剧场空间置换空调系统的实证研究 之2.doc

剧场空间置换空调系统的实证研究 之2：座椅送风方式谭洪卫，同济大学村田敏夫，日本株式会社 摘要：本研究第1部分对剧场空间置换空调系统的侧送风方式进行了讨论。第2部将对另一送风方式一座椅送风方式作一探讨。如前所述，对于人员密度大，具有阶梯坐席的剧场空间，置换空调方式的应用面临风口如何合理布置，热舒适性如何确保的问题。笔者最近在日本对这一课题结合一工程事例实施了局部模型实验和CFD模拟分析研究。本文论及主要结果，问题点及今后的研究方向。关键词：置换空调，剧场，座椅送风，实验，CFD 一、 座椅空调送风系统分类对规模较大而且地面高差大的观众席区域，为保证向空调对象（观众）提供有效的空调效果和气流的合理分配而出现了座席送风空调系统（包括送风口椅子一体型和分离设置型）。这种方式在欧洲已有应用事例。在日本，1997年在大阪圆形棒球场工程中得到尝试。至今已有了大量工程事例。这种系统主要是为了克服置换空调系统的温度分层在地面高差大的观众席区域的难点，而引入了局域空调的概念。 表1 剧场空间置换主要形式 二、 实验研究：以下是笔者在日本实施的一项实验研究。该研究对一正在实施的市民文化大厅的座椅空调工程设计进行了局部实大模型实验和CFD模拟分析，以确认置换空调中座椅送风系统所形成的温度、气流分布、舒适性评价问题。该建筑空间的坐席区域呈阶梯状，截取其中一部分为实验对象。图3。设计上采用了座席下送风，天顶排风方式，座席下部送风口采用与座席分离型，利用阶梯地面下的空间作为送风静压箱，在阶梯侧面（座椅后下部）设置风口。见图1（d）。为把握阶梯状座席送风系统下形成的局部温热环境，气流形状，舒适性问题，笔者按1：1比例制作了部分模型（见图3，4排5列共计20席位），在实验中进行实测。图3 局部模型实验室图示本文就几个主要问题在此作一探讨。详细参见参考文献1），2）。1 温度分布重点考察夏季工况，座椅下部送风空调时考虑到风口距离近，容易产生冷风不适感，故送风温度条件，座位附近温度分布要有所把握。模型实验实测结果表明，在剧场座位送风空调系统中以密集人体发热为主要热负荷的条件下，20前后的送风温度基本上可以满足工作区域26的设计要求。另一重要的考察项目是上下温度梯度，在本模型实验实测中发现，在夏季工况下，距地面高0.1-1.1m间的温度差各测点位置都超过3，即超过了ISO7730对热舒适性规定的限界值。图5。图5 CFD模拟计算与实测结果的比较分析其原因可认为是实验室层高受限，实验投入热负荷按原设计模拟可能偏大，尤其是实验室上部照明的热射辐影响。对此，笔者作了如下探讨：根据实际座席情况对热负荷作调整，取消实验室的人体发热负荷以外的热负荷。实测结果如图5所示，上下温度差稍有缓和，温度分布呈典型的J字型（发热负荷集中在工作区域-也即温度梯度呈现在该区域）。为解决实验室层高的实验局限条件，笔者借助了CFD模拟技术手段，首先对CFD技术的适用性作了验证，如图5所示，在同样边界条件下实测结果与CFD模拟结果吻合。在此基础上笔者扩展计算条件，对不同层高条件下的影响进行了模拟分析。如图5图7。结果表明，当层高在3.36m（研究对象的剧场空间最上部的坐席部分-最不利地点）时，上下温度差接近3。此时若将送风温度从20.5提升到22，则完全可以满足舒适性要求及室内温度设计条件。表2 座椅下送风系统实证试验条件2 气流分布：实测结果和CFD结果都表明，该设计条件下的空调系统形成的气流均处在静稳气流状态。（几乎各点风速0.25m/s）3 主观评价：由于参加主观评价实验的标本数不够多，本次主观评价实验结果难以具备严密的统计学意义，但可以从结果看出一定的轻倾向性，具有一定的参考价值。 总体来说，各实验条件下的热舒适感，气流感不满率都在容许范围内。三、 结论剧场空间在应用置换空调系统时由于阶梯座席区域的地面高差，使热力水平分层难以实现（后部座席有处于高温度分层区的可能），为此座席送风空调（局域空调）是一个合理的选择，又由于观众席区域主要呈密集型人体热负荷，在上下温度分布上呈J字型（即温度梯度在主要发生下部），需要合理设计送风温度（建议取值22），风量以满足舒适性要求。对于该类空调，局部模型实验可以验证细部温度气流分布状况，但有局限性，应充分发挥CFD手段的技术优势，弥补实验的不足，可以预见，不远的将来，CFD将完全取代这类模型实验，成为先进高效的设计工具。但一般的标准紊流k-方程物理模型难以满足置换空调的热气流计算精度，本研究使用了Fluent公司的CFD软件AirPak，采用的零方程式物理模型计算安定性，精度都较佳，计算机硬件条件允许的情况下，应尽量采用时间积分动态计算，以提高计算精度。四 参考文献：1 白玮，潘毅群，谭洪卫等：某剧场座位下送风空调方式的温热环境/气流分布研究（1）实验室模拟实验2 潘毅群，白玮，谭洪卫等：某剧场座位下送风空调方式的温热环境/气流分布研究（2）CFD模拟 测定条件室温送风温度风量室内负荷主观评价试验温度设定配置位置m3/h冷房负荷暖房负荷夏季座椅正下方26.020.51000照明40W18灯模拟人体60W20体电热毯2无实施座椅间下方26.020.5100