284亞運自行車館氣流組織CFD的分析和探討

1、亞運自行車館氣流組織 CFD的分析和探討廣東省建筑設(shè)計研究院 李司秀 陳偉煌 摘要：介紹亞運自行車館的空調(diào)方案， 高大空間 -觀眾區(qū)和賽場的氣流組織， 在觀眾區(qū) 頂側(cè)部和賽場的頂部設(shè)了送風(fēng)，在前四排座位底和最后一排座位平臺側(cè)面進行回風(fēng)，排風(fēng) 設(shè)在場館最頂部，使用了 CFD軟件對觀眾區(qū)和賽場進行了三維數(shù)值模擬，通過分析模擬的 結(jié)果表明：觀眾區(qū)和賽場氣流組織是滿足設(shè)計要求的，溫度、速度、PMV PPD空氣齡均較為合適。關(guān)鍵詞： 氣流組織 數(shù)值模擬 CFD 空氣齡1 、空調(diào)方案高大空間的體育館 , 氣流組織是空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計里的一個難點 , 觀眾區(qū)和賽場達到合理合適的溫度、 速度、 PMV1 2 、PP

2、D1 2 、空氣齡 3是設(shè)計中的關(guān)鍵問題。本建筑物是廣州自行車館和輪滑場（亞運賽 館），是座以自行車 .滑輪賽場為主的多功能體育館場館 , 總建筑面積約 25360 平方米，固定座位 1550 個,臨時座位 2600 個,總數(shù) 4150個,地上 3層；首層作設(shè)備用房、運動員和裁判休息室、辦公室及新聞 發(fā)布廳等 , 二層作門廳、休息廳、賽場及觀眾席 , 三層為觀眾席和技術(shù)用房等 .空調(diào)設(shè)計方案：1.1 空調(diào)冷源空調(diào)夏季設(shè)置1個冷凍水系統(tǒng)，冷負荷為 3300KW冷源由廣州大學(xué)城區(qū)域冷站提供 ，在首層設(shè)一空 調(diào)換熱機房區(qū)域供冷系統(tǒng)提供的一次水供回水溫度為 2.5 C /12.5 C,通過板式熱交換處

3、理后，為末端 設(shè)備提供溫度為 6.5 C /13.5 C的二次供回水.2.1 空調(diào)末端設(shè)置及氣流組織 42.1.1 首層的運動員和裁判休息室、辦公室及新聞發(fā)布廳等輔屬用房小空間區(qū)域采用風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)， 氣流組織為上送上回。新風(fēng)過濾后經(jīng)過新風(fēng)空調(diào)器處理后，通過風(fēng)管送入空調(diào)房間。 同時設(shè)有排風(fēng)。2.1.2 觀眾區(qū)：采用 4 個全空氣系統(tǒng)，空氣處理機組設(shè)置在首層的空調(diào)機房內(nèi)，送風(fēng)采用纖維織物空 氣分布系統(tǒng)，均勻噴口設(shè)于觀眾區(qū)的頂側(cè)處 , 回風(fēng)設(shè)于固定座椅下和最頂觀眾區(qū)平臺側(cè)墻上 , 在座位下 設(shè)有回風(fēng)小室， 回風(fēng)全部通過回風(fēng)管回到機房， 氣流組織為上送下回， 使得整個觀眾區(qū)的氣流分布更加 合理，

4、避免了空氣死角。新風(fēng)量可根據(jù)不同季節(jié)調(diào)節(jié)，過渡季可加大新風(fēng)運行。2.1.3 賽場：采用 2 個全空氣系統(tǒng) ,空氣處理機組設(shè)置在首層的空調(diào)機房 ,送風(fēng)噴口設(shè)于賽場上側(cè)方 ,回風(fēng)設(shè)于固定座椅下和最頂觀眾區(qū)平臺側(cè)墻上，氣流組織為上送下回, 新風(fēng)量可根據(jù)不同季節(jié)調(diào)節(jié)，過渡季可加大新風(fēng)運行。當(dāng)賽場進行不同比賽時 , 根據(jù)具體情況調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)及噴口角度 .2.1.4 觀眾區(qū)和賽場排風(fēng)：在場館頂進行均勻布置排風(fēng)，排風(fēng)量為新風(fēng)量的80。2 CFD模型及結(jié)果分析：2.1 計算條件2.1.1 模擬范圍 本次模擬主要是場館區(qū)和座位觀眾區(qū)的空氣速度場、溫度場的模擬 . 如圖 1 所示。2.1.2 觀眾區(qū).賽場送風(fēng)A.

5、 觀眾區(qū)的風(fēng)量是 200000mf/h（其中自然滲透 6400 m3/h）,由設(shè)置在觀眾區(qū)頂側(cè)的纖維風(fēng)管的噴口 進行送風(fēng)，送風(fēng)溫度為 13.5C。B. 賽場由在賽場頂?shù)那蛐蛧娍谶M行送風(fēng)，總風(fēng)量是60000 mf/h，共24個，每個噴口 400mm直徑，排風(fēng)口纖維風(fēng)管噴口球型噴口側(cè)面回風(fēng)口圖1室內(nèi)CFD模擬區(qū)域示意座椅回風(fēng)口2.1.4 排風(fēng)布置在場館最頂進行排風(fēng),3臺排風(fēng)機，每個排風(fēng)機的風(fēng)量為20000 m3/h，排風(fēng)百葉3個1400X1400。2.1.5 室內(nèi)負荷頂部燈光：300kW設(shè)備負荷：300kW （上部70% 下部30%人員負荷：4150人，1800kW（包括新風(fēng)負荷）2.1.6計算模

6、型每個風(fēng)量2500 m3/h，送風(fēng)溫度為13.5 C。2.1.3 回風(fēng)布置A. 在前四排座位底設(shè)回風(fēng)，回風(fēng)量共90000 m /h ;由于室內(nèi)空間接近對稱，在模擬的時候進行了簡化，選取場館的1/4進行模擬。如圖2所示:圖2計算模型示意圖B. 在觀眾區(qū)最后一排座位平臺側(cè)面進行回風(fēng)，共120000 m3/h 。22結(jié)果分析通過采用Airpak軟件模擬，得出三個截面（如圖 3所示，坐標(biāo)為20.1、39.5、59.5）溫度、風(fēng)速、PMV、PPD及空氣齡（是指空氣質(zhì)點自進入房間至到達室內(nèi)某點所經(jīng)歷的時間，即指房間內(nèi)某點處空氣在房間內(nèi)已經(jīng)滯留的時間 ，反映了室內(nèi)空氣的新鮮程度 ，還反映了房間排除污染物的能

7、力 ，平均空氣齡小的房間，去除污染物的能力就強）分布。坐標(biāo)為59.5的截面坐標(biāo)為39.5的截面坐標(biāo)為20.1的截面2.2.1 截面1（20.1）溫度、風(fēng)速、圖3截面示意圖PMV、PPD及空氣齡分布截面1溫度分布圖VfincityIJ5OD0 Mill 伽I-1.DDOOOIJ- U./jUULU I 仏汕nnofi 1 D.pnni I I U.-UVUUUU截面1速度分布圖).00111111 r.ifiPOfl i古仙lifi V75QM1 B.flnDDOQO.75IDGO -I .OOHttD -W.ZbIllflJ3 OOODO截面1 PMV分布圖UMOCDZhJEIIHlI62.5

8、OG0 弧IWM 315OGD1 ZHNIi o omoriimiiihi截面1 PPD分布圖Mr nn nqi: ni 3-it截面1空氣齡分布圖P廠艸I ?4t9IiC悄哺JllT已兀岡WJPfl 冠叭H血J1V.MV分析：截面1(20.1)觀眾席頂側(cè)有送風(fēng)，賽場沒送風(fēng)，沒回風(fēng)。溫度較均勻，觀眾區(qū)后排溫度為26度左右，觀眾區(qū)前排和賽場部分區(qū)域溫度為27-28度。風(fēng)速分布均勻，觀眾區(qū)后排風(fēng)速0.5-0.75m/s，觀眾區(qū)前排和賽場 0.5m/s以下。觀眾區(qū)后排 PMV為0，不滿意百分比 PPD為5%為舒適范圍，觀眾區(qū)前 排和賽場PMV為0.75，PPD為25涮37%為微熱范圍。觀眾席后排座位

9、離送風(fēng)較近，所以空氣齡就較 小，其他區(qū)域略大。2.2.2 截面2(39.5)溫度、風(fēng)速、PMV、PPD及空氣齡分布：截面2溫度分布圖VricrityI_iI JfiBCQ1 Sinirili1 woo打 Lritfjyjuuuft.SOClCOfl31 UUMJUUdU截面2速度分布圖1-WV3：IUIJP3E-血陌餉的DJI) 0(1011d 7WC0? 7BiUmJF.2UD01 r1i(H0IH-a JSoouD-3OOOOG截面2 PMV分布圖)1 UKLiUlli耐MM fh Ulliill ta.sooo SD.DDOC37.500(1截面2 PPD分布圖i.iZtSLM直抖九*刪

10、m1聽亂的i榕th酒= vm.ii/截面2空氣齡分布圖分析：截面2(39.5)觀眾席頂側(cè)有送風(fēng)，賽場較少送風(fēng)，前三排觀眾區(qū)座位底回風(fēng)。溫度較均勻，觀眾區(qū)后排溫度為 27-28度左右，觀眾區(qū)前排和賽場部分區(qū)域溫度為26度。風(fēng)速分布均勻，觀眾區(qū)后排風(fēng)速1-1.5m/s，觀眾區(qū)前排和賽場 0.5m/s以下。觀眾區(qū)后排 PMV為0.75，不滿意百分比 PPD為25滋U 37%，為微熱范圍。觀眾區(qū)前排和賽場 PMV為0，PPD為5%為舒適范圍。觀眾席后排座位離送風(fēng)較近， 前三排有回風(fēng)口，所以后排和前三排的空氣齡就較小，其他區(qū)域略大。2.2.3 截面3(59.5)溫度、風(fēng)速、PMV、PPD及空氣齡分布：截

11、面3溫度分布圖UUUI.OttODOU./!UU(JUo.iiDao no.P5.nnrLiI hFSDMi Sttilian工席 l yr:-Jiuunii截面3速度分布圖?.?5DD(JT 月 111 MUI-riicimo? ZlhUllll B.7BOOCO mDtwi* V禪皿皿IJIWIJIJil截面3 PMV分布圖PPOhi 1 iHlJlillrS.2.SQ0flKD.DDOOrb.ifibill甌DOT l.blhHl D ilDDOflll截面3 PPD分布圖截面3空氣齡分布圖分析：截面3(59.5)觀眾席頂側(cè)和賽場頂有送風(fēng)，前三排觀眾區(qū)座位底和最后一排觀眾區(qū)座位的平臺側(cè)面

12、回風(fēng)，觀眾席的回風(fēng)。溫度均勻，觀眾區(qū)和賽場部分區(qū)域溫度為26 - 27度。風(fēng)速分布均勻， 觀眾區(qū)風(fēng)速約1m/s ,賽場0.5m/s以下。觀眾區(qū)和賽場 PMV為0,不滿意百分比PPD為5%均為為舒適范圍。 觀眾席后排座位離送風(fēng)較近，觀眾席前后區(qū)域均有回風(fēng)口，所以觀眾席的空氣齡就較小，其他區(qū)域略大。3 總結(jié)通過以上模擬，賽場和大部分的觀眾區(qū)能達到設(shè)計要求，較為合適的溫度和速度，PMV和 PPD都在較為合適的范圍，但在局部地方，只有在觀眾區(qū)的頂側(cè)處送風(fēng)的區(qū)域，前排觀眾區(qū)會偏熱； 只有在觀眾區(qū)的頂側(cè)處送風(fēng)和前排觀眾區(qū)有回風(fēng)的區(qū)域，后排觀眾區(qū)會偏熱； 在觀眾區(qū)的頂側(cè)、 賽場頂處都送風(fēng)和前排觀眾區(qū)、后排觀眾區(qū)都有回風(fēng)的區(qū)域，空調(diào)就達到滿意的效果。參考文獻：1 薛殿華空氣調(diào)節(jié)M .北京：清華大學(xué)出