高大游樂空間空調(diào)通風方案分析

虞　杰，周瓊燕

(浙江工業(yè)大學工程設計集團有限公司，浙江 杭州 310014)

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高大游樂空間空調(diào)通風方案分析

虞杰，周瓊燕

(浙江工業(yè)大學工程設計集團有限公司，浙江 杭州 310014)

根據(jù)建設單位的設計任務書要求，分析了水上樂園的負荷特點，重點對水上樂園采用自然通風的形式，運用建筑風環(huán)境和熱環(huán)境軟件進行計算；針對建筑物四周和屋頂各種開窗面積率不同條件下，計算室內(nèi)溫濕度的變化情況，得出了水上樂園如果采用自然通風的方式，室內(nèi)是不能達到一定的溫濕度要求的結論。

建筑物特點；任務書；負荷特點；軟件計算；通風形式

1　工程概況

本項目位于杭州市湘湖景區(qū)中心地帶，距杭州市中心約20 km，隔錢塘江與西湖風景名勝區(qū)相對，與西湖、錢塘江構成杭州旅游風景的金三角；湘湖景區(qū)總規(guī)劃面積51.7 km2，以歷史文化湘湖、自然生態(tài)湘湖、休閑度假湘湖為基礎，將建設成為長三角較具競爭力和活力的大型休閑旅游度假區(qū)域。項目建成以后成為一個全方位服務旅游度假村，可供全家人度假的全新旅游模式，同時也是一個集度假、商務和休閑于一體的旅游勝地，從而開啟中國度假休閑的新紀元。

本項目分成三個相連地塊，緊靠湘湖路的地塊為城市公共地下停車庫用地，總用地面積2.433 hm2。中間地塊是度假村核心——中央設施用地，總用地面積3.507 hm2，總建筑面積52 016 m2，其中地上34 016 m2，地下18 000 m2，包含了室內(nèi)水上樂園、室內(nèi)兒童樂園、餐廳、酒吧、商店及客房組成的度假酒店。第三個地塊為休閑度假區(qū)，由一塊9.3 hm2的建設用地和一塊68.5 hm2的林地租用地組成，總建筑面積16 600 m2，包含了休閑度假屋、餐廳、宴會廳等。

本文主要針對該項目中水上樂園的空調(diào)通風方案進行分析研究，并確定水上樂園的空調(diào)通風方案。水上樂園水平長度128 m，寬度60 m，建筑高度25 m，建筑面積7 680 m2，內(nèi)部布置有游樂泳池、噴泉、假山、兒童游樂、攀巖區(qū)等設施，按照建筑設計要求，不僅4個外立面均采用大量玻璃窗，屋頂也采用大規(guī)模的采光天窗，以達到讓游客在室內(nèi)游玩，也要充分享受陽光、自然空氣的氣息。圖1為水上樂園的透視效果圖，圖2為水上樂園的平面圖。

圖1　水上樂園透視效果圖

圖2　水上樂園平面圖

2　設計要求

本工程建筑物東立面為全玻璃，南立面開窗面積率為30%，西立面、北立面7.2 m以下為實墻，7.2 m以上開窗，屋頂開窗面積應達到40%～60%，為防止太陽輻射和太陽光的直接照射，窗玻璃采用高性能低輻射玻璃(中間充氬氣，傳熱系數(shù)為1.46 W/m2·K)。根據(jù)建設單位提出的設計任務書要求，水上樂園內(nèi)部冬季采暖擬采用地送風地回風，地面設置地暖，夏季是否采用集中空調(diào)系統(tǒng)或采用自然通風系統(tǒng)應通過計算分析確定，建設單位的要求是讓游客在室內(nèi)游玩，享受室外游玩時的陽光、空氣，盡量造成在室內(nèi)游玩猶如置身于大自然的氛圍。冬季采用地暖供暖，能達到設計要求，并在技術上應該無太大難度，本文不再討論；夏季是通過屋頂開啟窗的自然通風解決室內(nèi)

溫濕度的要求，還是設置中央空調(diào)應通過計算分析確定，而采用何種方式解決水上樂園夏季室內(nèi)溫濕度要求，是本工程設計要解決的核心問題。

3　負荷計算

3.1室外氣象參數(shù)

3.1.1夏季

室外大氣壓力1 000.9 hPa，空調(diào)室外計算干球溫度35.6 ℃，空調(diào)室外計算濕球溫度27.9 ℃，通風室外計算溫度32.3 ℃，通風室外計算相對濕度64%，室外平均風速2.4 m/s，最多風向SW，最多風向頻率17%，最多風向的平均風速2.9 m/s[1]。

3.1.2冬季

室外大氣壓力1 021.1 hPa，空調(diào)室外溫度-2.4 ℃，通風室外計算溫度4.3 ℃，空調(diào)室外計算相對濕度76%，室外平均風速2.4 m/s，最多風向CN，多風向頻率分別為18%、11%，最多風向的平均風速3.3 m/s[1]。

3.2室內(nèi)設計參數(shù)

室內(nèi)設計參數(shù)見表1[2-5]。

3.3圍護結構參數(shù)

圍護結構參數(shù)見表2。

3.4負荷計算

本項目采用“鴻業(yè)”空調(diào)負荷計算軟件，計算結果見表3。

表1　室內(nèi)設計參數(shù)

表2　圍護結構參數(shù)

表3　負荷計算結果

負荷計算時其他指標值：設備負荷(W/m2)9.00；照明負荷(W/m2)13.00；人員密度(人/m2)0.04；風力修正系數(shù)1.00；層高修正系數(shù)1.00。

4　方案分析

根據(jù)負荷計算結果分析，夏季如果要達到室內(nèi)溫濕度的設計標準，總冷負荷及單位面積冷負荷指標值都比較大。我們對該項目屋頂天窗開窗位置及開窗面積在不同條件時，通過室內(nèi)風熱環(huán)境模擬分析軟件，分析了該項目不同條件下室內(nèi)溫度場和室內(nèi)風速速度場的分布情況。

根據(jù)《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范(GB 50736—2012)》附錄A的杭州地區(qū)氣象數(shù)據(jù)，本項目模擬條件設置如下[6]：風向：西南風；風速：2.4 m/s；室外干球溫度：35.6 ℃。

屋頂天窗位置的溫度采用室外綜合溫度計算確定。按本項目所采用玻璃窗的參數(shù)和杭州市水平面的太陽輻射數(shù)值，根據(jù)公式(1)計算得室外綜合溫度為47.1 ℃。

室外綜合溫度計算公式

(1)

式中：tse為室外綜合溫度，℃；

te為室外空氣溫度，℃；

l為外表面的太陽輻射照度，W/m2；

ρ為外表面的太陽輻射吸收系數(shù)，無量綱，應按附錄E.3取值：

αe為外表面換熱系數(shù)，W/(m2·K)，應按附錄E.2取值。

4.1假設條件1

項目屋頂總面積7 729m2，屋頂天窗面積為屋頂面積的60%，屋頂天窗可開啟窗面積為300m2，南側和北側可開啟外窗面積為144m2，東側和西側可開啟外窗面積為86m2。該情況下，水上樂園室內(nèi)1.2m和1.5m高度處的風速、1.2m和1.5m高度處的溫度、典型垂直面的風速和溫度分別見圖3～8。

圖3　室內(nèi)1.2 m高度的風速(假設條件1)

圖4　室內(nèi)1.5 m高度的風速(假設條件1)

圖5　室內(nèi)1.2 m高度的溫度(假設條件1)

圖6　室內(nèi)1.5 m高度的溫度(假設條件1)

圖7　典型垂直面的風速(假設條件1)

圖8　典型垂直面的溫度(假設條件1)

4.2假設條件2

項目屋頂總面積7 729m2，屋頂天窗面積為屋頂面積的40%，屋頂天窗可開啟窗面積為300m2,南側和北側可開啟外窗面積為144m2，東側和西側可開啟外窗面積為86m2。該情況下，水上樂園室內(nèi)1.2m和1.5m高度處的風速、1.2m和1.5m高度處的溫度、典型垂直面的風速和溫度分別見圖9～14。

圖9　室內(nèi)1.2 m高度的風速(假設條件2)

圖10　室內(nèi)1.5 m高度的風速(假設條件2)

圖11　室內(nèi)1.2 m高度的溫度(假設條件2)

圖12　室內(nèi)1.5 m高度的溫度(假設條件2)

圖13　典型垂直面的風速(假設條件2)

圖14　典型垂直面的溫度(假設條件2)

4.3假設條件3

項目屋頂總面積7 729m2，屋頂天窗面積為屋頂面積的40%，屋頂天窗可開啟窗面積為150m2,南側和北側可開啟外窗面積為144m2，東側和西側可開啟外窗面積為86m2。該情況下，水上樂園室內(nèi)1.2m和1.5m高度處的風速、1.2m和1.5m高度處的溫度、典型垂直面的風速和溫度分別見圖15～20。

圖15　室內(nèi)1.2 m高度的風速(假設條件3)

圖16　室內(nèi)1.5 m高度的風速(假設條件3)

圖17　室內(nèi)1.2 m高度的溫度(假設條件3)

圖18　室內(nèi)1.5 m高度的溫度(假設條件3)

圖19　典型垂直面的風速(假設條件3)

圖20　典型垂直面的溫度(假設條件3)

4.4假設條件4

項目屋頂總面積7 729m2，屋頂天窗面積為屋頂面積的40%，屋頂天窗可開啟窗面積為150m2，南側和北側可開啟外窗面積為144m2降低到100m2，東側和西側可開啟外窗面積為86m2降低到66m2。該情況下，水上樂園室內(nèi)1.2m和1.5m高度處的風速、1.2m和1.5m高度處的溫度、典型垂直面的風速和溫度分別見圖21～26。

圖21　室內(nèi)1.2 m高度的風速(假設條件4)

圖22　室內(nèi)1.5 m高度的風速(假設條件4)

圖23　室內(nèi)1.2 m高度的溫度(假設條件4)

圖24　室內(nèi)1.5 m高度的溫度(假設條件4)

圖25　典型垂直面的風速(假設條件4)

圖26　典型垂直面的溫度(假設條件4)

4.5水上樂園室內(nèi)風速場分析

從圖3、圖9、圖15和圖4、圖10、圖16中，假設條件1、假設條件2和假設條件3的1.2m高度和1.5m高度的風速部分基本一致，由此可見天窗的設置對1.2m高度和1.5m高度風速影響很小。

通過對比圖15、圖21和圖16、圖22，假設條件3和假設條件4的1.2m高度和1.5m高度的風速部分基本一致，由此減少南側外窗可開啟面積對1.2m高度和1.5m高度風速影響很小。

分析其原因如下：

本項目在南立面設置有7個外門，已經(jīng)可以很好地將室外空氣引導入室內(nèi)。加上本項目南立面設置有大面積的高側窗，可以進一步加強室內(nèi)空氣循環(huán)。因此300m2的天窗，對本項目的改善作用比較小。

4.6水上樂園室內(nèi)溫度場分析

從圖5、圖6、圖11、圖12、圖17、圖18中，可以看出屋頂可開啟天窗的設置對1.2m高度和1.5m高度溫度影響較大。高溫區(qū)域分布的面積：假設條件1>假設條件2>假設條件3。

圖23、圖24為假設條件4，減少南向外窗后的1.2m高度和1.5m高度溫度。通過對比高溫區(qū)域的面積發(fā)現(xiàn)，假設條件4>假設條件1。

假設條件1與假設條件2對比，假設條件1的屋頂可開啟天窗面積比假設條件2的屋頂可開啟天窗面積高20%，見圖5、圖6與圖11、圖12。通過分析其結果，可以得出高溫區(qū)域的面積假設條件1比假設條件2增加約50%。

假設條件3與假設條件2相比，屋頂可開啟面積從300m2降低到150m2，見圖11、圖18和圖12、圖6。假設條件3的高溫區(qū)由于采用了較少的屋頂可開啟天窗，可以減少空氣對流得熱。從1.2m高度和1.5m高度的溫度部分，可以看出假設條件3的高溫區(qū)域比假設條件2也相應減少50%左右。

假設條件4與假設條件3對比，其南側可開啟外窗面積從144m2降低到100m2，一定程度上減少了室外空氣進去室內(nèi)的流量，但也降低了室外空氣對天窗的降溫效果。通過對比圖18、圖23和圖6、圖24可以發(fā)現(xiàn)，方案4在1.2m高度和1.5m高度的高溫區(qū)域相對假設條件3明顯提高。

通過對4個假設條件的風速和溫度的對比分析，得出假設條件3這樣的天窗設計較為合理。

5　結　語

風熱環(huán)境模擬分析是按照規(guī)范規(guī)定的設計值室外干球溫度35.6 ℃條件下進行，當室外氣溫低于設計模擬情況下，則風速場和溫度場優(yōu)于現(xiàn)行分析結果；當室外氣溫趨于極端高溫情況下，則溫度場比現(xiàn)行分析結果更劣。并且，室外風速是按照2.4m/s條件分析，當室外風速條件改變的時候，其對應的設計效果也會隨之改變。通過水上樂園室內(nèi)風熱環(huán)境模擬分析軟件的結果可以看出，其室內(nèi)溫度場、風速場分布的情況比較清晰，不管采用何種通風方式，室內(nèi)溫度場、風速場均不能滿足室內(nèi)溫濕度設計要求，可以得出以下結論：該項目通過自然通風的形式不能為游客創(chuàng)造一個舒適的環(huán)境條件；該項目要讓游客在水上樂園內(nèi)舒適地游玩，還需設置集中空調(diào)系統(tǒng)來改變室內(nèi)環(huán)境條件；另外，即使設置集中空調(diào)系統(tǒng)時，在室內(nèi)溫度較高集聚區(qū)域和風速極小區(qū)域也應增設適當?shù)臋C械通風系統(tǒng)，以便改變室內(nèi)空調(diào)通風的效果。

[1]陸耀慶．實用供熱空調(diào)設計手冊[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]中國建筑科學研究院.GB20189—2015公共建筑節(jié)能設計標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[3]浙江大學.DB33/1036—2007公共建筑節(jié)能設計標準[S].北京：中國計劃出版社，2007.

[4]楊毅，任曉東，曹志剛，等.浙江大學藝術考古博物館空調(diào)設計[J].暖通空調(diào),2013,43(9):8-11.

[5]中國建筑科學研究院，中國建筑業(yè)協(xié)會建筑節(jié)能專業(yè)委員會.GB50189—2005公共建筑節(jié)能設計標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[6]中國建筑科學研究院.GB5736—2012民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

Analysis on the Ventilation Scheme of Air Conditionerfor the Tall and Big Recreation Space

YU Jie, ZHOU Qiongyan

2016-03-22

虞杰(1964—)，男，江蘇無錫人，高級工程師，從事暖通空調(diào)設計工作。

TU831.8

A

1008-3707(2016)06-0058-06