一次回風(fēng)系統(tǒng)在體育館座椅送風(fēng)場(chǎng)合中的應(yīng)用及適用性分析

唐聰

空調(diào)技術(shù)

一次回風(fēng)系統(tǒng)在體育館座椅送風(fēng)場(chǎng)合中的應(yīng)用及適用性分析

唐聰

（上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200041）

體育館觀眾席座椅送風(fēng)采用的傳統(tǒng)的二次回風(fēng)系統(tǒng)會(huì)帶來(lái)諸如占用空調(diào)機(jī)房面積較大、控制復(fù)雜、投資較大等弊端。本文將提供一種新的思路：通過(guò)適當(dāng)降低觀眾區(qū)域室內(nèi)濕度的標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)提高溫度標(biāo)準(zhǔn)，從而使采用一次回風(fēng)系統(tǒng)在座椅送風(fēng)場(chǎng)合中成為可行。

座椅送風(fēng)； 一次回風(fēng)； CFD模擬

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，對(duì)體育文化娛樂(lè)的需求也越來(lái)越大，體育館作為人們體育鍛煉、競(jìng)技，娛樂(lè)的重要場(chǎng)所正在全國(guó)各地被越來(lái)越多的建造。對(duì)于一座現(xiàn)代化的多功能體育館而言，為參賽者和觀眾提供舒適的熱濕環(huán)境是至關(guān)重要的，而其中氣流組織的合理性往往又是保持熱濕環(huán)境的關(guān)鍵。

座椅送風(fēng)作為置換通風(fēng)方式之一，具有節(jié)能與舒適的雙重優(yōu)點(diǎn)，在體育館觀眾席中被廣泛使用。目前，考慮到舒適度及置換通風(fēng)的因素，通常采用二次回風(fēng)系統(tǒng)作為座椅送風(fēng)的空氣處理方式以減小送風(fēng)溫差并同時(shí)滿足溫濕度要求，但其所固有的諸如控制復(fù)雜、對(duì)機(jī)房的空間要求較高，初始投資較大等弊端也在實(shí)際應(yīng)用中逐步顯露出來(lái)。

因此，本文考慮到體育館具有間歇性及單次使用時(shí)間較短的使用特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程通過(guò)理論分析計(jì)算并結(jié)合數(shù)值模擬探討將一次回風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用于座椅送風(fēng)的可行性，并將其與二次回風(fēng)進(jìn)行對(duì)比，以論證一次回風(fēng)系統(tǒng)對(duì)體育館的座椅送風(fēng)同樣具有可實(shí)施性，能夠滿足多數(shù)觀眾對(duì)熱舒適度的要求。

1一次回風(fēng)系統(tǒng)的適用性分析

1.1 傳統(tǒng)空氣處理方式的弊端及限制因素

體育館的座椅送風(fēng)通常是通過(guò)專用的座椅旋流風(fēng)口將經(jīng)過(guò)空調(diào)機(jī)組處理的冷風(fēng)直接吹至觀眾膝蓋處。為防止相關(guān)人員產(chǎn)生不適感覺(jué)，需對(duì)送風(fēng)的風(fēng)速以及送風(fēng)溫差有較嚴(yán)格的限制。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，送風(fēng)風(fēng)速一般不大于0.25m/s，送風(fēng)溫差控制在4～6℃。由于送風(fēng)溫差的限制，傳統(tǒng)上采用二次回風(fēng)系統(tǒng)作為其主要的空氣處理方式，其主要優(yōu)點(diǎn)在于：1）節(jié)能；2）可通過(guò)二次回風(fēng)降低送風(fēng)溫差，提高人員舒適度；3）在滿負(fù)荷即人員滿座的前提下可同時(shí)滿足目標(biāo)區(qū)域溫濕度的要求。

但在工程實(shí)際應(yīng)用中會(huì)發(fā)現(xiàn)二次回風(fēng)的弊端同樣顯而易見(jiàn)。首先，其在人員非滿座（體育建筑經(jīng)常出現(xiàn)的工況）即負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，需采用變動(dòng)一，二次回風(fēng)量進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，往往由于被控風(fēng)閥制作精度而影響室內(nèi)溫濕度的穩(wěn)定，造成運(yùn)行效果與設(shè)計(jì)目標(biāo)偏離。其次，體育館作為高大公共建筑，空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，供座椅送風(fēng)的空調(diào)機(jī)房其面積及空間高度往往受到諸多限制，在很多具體項(xiàng)目中并不具備可實(shí)施的土建條件。再者，投資問(wèn)題如今也越來(lái)越受到業(yè)主的關(guān)注。一個(gè)大型體育場(chǎng)館用于座椅送風(fēng)的空調(diào)機(jī)組數(shù)量達(dá)數(shù)十臺(tái)之多，其機(jī)組全部加裝二次回風(fēng)段對(duì)業(yè)主來(lái)說(shuō)是一筆不小的預(yù)算開(kāi)支，如能簡(jiǎn)化空氣處理方式，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的投資總價(jià)控制來(lái)說(shuō)也是大有裨益的。

鑒于上述不利情況，有必要探索采用一次回風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用于座椅送風(fēng)的可行性。根據(jù)《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]，比賽大廳包括觀眾席的空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)夏季為溫度26～28℃，相對(duì)濕度55%～65%，工程上一般取tn=26℃，φ=60%。要滿足該室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)，采用傳統(tǒng)的一次回風(fēng)系統(tǒng)，其過(guò)程必定是首先把新回風(fēng)混合，然后把混合后的空氣通過(guò)冷盤(pán)管處理到機(jī)器露點(diǎn)，再通過(guò)電加熱把處理后的空氣溫度升到所需要的溫度送至座椅下方的靜壓箱。這一方式因冷熱抵消現(xiàn)象的發(fā)生，從節(jié)能角度考慮是不可取的，對(duì)舒適性空調(diào)而言也是禁止使用的。若不通過(guò)再熱方式將空氣直接以機(jī)器露點(diǎn)狀態(tài)送入，對(duì)于座椅送風(fēng)會(huì)因送風(fēng)溫差過(guò)大給人以嚴(yán)重的不舒適感。同時(shí)，送風(fēng)溫差過(guò)大還會(huì)導(dǎo)致送風(fēng)量過(guò)小，而觀眾席因人員密度較大，其對(duì)通風(fēng)量有一定的要求。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)[2]推薦，每個(gè)座椅送風(fēng)口送風(fēng)量宜在50m3/h左右，故亦不可取。上述兩種因素也正是導(dǎo)致一次回風(fēng)系統(tǒng)在座椅送風(fēng)中應(yīng)用不多的原因。

1.2 一次回風(fēng)在座椅送風(fēng)中的應(yīng)用分析

綜合上節(jié)分析，目前可行也是本文重點(diǎn)要討論的方式就是對(duì)室內(nèi)參數(shù)點(diǎn)做一定的調(diào)整，適當(dāng)降低室內(nèi)濕度的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)提高室內(nèi)溫度標(biāo)準(zhǔn)，這里取室內(nèi)參數(shù)如下：tn=25℃，φ=70%。如圖3所示，該參數(shù)點(diǎn)位于ASHRAE舒適圖的菱形舒適區(qū)[3]內(nèi)，該舒適區(qū)是美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)通過(guò)基于身著0.6～0.8clo服裝坐著的人所做實(shí)驗(yàn)得到的，其權(quán)威性得到了國(guó)際上的認(rèn)可。需要說(shuō)明的是體育館觀眾看臺(tái)的人員著裝和活動(dòng)狀態(tài)正好和這一實(shí)驗(yàn)工況完全吻合，因而這一室內(nèi)參數(shù)點(diǎn)相比傳統(tǒng)的基于《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]而確定的二次回風(fēng)系統(tǒng)的室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)點(diǎn)（該點(diǎn)位于菱形舒適區(qū)[3]外，如圖3所示），其對(duì)體育館觀眾席的適用性更強(qiáng)。確定新的室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)后，采用一次回風(fēng)方式處理到φ=90%線與以該室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)為基礎(chǔ)的熱濕比線的交點(diǎn)，隨后直接送入室內(nèi)座椅下方的靜壓箱。這種方式既能滿足座椅送風(fēng)對(duì)送風(fēng)量的要求又能使送風(fēng)溫差控制在與二次回風(fēng)方式相似的區(qū)間內(nèi)。

相比二次回風(fēng)，一次回風(fēng)系統(tǒng)在控制、投資以及對(duì)土建的要求上優(yōu)勢(shì)是明顯的，其令人擔(dān)憂之處主要在于其室內(nèi)參數(shù)突破了原有規(guī)范的限制，但這一突破并不會(huì)影響相關(guān)人員對(duì)舒適度的要求。原因主要如下：首先，座椅送風(fēng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的混合通風(fēng)系統(tǒng)有所區(qū)別，其通風(fēng)空間濕度并不是一個(gè)定值，而是與溫度分層分布

特性相類似呈梯度分布的特點(diǎn)，其值隨著高度的增加（濕源一般處于通風(fēng)空間底部）迅速降低[4]。這就意味著系統(tǒng)的濕度控制只要保證工作區(qū)即觀眾所坐區(qū)域的濕度滿足熱舒適性的指標(biāo)即可，故而也證明了座椅送風(fēng)是可以用濕度更高的空氣作為送風(fēng)的。其次，由于體育館大多是間歇使用，且人員的衣著與大劇院、音樂(lè)廳也有所差異，人員對(duì)舒適度的要求相對(duì)較低，故而濕度標(biāo)準(zhǔn)的適當(dāng)降低，并不會(huì)嚴(yán)重影響到體育館觀眾的PMV-PPD指標(biāo)，這一點(diǎn)也將在稍后的數(shù)值模擬中得到驗(yàn)證。

綜上所述，盡管二次回風(fēng)系統(tǒng)在座椅送風(fēng)中應(yīng)用廣泛且效果良好，但鑒于其受到諸多限制以及體育館使用的特殊性，在體育館觀眾看臺(tái)區(qū)的座椅送風(fēng)場(chǎng)合中，一次回風(fēng)系統(tǒng)同樣可以作為座椅送風(fēng)的選擇方式之一。

2 系統(tǒng)實(shí)例設(shè)計(jì)

現(xiàn)以蘇州市某體育中心的體育館觀眾看臺(tái)為實(shí)例對(duì)一次回風(fēng)和二次回風(fēng)系統(tǒng)在座椅送風(fēng)中的應(yīng)用進(jìn)行理論上的計(jì)算分析和比較（因冬季工況對(duì)室內(nèi)濕度要求并不高，無(wú)需對(duì)其予以嚴(yán)格控制，故本文主要針對(duì)夏季方案進(jìn)行研究和探討）。

該項(xiàng)目為一座地上五層、局部地下一層的體育館，建筑面積為62152m2。其觀眾看臺(tái)分為兩層，可容納13075座觀眾規(guī)模，均采用座椅送風(fēng)方式，本文以該體育館二層看臺(tái)（觀眾人數(shù)3948人，室外設(shè)計(jì)參tw=34. 4℃，φ=64%）為例，對(duì)其進(jìn)行理論計(jì)算。

2.1 二次回風(fēng)系統(tǒng)夏季處理方案

室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)根據(jù)《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定取值為（tn=26℃，φ=60%）。考慮到座椅送風(fēng)的舒適性要求，取送風(fēng)溫差Δt=5℃，風(fēng)機(jī)溫升取0.5℃。由此確定該區(qū)域室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷Q為487.3kW，濕負(fù)荷W為241.6kg/h，其h-d處理過(guò)程及相關(guān)參數(shù)點(diǎn)如圖3所示，處理過(guò)程中相關(guān)風(fēng)量數(shù)值見(jiàn)表1。

2.2 一次回風(fēng)系統(tǒng)夏季處理方案

取室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)tn=25℃，φ=70%由此確定該區(qū)域室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷Q為488.2kW，濕負(fù)荷W為216.8kg/h，其h-d處理過(guò)程及相關(guān)參數(shù)點(diǎn)如圖4所示，處理過(guò)程中相關(guān)風(fēng)量數(shù)值見(jiàn)表2。

表2 一次回風(fēng)系統(tǒng)冷卻除濕過(guò)程相關(guān)風(fēng)量及制冷量參數(shù)

2.3 一、二次回風(fēng)系統(tǒng)比較

兩種空氣處理方式在焓濕圖（圖3、圖4）上的反映可以清楚的看到通過(guò)適當(dāng)降低觀眾區(qū)域室內(nèi)濕度的標(biāo)準(zhǔn)，使室內(nèi)設(shè)計(jì)點(diǎn)向焓濕圖的右下方做適度的偏移使一次回風(fēng)系統(tǒng)在座椅送風(fēng)場(chǎng)合的應(yīng)用成為了可能，其不僅能夠保證座椅送風(fēng)所需要的送風(fēng)量和送風(fēng)溫差，在制冷量上也因?yàn)闈褙?fù)荷的減小比原有方式有所下降，達(dá)到了節(jié)能的效果。

3 實(shí)例模擬及舒適性（PMV，PPD）分析

本文模擬對(duì)象為上述理論計(jì)算對(duì)象即蘇州市某體育中心體育館二層觀眾看臺(tái)。

3.1 模擬邊界條件

1）座椅送風(fēng)口送風(fēng)速度的確定：由于座椅送風(fēng)具有送風(fēng)路徑較短這一特性，且送風(fēng)口直接面對(duì)觀眾，故其送風(fēng)速度有較嚴(yán)格的限制。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)速一般取0.25m/s左右。2）座椅送風(fēng)口送風(fēng)參數(shù)的確定：根據(jù)本文第二章節(jié)對(duì)兩種系統(tǒng)理論計(jì)算的結(jié)果，我們可以確定:二次回風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)點(diǎn)參數(shù)為to=21℃，φ=74%，一次回風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)點(diǎn)參數(shù)為to=20.3℃，φ=87%。3）座椅送風(fēng)口的選定：本文依據(jù)相關(guān)產(chǎn)品樣本，選擇體育館觀眾席通常采用的側(cè)吹方式作為模型中座椅送風(fēng)的送風(fēng)方式，風(fēng)口直徑為130mm。

3.2 模擬結(jié)果與分析

（1）溫度場(chǎng)

夏季工況下兩種空氣處理方式的溫度場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果如圖5、圖6所示。從圖中溫度場(chǎng)的模擬結(jié)果可以看出室內(nèi)空氣溫度有豎向分層現(xiàn)象，而本文主要針對(duì)的是觀眾看臺(tái)區(qū)域溫度場(chǎng)，可以看出，一次回風(fēng)系統(tǒng)的室內(nèi)溫度略低于二次回風(fēng)，在25℃左右，處于舒適區(qū)范圍之內(nèi)。

（2）濕度場(chǎng)

夏季工況下兩種系統(tǒng)的相對(duì)濕度場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果如圖7、圖8所示。由上述兩圖可以清楚地看到在座椅送風(fēng)中，相對(duì)濕度與溫度的分層現(xiàn)象類似，但與溫度相反，其是隨著高度的增加迅速降低，因而其觀眾區(qū)域濕度要比原先設(shè)定的室內(nèi)參數(shù)要低。其中，二次回風(fēng)系統(tǒng)觀眾看臺(tái)區(qū)域濕度大體都維持在56%左右，比室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)低4%左右，而一次回風(fēng)系統(tǒng)觀眾看臺(tái)區(qū)域濕度則大體維持在65%左右，比室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)低5%左右。可以看出雖然后者的濕度要明顯高過(guò)前者，但兩者都處于舒適區(qū)可接受范圍之內(nèi)。

（3）預(yù)期平均投票-PMV及預(yù)期不滿意百分率PPD

夏季工況下兩種系統(tǒng)處理后的PMV 及PPD值如圖9～圖12所示。從圖中可以看到在觀眾看臺(tái)區(qū)域，二次回風(fēng)系統(tǒng)的PMV值在0.75 左 右 ，PPD值在20%左右,而一次回風(fēng)系統(tǒng)的PMV值在0.85左右，PPD值在25%左右。兩者的數(shù)據(jù)均符合民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[5]中所規(guī)定的熱舒適性指標(biāo)的要求。因此可以得出結(jié)論，雖然傳統(tǒng)的二次回風(fēng)系統(tǒng)其舒適性效果良好，但

一次回風(fēng)系統(tǒng)同樣也可以滿足體育館觀眾看臺(tái)相關(guān)人員對(duì)熱舒適性的要求，可以成為座椅送風(fēng)空氣處理方式的選項(xiàng)之一。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在不影響人員舒適感的前提下針對(duì)體育館座椅送風(fēng)的空氣處理方式，提供了一種新的思路，即通過(guò)適當(dāng)降低觀眾看臺(tái)區(qū)域濕度的標(biāo)準(zhǔn)，提高溫度標(biāo)準(zhǔn)，使一次回風(fēng)系統(tǒng)在座椅送風(fēng)的場(chǎng)合中同樣具有適用性。文章通過(guò)對(duì)這兩種系統(tǒng)的理論計(jì)算和數(shù)值模擬證明了這一思路的可行性。其在保證室內(nèi)特別是座椅區(qū)域范圍內(nèi)熱濕環(huán)境的同時(shí)帶來(lái)了節(jié)省機(jī)房空間、控制策略簡(jiǎn)單、節(jié)省投資、節(jié)能等二次回風(fēng)系統(tǒng)所不具備的優(yōu)勢(shì)。需要指出的是該思路在部分工程（上海市東方體育中心，天門(mén)體育中心）中已經(jīng)得到了實(shí)踐并且取得了良好的使用效果，從而為以后體育館看臺(tái)座椅送風(fēng)的空氣處理方式提供了一種新的借鑒。

[1]JGJ31-2003,體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2003.

[2]陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2008.

[3]ASHRAE.2003 ASHRAE Application Handbooks[M].Atlanta：ASHRAE Inc，2003.

[4]龔光彩，謝賽男，吳京龍，等.座椅送風(fēng)大空間濕度分布模擬[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，35（7）:2124.

[5]GB50736-2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2012.

Application and Applicability Analysis of Primary Return Air System in the Seat Air Supply of the Gymnasium

TANG Cong

（Shanghai Architectural Design&Research Institute Co.，Ltd，Shanghai 200041，China）

Traditional secondaryreturnairsystemappliedintheSpectatorSeatsofGymnasiumwill bringsuchasthe occupationofairconditioningroomareaislarge,complicatedcontrol，highinvestmentandotherdefects.Thepaperwill provideanewidea：by appropriately loweringhumidity standardsandimprovethetemperaturestandardof audiencearea，thus makingtheprimaryreturnairsystemtobeaviableintheseatairsupply.

seatairsupply； primary return air system； CFDsimulation

TU831.8

B

2095-3429（2016）03-0054-05

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.03.013

2016-05-19

修回日期：2016-06-08

唐 聰（1981-），男，上海人，碩士，暖通工程師。