空調在室內滑雪環境中的作用

2022-07-18 07:33:05 字數 5178 閱讀 8931

為適合不同人群的需要,設定了兩條滑雪道,其中高階道全長250m,初級道全長160m,逐段有不同的坡度,分別為17和11.高低落差60m,建築的最高點高545m,頂部寬24m,底部寬80m.滑雪區的中部設定提公升纜車,兩側設定排水溝。

配電室、製冷機房等裝置用房位於滑雪區坡道下。屋頂為單拱鋼結構,外敷設冷庫板,在拱兩側的最低點設定雨水溝。滑雪館能同時容納500人。

服務區主要為附屬用房,如租賃雪具、更換滑雪服的房間及部分餐飲、洗浴、娛樂用房,該部分採用風機盤管加新風的空調方式,其冷熱源及空調系統與滑雪區相對獨立,在此不作贅述。

2主要設計引數2.1室內設計引數我國現有的設計規範及暖通、空調、製冷手冊尚未提及對滑雪館內設計引數的要求,在確定室內設計引數時,既要考慮滿足人體舒適要求,又要考慮節能執行,借鑑國外多個滑雪館的設計執行狀況和經驗,同時結合本滑雪館的建築構造、空調形式、造雪方式等特點,將室內設計引數確定如下。

滑雪館全年營業期間(10:000:00)室內溫度為-3,相對濕度為6080,新風量為25m3/(人h);造雪及雪場維護期間(0:0010:00)室內溫度為-3。

2.2室外設計引數北京地區室外設計計算引數,參照《冷庫設計規範》,計算滑雪館圍護結構熱流時採用夏季空調計算日平均溫度。

3圍護結構做法圍護結構的效能對滑雪館能否經濟執行起著至關重要的影響,是設計時應重點考慮的問題之一。國外有的滑雪館採用雙層圍護結構,並在頂部設定風機,將傳入夾層的熱量用風機排走。這種做法施工工藝複雜,風機常年運轉能耗大,同時要占用滑雪區的部分面積。

目前保溫隔熱技術已日趨成熟且保溫材料效能得到了不斷改進,本工程採用了單層圍護結構,其傳熱系數能達到甚至優於某些雙層圍護結構的保溫隔熱性能。

3.1外牆及屋頂外牆面積在整個圍護結構中所佔比例較大,因而其保溫效能對滑雪館冷負荷的影響很大。外牆採用帶鍍鋅鋼板面層的保溫複合板,保溫材料為擠塑板。

保溫層的厚度在滿足最小傳熱阻的基礎上,通過比較其初投資和日常執行費用的大小來確定。

同時在保溫板的固定、拼接方面避免冷橋的出現。此外,埋在地下和土壤接觸的滑雪館外圍護結構部分,在保溫層外增設了防潮層。

屋頂還要考慮太陽輻射和防潮隔汽方面的問題,具體做法為在保溫複合板的外側增設了岩棉保溫層和防潮層。此外外牆和屋頂外表面均為金屬本色,增強對太陽光的反射。

3.2滑雪道(含架空地板和保溫地面)設計滑雪道時希望雪層下部分冰雪緩慢自然融化更新,即雪層表面的溫度為-3,而底部的溫度為0左右,此外,架空部分雪道的外表面不能結露。對於埋在地下的雪道來說,因為雪層底部的最低溫度為0左右,不存在像滑冰場或冷庫底板下部土壤凍結的現象,因此該部分雪道可不做架空層,用於土壤防凍的卵石層也可適當減薄。

為滿足各部分溫度的要求,筆者通過計算得到了所需保溫層的厚度(如和所示,現場發泡聚氨酯導熱係數小於003w/(mk))。雪道板傾角為11,室外風速為125m/s時,外表面的表面傳熱系數為7511w/(m2k),在計算時取為8w/(m2k)。通過計算發現,雪道板下表面的表面傳熱系數只要大於4w/(m2k),全年就不存在結露問題。

埋地部分雪道和架空部分雪道的結構分別和。

為了使冰雪自然融化的水通過滑雪館兩側的水溝有組織地排走,雪道上每隔15m設定一條人字形的斜溝,其高度不超過建築面層,而兩側較大的水溝下不保溫,形成熱橋,這種被動式的融雪方式可使雪水自然地排走,而不致凍結。

3.3與服務區相鄰的隔牆滑雪館的南部是服務區,冬夏季均設空調,為了增強通透的視覺效果,窗戶在隔牆上佔的比例非常大。隔牆及窗戶的熱工效能主要是通過防結露的傳熱計算來確定的。

與外牆和屋頂不同,降低窗戶(玻璃和窗框)的傳熱系數可以減少冷負荷,但同時工程造價也提高頗多,例如:普通的中空玻璃(2層6mm的普通玻璃中間帶12mm的空氣層)的傳熱系數為27w/(m2k),標準的真空玻璃傳

熱係數能達到14w/(m2k),窗框的傳熱系數要做到小於15w/(m2k)需要採用木框或玻璃鋼之類的材質。

因此對窗戶傳熱系數的限定僅僅是滿足不結露的要求。

4夏季冷、溼負荷滑雪區的冷負荷隨著季節、場內的滑雪人數、雪層厚度等因素的變化而變化,冷負荷的計算與冷庫有許多相同之處,但又有其自身的特點。該滑雪區的冷負荷構成如所示。

需要說明的是雪的導熱係數隨雪層的疏鬆程度也有一定的變化(雪與冰的導熱係數分別為019和203w/(mk)),在計算時取等效導熱係數10w/(mk),保溫層的導熱係數為003w/(mk),比雪的導熱係數小乙個數量級,因此雪的導熱係數有微小變化對圍護結構總傳熱系數的影響並不大。

中各項冷負荷並不是同時出現的,如營業時間段出現的是由圍護結構、人員、燈光、滑雪纜車和新風構成的冷負荷,非營業時間段(雪維護時間)則是由圍護結構、燈光、雪維護裝置、新風和造雪構成的冷負荷。非營業時間段送新風的主要目的是減少鏟雪車執行時排出的co,nox等廢氣對滑雪區的汙染,新風量靠室內的co感測器來調節,新風負荷與營業時間段保持人體衛生要求的負荷稍有不同。

滑雪區的溼負荷主要包括人員溼負荷和新風濕負荷兩部分,有些文獻提出了滑雪區內存在由雪昇華引起的溼負荷,事實上如果雪場溫度保持在-3,周圍環境不可能提供雪昇華需要的熱量,因而不會發生昇華現象。

滑雪區內人員的溼負荷主要由冷風機負擔,新風的溼負荷主要由熱**轉輪(除濕量170kg/h)和除濕轉輪(除濕量1095kg/h)負擔。

5製冷系統5.1製冷機的選擇製冷機的選擇是製冷設計的重要部分,涉及工程初投資、技術效能及執行維護等多個方面,通過比較活塞式氨製冷機、螺桿式氟利昂製冷機和帶經濟器的螺桿式氨製冷機,本工程採用兩台帶經濟器的螺桿式氨製冷機,雙工況執行。帶經濟器的螺桿壓縮製冷的主要特徵在於中間補氣,是準二級壓縮過程,大大提高了壓縮機的cop值。

營業時間段:螺桿壓縮機排出的高壓氨氣一部分進入蒸發冷凝器,冷凝後的高壓氨液再進入熱虹吸及高壓儲液罐,氨液節流降壓為中壓氨氣進入經濟器,在經濟器內被過冷,再經節流減壓為低壓氨液,進入蒸發器(-15),與乙二醇換熱後氣化,最終被吸入螺桿壓縮機組,進入下一次的壓縮迴圈。在經濟器內閃發蒸氣進入螺桿壓縮機的中壓補氣口。

此時兩台壓縮機在相同的工況下執行。

非營業時間段:與營業時間段不同的是,兩台螺桿壓縮機在不同的工況下執行。氨液從經濟器出來後分為兩路,一路節流減壓後進入造雪機(-27),與水換熱後氣化,再被吸入其中一台螺桿壓縮機組;另一路節流減壓後進入蒸發器(-15),與乙二醇換熱後氣化,進入另一台螺桿壓縮機組。

壓縮機依靠吸氣閥組的開閉來控制某種引數的製冷劑進入。螺桿壓縮機排出的高壓氨氣的另一部分進入冷凝器,加熱用於融霜用到的乙二醇。

製冷機冷凝熱的排放是通過設定在製冷機房外的蒸發冷凝器來實現的。蒸發冷凝器的水箱設在製冷機房內,可防止冬季水凍結。

5.3載冷劑系統載冷劑為質量分數40的乙二醇。製冷機房內設定乙二醇蓄冷箱和乙二醇蓄熱箱。

滑雪館正常執行時,溫度為-11的乙二醇進入蓄冷箱後,由二次幫浦分別供至冷風機、除濕機後的冷卻盤管和吹雪機用空氣冷卻器,換熱後冷乙二醇溫度公升至-6,回到蓄冷箱,然後由一次幫浦供至蒸發器,被氨液重新冷卻。

冷風機融霜用乙二醇從蓄熱箱(29)進入冷風機,放熱後溫度降至25,回至冷凝器被高壓氨氣加熱後繼續迴圈。

冷乙二醇系統和熱乙二醇系統均為雙管異程閉式系統,冷熱乙二醇系統各配一膨脹罐起膨脹和定壓的作用。

5.4冷風機系統滑雪館內設定14臺冷風機,負擔圍護結構、人員、燈光裝置等室內負荷。冷熱乙二醇主幹管獨立設定,支管共用。

製冷時,冷乙二醇管上的電磁閥開啟,融霜時,熱乙二醇管上的電磁閥開啟(冷熱電磁閥不能同時開啟)。最多允許兩台冷風機同時融霜。融霜後的水排入滑雪館兩側的排水溝內。

冷風機系統流程。圖中cgs(cgr)表示冷乙二醇供液(回液)管,hgs(hgr)表示熱乙二醇供液(回液)管,gs和gr分別表示乙二醇供液管和回液管。

6新風除濕系統為保證室內的空氣質素,滑雪館設定了風量為12500m3/h的新風機組,該新風機組包含熱**和除濕兩部分。新風首先進入熱**轉輪,充分利用排風中的冷量,又保證不受排風的汙染,熱**效率為72,經過預冷的新風與部分回風混合,經除濕轉輪絕熱除濕,再被冷卻器冷卻成為低溫乾燥的空氣送入室內。除濕轉輪的再生熱源為天然氣。

新風除濕系統流程如所示。

7造雪系統通常有兩種造雪方式。一種是在滑雪館的頂部設定造雪噴嘴,也就是所謂的噴雪槍,水與低溫壓縮空氣混合後通過噴嘴噴出,在熱膨脹的作用下急劇冷卻,凍結成雪狀物(粒徑在400500m之間),其形狀與質地和真正的雪非常相似。為保證雪的質量,要求室內的溫度低於-5。

考慮到降雪的均勻性,噴嘴的口徑、形狀、排列分布和數量均有一定的要求。另一種造雪方式是在片冰機內將冰刨碎,再通過一台鼓風機經一條靈活的軟管送入滑雪館的下部,軟管末端的管口可移動到雪場的不同位置,再由鏟雪車將雪進行疏鬆和整理。片冰機冷源來自於氨在-27的蒸發。

這種造雪方式要求室內溫度低於0即可。與第一種造雪方式相比,第二種方式初投資較少,同時也省去了噴嘴維護工作,對室內環境的要求低,是目前室內滑雪館和室外滑雪場較多採用的造雪方式。

本工程採用第二種造雪方式,其中造雪機容量的選擇要同時兼顧到初投資以及初次造雪時間的長短。

8自動控制系統滑雪館製冷系統比較複雜,執行模式可分為手動和自動兩種。自動控制有保冷模式、融霜模式和造雪模式,能夠記錄系統中每乙個裝置的啟停狀況,工作時間及其相應的溫度、壓力等引數,並按照這些引數之間預先設定好的邏輯關係去控制系統中某個裝置的動作。例如在保冷時,壓縮機的排氣壓力控制蒸發冷凝器是否工作,滑雪館內溫度感測器和乙二醇蓄冷箱溫度感測器共同作用於冷風機的啟閉,而新風除濕機組的控制訊號來自滑雪館內相對濕度感測器和co感測器。

有關自動控制系統具體內容。

9供暖通風系統按照冷庫設計規範,製冷機房設定散熱器供暖系統,保證機房內冬季溫度為16,機房與服務區供暖系統共用乙個熱源。製冷機房同時設定機械通風和事故通風系統,氨氣報警閥與事故通風機聯鎖,平時主要依靠自然通風。

10設計體會室內滑雪館雪道板的做法通常有兩種,即帶地埋管的系統和不帶地埋管的系統。地埋管指在雪道板下敷設冷盤管,冷盤管內是低溫乙二醇溶液,負擔滑雪館內地板構成的冷負荷。滑雪館內的冷風機負擔屋頂、外牆、燈光、人員和裝置等冷負荷。

該系統對冷風機的布置要求不高,但對施工的要求較高,地板構造做法也與本工程採用的做法有區別,且因為冷盤管內乙二醇的溫度低於0,埋在地下的雪道其下部土壤需要做防凍處理,此外該系統對執行管理要求較高,執行不當,雪道表面會出現較厚的冰層,該冰層凸凹不平,影響雪道的質量。地埋管系統施工起來比較繁複,造價較高,冷盤管約占本工程製冷部分總造價的5以上。

不帶地埋管的系統依靠冷風機來負擔滑雪館內的全部冷負荷。這種系統對冷風機的布置要求較高,冷風機的布置影響到氣流組織是否均勻,是否有氣流死角,如果有大面積的氣流死區的話,該部分雪區溫度較高,從而引起融雪,雪水向下流動後,在溫度較低的地方凍結成冰,進而影響雪道的平整。

通過對世界各地多個滑雪館的調研,帶地埋管的做法和不帶地埋管的做法各佔一半,而且經過多年的執行,兩種做法各有其優缺點。但在近年來新建的滑雪館中,不帶地埋管的做法占多數。

11結語室內滑雪館設計的重點在於製冷系統和節能方面的設計,節能主要體現在保溫和熱**利用兩方面。目前喬波滑雪館已經投入執行,筆者擬進一步撰文介紹其運**況。

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