足球場地暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：介紹足球場地暖系統(tǒng)的構(gòu)成、特性和設(shè)計(jì)實(shí)例。
關(guān)鍵詞：足球場 地暖系統(tǒng) 設(shè)計(jì)
    提高我國足球運(yùn)動水平的一個(gè)重要條件是要有大量高質(zhì)量足球場，北方寒冷地區(qū)因足球場在冬季長時(shí)間積冰、雪，影響了足球比賽和訓(xùn)練。建造或改造使用防凍液地暖草坪的足球場，可為專業(yè)足球隊(duì)比賽、訓(xùn)練和發(fā)展群眾性體育運(yùn)動創(chuàng)造有利條件。俄羅斯自上世紀(jì)末至今，已建造了30多個(gè)有地暖系統(tǒng)的足球場，設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。
    足球場地暖系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示，草坪下敷設(shè)的加熱管由聚乙烯塑料管制作，它們與分配干管及回水干管相連。工作熱媒采用乙二醇水溶液，濃度為30～42%，防凍液濃度大小取決于足球場所在地室外氣溫高低。 

    足球場草坪下加熱管埋設(shè)深度和管間距，與草坪類型、場地地層構(gòu)造和特性有關(guān)，需經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算確定。
    在現(xiàn)有天然草坪的足球場下敷設(shè)加熱管需使用專用切槽車（見圖3），它可在草坪上切開小條草地并把聚乙烯塑料加熱細(xì)管敷入槽中，施工時(shí)不會破壞草坪的完整性。這種埋管工藝包括在地溝中埋入分配干管，只需4～7天時(shí)間，因此可做到不影響原定足球賽日程安排。

    人造草坪足球場加熱管敷設(shè)工藝不同于天然草坪足球場，它在足球場新建或改造時(shí)需開挖，做專門的石子與砂墊層，然后敷設(shè)排水管和加熱管（見圖2）。人造草坪足球場靠人造草、基層和墊層共同保證了場地象天然草坪足球場一樣有足夠的彈性，而地暖系統(tǒng)則保證了它全年都能使用。
    天然草坪足球場與人造草坪足球場不同，在寒冷地區(qū)它仍不能全年不間歇地使用，地暖系統(tǒng)僅起延長使用期作用。深秋，當(dāng)晝夜平均氣溫低于2℃時(shí)，地暖系統(tǒng)開始工作，持續(xù)工作到晝夜平均氣溫降到-10℃，這段時(shí)間足球場始終能正常使用。冬季僅在晝夜溫度低于-10℃時(shí)，地暖系統(tǒng)停止工作，天然草坪處于生物休養(yǎng)期。來年春天，在足球賽事到來之前2～3星期就接通地暖系統(tǒng)，使草坪融雪、干燥，并為草的生長創(chuàng)造有利的溫度條件。
為保持草坪表面給定的溫度0～2℃，所需熱量可按下式計(jì)算： 
 
    上面公式僅是理論上的簡單表達(dá)式，實(shí)際計(jì)算復(fù)雜得多，因?yàn)榉艧嵯禂?shù) 取決于當(dāng)?shù)仫L(fēng)速、風(fēng)向、草的高度和其它一些因素；而導(dǎo)熱系數(shù)λ與地層各層潮濕程度、排水系統(tǒng)的質(zhì)量、雪和冰層厚度等等因素都有關(guān)。
    工作熱媒乙二醇溶液可在熱力站制備，熱力站與城市供熱熱網(wǎng)相連，也可使用燃?xì)鉄崴�鍋爐或電鍋爐，成為自治式熱源。圖5的熱力站一次熱媒來自于熱網(wǎng)或自治式熱源，用板式換熱器加熱乙二醇水溶液，溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)可根據(jù)草坪下傳感器信號保證把草坪表面溫度調(diào)到將近0℃，加熱管旁的溫度天然草坪為15～20℃，人造草坪為25～35℃。 
 
    當(dāng)城市供熱熱網(wǎng)為開式系統(tǒng)（熱用戶直接從熱網(wǎng)中取出熱水使用）時(shí)，足球場地暖系統(tǒng)的熱力站中需設(shè)置有換熱器和循環(huán)泵的輔助回路（中間回路），目的是保護(hù)供熱熱網(wǎng)，以免乙二醇溶液進(jìn)入熱網(wǎng)。輔助回路要裝采樣管，經(jīng)常檢查設(shè)備運(yùn)行的安全狀況，特別是板式換熱器的嚴(yán)密性，看有無防凍液泄漏。
    地暖系統(tǒng)中分配干管的布置型式，對系統(tǒng)造價(jià)與保證草坪整個(gè)面積均勻加熱具有重要作用，宜布置成同程式，即供液干管有兩根（圖7），可使場地邊緣也能充分加熱。分配干管可布置在足球場短邊，也可以在長邊，若考慮標(biāo)準(zhǔn)足球場尺寸為70×110m，分配干管沿長邊布置，則每一供回液環(huán)路長度不超過140m，而若沿短邊布置，則可達(dá)220m。為保證工作熱媒給定的溫降和所需的管道放熱表面積，短的環(huán)路比長的環(huán)路需敷設(shè)更小的管徑和更密的管子。此外，沿長邊布置分配干管做成同程式多用的那段干管也更長些，更費(fèi)管材，且與排水系統(tǒng)的管道難協(xié)調(diào)布置，因此，應(yīng)優(yōu)先考慮選擇分配干管沿球場短邊布置的方案。從圖7可看出供回液干管和中間那根做成同程式用的供液管。

     足球場地暖系統(tǒng)充灌乙二醇溶液要在室外溫度不低于5℃時(shí)進(jìn)行。用槽車上的泵充液，并把加熱管中空氣經(jīng)由熱力站中換熱器上放氣管排出。充滿溶液工作持續(xù)兩晝夜，每充灌完1/5充液總量后進(jìn)行一次檢查，全部充入后再作檢查，之后才接通工作用循環(huán)泵，并檢查系統(tǒng)運(yùn)行情況，注意仍需排氣。
足球場加熱系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)使用了ECL Comfort2000溫控儀（有芯片卡P30），它控制丹佛斯（Danfoss）公司產(chǎn)VF?2電動二通閥，當(dāng)土壤溫度超出給定值（由計(jì)算確定，并進(jìn)行過調(diào)試），二通閥關(guān)小，減少來自熱網(wǎng)或自治式鍋爐房的一次熱媒的流量。調(diào)節(jié)參數(shù)的設(shè)定和調(diào)試過程，見丹佛斯公司的儀器說明書。
    從表1可以看出不同地區(qū)不同的熱負(fù)荷和加熱系統(tǒng)材料消耗量，一些技術(shù)參數(shù)可作參考。
 
    使用乙二醇溶液作防凍液的地暖系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境無害。當(dāng)發(fā)生滲漏時(shí)，很容易被發(fā)現(xiàn)，此時(shí)工作環(huán)路中壓力下降，壓力繼電器開始動作，循環(huán)泵的磁力啟動器觸點(diǎn)斷開，泵停止供液。為防止乙二醇溶液流失，需立即啟動事故泵，把溶液泵入設(shè)置在熱力站中或附近場地上的儲液池，當(dāng)滲漏或事故排除后再把溶液從儲液池用事故泵送入地暖系統(tǒng)。這種用低溫防凍液加熱的系統(tǒng)比其它類型加熱系統(tǒng)（例如電加熱系統(tǒng)）優(yōu)點(diǎn)在于熱媒溫度低，且加熱較均衡，對天然草坪根系生長能造成有利的溫度條件。無論天然草坪或人工草坪地暖系統(tǒng)都能隨外部條件變化較精確調(diào)節(jié)溫度，保證給定的所需溫度值。