自然通風體育館實測分析與研究
——以廣東藥科大學體育館為例

周艷瓊，李 晉，唐松林

1.華南理工大學，廣東 廣州 510641

2.空軍廣州工程設計室，廣東 廣州 510052

過去，體育場館主要用于進行體育訓練及舉行賽事，隨著體育產業的發展，慢慢地體育場館開始變成多功能復合化的綜合體，兼具競技、觀演、展覽的功能。有研究表明，在冬季和夏季，可控的自然通風建筑物有很高的舒適度和很好的空氣質量。有學者將純自然通風的大廳與全機械系統和混合動力系統通風的大廳進行了模擬比較，結果顯示受控自然通風比熱回收系統具有更好的性能[1]。可以說，自然通風對于調節室內微氣候是一種十分常見且有效的被動技術，對于體育建筑這種大空間建筑的節能是十分有利的[2-6]。

未來的體育建筑的設計需要應對不斷變化的氣候條件和靈活多變的使用需求，因而良好的自然通風控制以及各種調節室內風熱環境的主動手段協同就非常重要。同時，自然通風有利于室內廢氣的排出和新風的引入，能夠給場館帶來足夠的新鮮空氣，改善室內的空氣品質，同時良好的通風環境還能夠改善室內熱環境，提高人群的熱可接受度。文章選擇了廣東藥科大學體育館作為實測室內風熱環境的對象，研究體育建筑的實際自然通風效果。

1 實測對象概況

廣東藥科大學（大學城校區）體育館位于廣州中心城區東南的小谷圍島廣東藥科大學大學城校區教學區內。該體育館分為1個主館和1個訓練館，此次實測對象為主館，主館南北長約92m、東西長約72m。主體育館整體形態呈北高南低狀，屋面為桁架結構支撐的單坡屋面，南北均有屋檐出挑。體育館個立面采用了豎向長條形的窗戶設計，屋面采用階梯形橫向天窗。室內最低處約11m、最高處約20m。主館為籃球館，并劃分有羽毛球場地，可滿足正式的籃球、羽毛球比賽及日常訓練使用。全館配有4968座，屬于中型體育館，曾作為2010年廣州亞運會的排球館。廣藥體育館采用自然通風結合機械通風的機制，在實測期間完全采用自然通風模式來調節室內微氣候。廣藥體育館外觀及總平面圖見圖1、圖2。

圖1 廣藥體育館外觀

圖2 廣藥體育館總平面圖

2 室內微氣候實測方案

廣藥體育館室內微氣候的實測時間為2020年11—12月，每周進行2d，實測時間處于過渡季，正是廣州地區自然通風潛力最大的季節。選取的測試點共5個（見圖3），分別設置在東、西、南、北四個方向的窗戶處（E、W、S、N）及運動區中心點（M），高度為距地面1.2m。之所以4個測試點不在各個方向的中點，是因為北向中部設置有播音室和電視發送室，東西兩個入口的門平時因為管理原因而關閉，因而4個測試點位置有所調整。每個測試點布置1臺testo480主機、1個風速探頭、1個室內空氣質量探頭。實測獲取的環境數據有各個點的空氣溫度、濕度、風速。實測期間體育館正常開放，開放時間段為10：00～15：00，實測期間無體育賽事，有籃球和羽毛球運動員正常訓練。

圖3 實測測點布置圖

3 實測結果與CFD模擬結果比較分析

3.1 實測結果分析

各測試點風速對比見圖4，南北向與東西向平均風速對比見圖5。

圖4 各測試點風速對比圖

圖5 南北向與東西向平均風速對比圖

廣州地區過渡季室外主導風為北風及東北風，從圖4可看出，N向、E向、W向的通風窗自然通風情況良好，而S向通風窗和場地中心區自然通風的效果一般。從圖5可看出，實測期間，體育館N向、E向、W向通風窗的平均風速分別為0.31m/s、0.61m/s、0.44m/s，人員可以明顯感覺到空氣流動；S向通風窗處的平均風速為0.17m/s，空氣流動較微弱；位于運動區的M點平均風速為0.09m/s，靜止狀態下，幾乎感覺不到空氣流動。

從圖5可看出，體育館進深方向（南北向）的自然通風動力不足，由于建筑進深較大，場館南區的風速衰減明顯；場館中部是下沉式的場地，只有4個出入口，導致通風不暢，難以實現風壓通風；體育館開間向（東西向）的自然通風狀況較好，由于體育館東西向采用了迎向主導風向的傾斜構件設計，有導風的作用，因此過渡季東西向可以很好地引入自然通風。廣藥體育館采用了可開合天窗的設計，由于管理原因，屋頂天窗在實測期間并未打開，這也是導致場館中部通風不暢的原因之一。

實測還比較了各測點的平均溫度，N、S、E、W、M點的平均溫度分別為25.08℃、25.84℃、25.13℃、25.60℃、25.18℃。可以看出，南北向溫度差為0.76℃，由于南北向的測點在不同的高度上，可以反映出體育館在垂直方向的溫差較大，具有采用熱壓通風的潛力，而東西向溫差為0.47℃，在整個實測期間場館保持在一個較為舒適的溫度范圍。實測還同時對場館內的運動人群進行了運動狀態下的熱舒適性研究，超過80%的實測人員對于體育場館運動區域的環境感到舒適。這說明，采用自然通風手段的體育館可以保持一個良好的熱舒適性。

3.2 模擬結果分析

此次室內風環境模擬采用CFD軟件Airpak，根據實測情況可知北側及東側的風速最大，因此將北側及東側設為進風口，西側、南側及天窗為出風口。CFD模擬的主館內自然通風情況見圖6、圖7。

圖6 主體育館1.5m處風速分布圖

圖7 主體育館垂直方向風速分布圖

由圖6可知，主館內1.5m處的風速較小，越靠近場館中心風速趨近于0m/s，這與實測結果相吻合。場館四周高中間低，中心點距離各處通風窗都較遠，風壓通風、熱壓通風的動力均不足，因此此處幾乎沒有氣流流動。

由圖7可知，天窗可以提高室內自然通風效果，從而改善高處的觀眾席區的通風狀況。同時，還可以看出整個場館從北到南風速衰減程度很大，這是因為主館南北向進深較大，風壓通風的路徑較長，導致氣流經進風口進入場館之后迅速衰減，使南向北向風速相差較大。實測期間場館的天窗并未打開，使得實際的通風效果與模擬的狀況有所差異。

4 結論

體育館的北向、東向、西向的通風窗平均風速較大，分別為0.31m/s、0.61m/s、0.44m/s，南向的通風窗平均風速為0.17m/s，場館運動區域為0.09m/s。實測結果表明，在過渡季，主導風向為北風及東北風的情況下，迎向主導風向的通風口北向及東向的平均風速較大；南向通風口由于自然通風路徑較長的原因，此處的風速也較小，而下沉式的場館運動區域幾乎無空氣流動感。

在體育建筑設計策略應用上，有三個方面的策略可以考慮：一是建筑布局上可以考慮迎向主導風向布置，因地制宜，提高室內的通風量和換氣次數；二是在形體上進行考慮，采用迎向主導風向的非對稱形體及在主導風向的迎風面及背風面設計通風口，并在屋面開天窗等手段，促進自然通風；三是通風口的設計上，需要考慮其大小、構造形式及角度，同時針對下沉式場地自然通風動力不足的情況，可以考慮增加一些主動設備促進排風換氣，增加整個場館的舒適度。