于训练区域和健身区域等，同样采用了独立的新风系统和冷热源，可以有效地减少使用时间之外的能源损耗。

针对辅助用房区的空调方式设计，需要充分考虑不同区域的需求，采用独立的新风系统和冷热源，以确保室内环境的稳定性和安全性。提高利用效率，从而减少能源的浪费，实现更优化的低碳建设，更好地实现体育场馆的可持续发展和低碳目标。

4、结语

体育场馆作为高耗能建筑的代表之一，在空调系统方面存在着建筑体量过大以及赛事功能的特殊性，这导致了高碳排放问题。在进行体育场馆空调系统的低碳建设时，应考虑当地的气候特点，根据不同项目和不同功能区域的环境舒适度需求，最大限度地调整系统的新风比例和送风方式等参数，以有效降低体育场馆空调系统的能耗和碳排放，这将为构建低碳、绿色、可持续的体育场馆提供有力支持。

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基金项目：1.武汉体育学院东湖学者计划；2.国家体育总局重点研究领域课题（2014B095）；3.武汉体育学院校级科研团队（21KT02）；4.武汉体育学院“十四五”湖北省优势特色学科（群）（鄂教研﹝2021﹞5号）。

作者简介：朱祎杰（2002-），女，汉族，浙江绍兴人，本科在读，研究方向：体育工程学；

通讯作者：马勇（1978-），男，汉族，湖北孝感人，教授，博士生导师，研究方向：体育工程学。