足球场地暖系统的设计

摘 要：介绍足球场地暖系统的构成、特性和设计实例。
关键词：足球场 地暖系统 设计
    提高我国足球运动水平的一个重要条件是要有大量高质量足球场，北方寒冷地区因足球场在冬季长时间积冰、雪，影响了足球比赛和训练。建造或改造使用防冻液地暖草坪的足球场，可为专业足球队比赛、训练和发展群众性体育运动创造有利条件。俄罗斯自上世纪末至今，已建造了30多个有地暖系统的足球场，设计与施工经验可以借鉴。
    足球场地暖系统的构成如图1所示，草坪下敷设的加热管由聚乙烯塑料管制作，它们与分配干管及回水干管相连。工作热媒采用乙二醇水溶液，浓度为30～42%，防冻液浓度大小取决于足球场所在地室外气温高低。 

    足球场草坪下加热管埋设深度和管间距，与草坪类型、场地地层构造和特性有关，需经设计计算确定。
    在现有天然草坪的足球场下敷设加热管需使用专用切槽车（见图3），它可在草坪上切开小条草地并把聚乙烯塑料加热细管敷入槽中，施工时不会破坏草坪的完整性。这种埋管工艺包括在地沟中埋入分配干管，只需4～7天时间，因此可做到不影响原定足球赛日程安排。

    人造草坪足球场加热管敷设工艺不同于天然草坪足球场，它在足球场新建或改造时需开挖，做专门的石子与砂垫层，然后敷设排水管和加热管（见图2）。人造草坪足球场靠人造草、基层和垫层共同保证了场地象天然草坪足球场一样有足够的弹性，而地暖系统则保证了它全年都能使用。
    天然草坪足球场与人造草坪足球场不同，在寒冷地区它仍不能全年不间歇地使用，地暖系统仅起延长使用期作用。深秋，当昼夜平均气温低于2℃时，地暖系统开始工作，持续工作到昼夜平均气温降到-10℃，这段时间足球场始终能正常使用。冬季仅在昼夜温度低于-10℃时，地暖系统停止工作，天然草坪处于生物休养期。来年春天，在足球赛事到来之前2～3星期就接通地暖系统，使草坪融雪、干燥，并为草的生长创造有利的温度条件。
为保持草坪表面给定的温度0～2℃，所需热量可按下式计算： 
 
    上面公式仅是理论上的简单表达式，实际计算复杂得多，因为放热系数 取决于当地风速、风向、草的高度和其它一些因素；而导热系数λ与地层各层潮湿程度、排水系统的质量、雪和冰层厚度等等因素都有关。
    工作热媒乙二醇溶液可在热力站制备，热力站与城市供热热网相连，也可使用燃气热水锅炉或电锅炉，成为自治式热源。图5的热力站一次热媒来自于热网或自治式热源，用板式换热器加热乙二醇水溶液，温度自动调节系统可根据草坪下传感器信号保证把草坪表面温度调到将近0℃，加热管旁的温度天然草坪为15～20℃，人造草坪为25～35℃。 
 
    当城市供热热网为开式系统（热用户直接从热网中取出热水使用）时，足球场地暖系统的热力站中需设置有换热器和循环泵的辅助回路（中间回路），目的是保护供热热网，以免乙二醇溶液进入热网。辅助回路要装采样管，经常检查设备运行的安全状况，特别是板式换热器的严密性，看有无防冻液泄漏。
    地暖系统中分配干管的布置型式，对系统造价与保证草坪整个面积均匀加热具有重要作用，宜布置成同程式，即供液干管有两根（图7），可使场地边缘也能充分加热。分配干管可布置在足球场短边，也可以在长边，若考虑标准足球场尺寸为70×110m，分配干管沿长边布置，则每一供回液环路长度不超过140m，而若沿短边布置，则可达220m。为保证工作热媒给定的温降和所需的管道放热表面积，短的环路比长的环路需敷设更小的管径和更密的管子。此外，沿长边布置分配干管做成同程式多用的那段干管也更长些，更费管材，且与排水系统的管道难协调布置，因此，应优先考虑选择分配干管沿球场短边布置的方案。从图7可看出供回液干管和中间那根做成同程式用的供液管。

     足球场地暖系统充灌乙二醇溶液要在室外温度不低于5℃时进行。用槽车上的泵充液，并把加热管中空气经由热力站中换热器上放气管排出。充满溶液工作持续两昼夜，每充灌完1/5充液总量后进行一次检查，全部充入后再作检查，之后才接通工作用循环泵，并检查系统运行情况，注意仍需排气。
足球场加热系统温度调节使用了ECL Comfort2000温控仪（有芯片卡P30），它控制丹佛斯（Danfoss）公司产VF?2电动二通阀，当土壤温度超出给定值（由计算确定，并进行过调试），二通阀关小，减少来自热网或自治式锅炉房的一次热媒的流量。调节参数的设定和调试过程，见丹佛斯公司的仪器说明书。
    从表1可以看出不同地区不同的热负荷和加热系统材料消耗量，一些技术参数可作参考。
 
    使用乙二醇溶液作防冻液的地暖系统对生态环境无害。当发生渗漏时，很容易被发现，此时工作环路中压力下降，压力继电器开始动作，循环泵的磁力启动器触点断开，泵停止供液。为防止乙二醇溶液流失，需立即启动事故泵，把溶液泵入设置在热力站中或附近场地上的储液池，当渗漏或事故排除后再把溶液从储液池用事故泵送入地暖系统。这种用低温防冻液加热的系统比其它类型加热系统（例如电加热系统）优点在于热媒温度低，且加热较均衡，对天然草坪根系生长能造成有利的温度条件。无论天然草坪或人工草坪地暖系统都能随外部条件变化较精确调节温度，保证给定的所需温度值。