劇院座椅送風氣流組織研究范文

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《建筑熱能通風空調雜志》2014年第三期

1數值模擬

1.1座椅下送風局部效果數值模擬

1.1.1物理模型筆者通過建立座椅送風局部模型，對兩種不同的座椅送風口布置方式進行比較，來驗證座椅送風口的減少是否會對空調效果產生影響。工況1為傳統工況，即對每個座椅配置一個座椅送風口；工況2為每兩個座椅只設置一個座椅送風口，有無送風口的座椅交叉放置。兩個工況的參數見表1。模擬的人體及座椅送風口尺寸如圖3所示：人體尺寸根據國家標準GB10000-88中國成年人人體的尺寸數據簡化；座椅送風口根據某座椅置換送風系列風口的TCD-B/250190和TCD-B/250簡化網格對人體所在區域及送風口區域進行了加密處理，在保證計算結果準確的前提下，減少網格數量。觀眾區有多排座椅，每一排座椅的情況基本相同。在模擬計算中考慮前后排座椅以及左右列座椅之間的相互影響。所以，在本次模擬中，建立5×5模型來比較兩個工況的空調效果。模型如圖4。其中，工況2中座椅送風口的設置如圖5所示。模型中的尺寸以及空間位置都是根據實際情況確定。一般座椅送風系統需要考慮的冷負荷有人體散熱負荷、圍護結構冷負荷以及燈光的輻射負荷等。本次模擬考察座椅送風的局部效果，只考慮人體散熱負荷。人體的顯熱散熱量按表面積均勻分布，根據設計方提供的負荷資料，取人員散熱負荷為55W/人。座椅下送風風口尺寸按照表1給出的數據進行選取。在模型中央上部4m高處設置回風口，風口尺寸為0.2m×0.2m。座椅送風溫度為19℃，模型中設計溫度取25℃。此次模擬選擇的座椅送風口樣本的有效面積系數為0.4，本次模擬中通過編譯UDF文件來表征此項參數，使模擬結果更接近于實際情況。

1.1.2模擬結果比較分析1）溫度場比較。圖6圖7給出了兩個工況下，人員周圍的溫度分布情況，所取截面為過中間一排人員中心的截面。風從座椅下方送出，沿程吸收熱量，因此人員周圍的溫度上高下低。兩個工況下，人員周圍的溫度都在23~25℃的范圍內，并無顯著差別。所以在總風量不變的情況下，將送風口數量減半，并不會對環境的溫度場產生明顯的影響。2）速度場比較。圖8、圖9給出了兩個工況下，人體腳踝附近的速度分布情況，所取截面為通過大部分人員腳踝的水平截面。工況1和工況2的送風風速分別為0.26m/s和0.43m/s，從模擬結果中可以看出，風從送風口吹出后，風速衰減很快，在距離送風口較近的地方風速大概為0.1m/s。而兩個工況下，在人體腳踝區域的風速分別為0.04m/s和0.06m/s，都在規范允許的范圍內。也就是說，雖然工況2減少了風口數量，加大了單個送風口的送風風量和送風風速，但由于座椅送風的特性，風速衰減很快，并不會使人體產生不適的吹風感。綜上所述，將座椅送風口數量減半以后，仍然可以產生較好的熱環境，且風量加大以后，人員并不會感到不適的吹風感。

1.2某劇場觀眾區座椅送風效果模擬

1.2.1物理模型某劇場觀眾區共有1229個座位，分為池區前區、池區后區和樓座三個部分，觀眾區座椅及座椅送風口的分布如圖1圖2所示。由于劇院較大，為降低模型復雜程度和計算時間，對模型進行簡化。將送風方式改為地板送風，送風口改為座椅下地面條形風口，將同一排的送風口建立為一個模型；人體尺寸根據國家標準GB10000-88中國成年人人體的尺寸數據簡化而成，并將每一排的人體建立為一個模型，如圖10所示。從風口的布置圖（圖1、圖2）上不難發現，很多座椅都沒有配置座椅送風口，為了更真實地模擬劇場的空調效果，對送風口數目較少的區域將不設置條形送風口，對送風口數目較多的區域設置條形送風口。模型中風口的布置如圖11所示。在設計施工圖中，觀眾區的回風口和排風口都設置在觀眾區的前方，所以在本次模擬中，在觀眾區的前區兩側各布置兩個排風口，回風口尺寸為2m×1m。建立的觀眾區模型如圖12所示。網格對人體所在區域、送風口區域以及回風口區域進行了加密處理，人體上方劇院中空區域網格相對稀疏，這樣能在保證計算結果準確前提下，減少網格數量，加快計算速度。人體的顯熱散熱量按表面積均勻分布，根據設計參數，取人員散熱負荷為55W/人。送風溫度為19℃，空調設計溫度為25℃。

1.2.2模擬結果1）速度場。圖13、14給出了典型截面的速度分布情況。從計算結果來看，配置有座椅送風口的區域的人體周圍的風速一般在0.05~0.10m/s之間；沒有配置座椅送風口的區域的人體周圍的風速一般在0.05m/s以下。除了在送風口附近和觀眾廳正上方的風速較大之外，其他區域的氣流速度均較小，氣流從下到上，從后向前依次排出。由于人體熱源的影響，在人體表面附近形成了上升氣流。另外，由于排風口設置在整個區域的前方，氣流都有一個向前、向上的趨勢。2）溫度場。圖15給出了典型截面的溫度分布情況。從計算結果來看，座椅送風的空調效果基本能達到人體舒適度的要求，且同一區域的溫度分布較為均勻。但是，也出現了明顯的溫度分層情況。前區的溫度較低，其原因為：①模擬計算過程中，忽略了舞臺燈光輻射所產生的負荷；②處于劇場的最低處，冷空氣下沉停滯，導致溫度降低；③距離排風口最近，相對于后排來說，空氣齡較小，能及時將人員的散熱帶走。樓座的溫度偏高，其原因為：①離回風口較遠，空氣齡較大，人員散熱量不能被及時帶走；②處于劇場的最高處，熱空氣上浮，導致樓座溫度偏高；③由于模型建立的原因，樓座區域層高相對于前排來說較低，這也會對空調效果產生一定的影響。總體來說，模擬結果是令人滿意的。

2結論及建議

1）座椅送風可以為人員提供舒適的熱環境；2）在總風量不變的前提下，適當減少座椅送風口的數量，并不會對環境產生很大的影響；3）本劇院內的座椅送風口布置可以取得良好的空調效果；4）由于出現了明顯的溫度分層，建議對送風參數進行分區控制，適當提高池區前區的送風溫度，適當降低樓座的送風溫度，這樣不僅能夠節能，還能為人員提供更好的環境。

作者：皮英俊劉東王婷婷周鵬劉芳單位：同濟大學機械與能源工程學院同濟大學建筑設計院集團有限公司