體育館比賽大廳非等溫工況氣流組織實測

1、體育館比賽大廳非等溫工況氣流組織實測    full-scale measurement and study of non-isothermal air flow pattern in a gymnasium         摘要 詳細測量了北京某體育館比賽大廳的工作區(qū)及非工作區(qū)在非等溫送風情況下的溫度及速度分布，利用實測結果分析評價了該大廳的氣流組織狀況，為同類大空間建筑的氣流組織研究和工程設計提供了參考。關鍵詞 體育館 大空間 氣流組織 測量abstract t

2、hrough a thorough measurement of the temperature and air velocity fields in the occupied and non-occupied zones in the gymnasium, evaluates the characteristics of air distribution in the space and offers advises on research and engineering design for the similar buildings.keywords gymnasium, large s

3、pace, air distribution, measurement    1 研究背景體育館比賽大廳的氣流組織，一直是體育館類大空間建筑設計的一個難點。而氣流組織的好壞直接影響到運動員的水平發(fā)揮和比賽成績，因而比賽大廳氣流組織是整個體育館空調設計的關鍵。目前國內在進行體育館空調氣流組織的研究中，普遍采用模擬實驗研究和數(shù)值模擬研究，尚缺乏大規(guī)模的現(xiàn)場實測研究。究其原因，主要為以下三點：第一，由于受現(xiàn)場條件和測試儀器的影響，測量數(shù)據(jù)不易測準；第二，體育館屬大空間建筑，測試區(qū)域面積及高度均較大，因而測點難以布置；第三，由于進行實測的空調系統(tǒng)已投入運行，因而

4、各種測試工況無法全部滿足；此外，還需要投入相當?shù)娜肆εc時間，以及存在著測試時的協(xié)調配合等問題。然而現(xiàn)場實測研究有其必要性，現(xiàn)場測試是在實際運行情況下進行的，其所得出的各種數(shù)據(jù)均是真實數(shù)值，這是任何模擬研究所無法比擬的。不僅可以發(fā)現(xiàn)并提出空調系統(tǒng)中的實際問題，而且也可為模擬實驗積驗證數(shù)據(jù)，用以改進模擬研究的準確性。因而，現(xiàn)場實測是進行大空間氣流組織研究的重要組成部分。在這種背景下，筆者對北京一大型體育館比賽大廳非等溫工況下的氣流組織進行了較為詳細的實際測量，積累了相當?shù)膶崪y數(shù)據(jù)，為今后體育館的空調設計與研究提供基礎材料。2 工程簡介該館為北京第11亞運會正式比賽館，建筑面積25300m2，比賽大

5、廳83 m × 70 m，其中比賽場地70 m × 40 m，大廳中部高度為17.5 m，南北最低處高度為12.5 m。觀眾席總數(shù)為5748個，其中固定座位4668個，活動座位1080個。比賽大廳空調采用全空氣系統(tǒng)低速風道集中送風，南北看臺采用機部向下送；場地和東西看臺采用側面噴口送風（一般情況下采用大噴口，乒乓球、羽毛球比賽時采用較小的旋流風口），兩部分分別設集中空氣處理機組。比賽大廳空調設計參數(shù)為：夏季室內溫度27，相對濕度65%；冬季室內溫度16，相對濕度40%1。3 測試介紹本次測試于2000年7月進行，測試時間內室外平均氣溫為32.7。測量的內容為在非等溫送風狀態(tài)

6、下，比賽大廳內部的氣流組織狀況。本次研究的現(xiàn)場實測是在該體育館比賽大廳東南的場地（包括比賽區(qū)和觀眾席，41.1m×35m）上進行（圖1為比賽大廳概貌），較為詳盡地描述了該館的氣流組織狀況。由于本次測量的目的主要是為了反映描述非等溫工況下的氣流組織特性，因此，我們把重點放在了溫度場的測量上。 圖1 體育館比賽大廳概貌該館采用將比賽場地與觀眾席分區(qū)進行空調的氣流組織形式。測試時間段內，比賽場地東部為噴口側送，負責該區(qū)空調的空調機組送/回風溫度經(jīng)測定分別為23.0/26.5；觀眾席為空場情況，南看臺東部為旋流風口加散流器上送，負責該區(qū)空調的空調機組送/回風溫度經(jīng)測定分別為22.1/25.5

7、。在空間布點上，我們利用了館內頂棚下的檢修馬道，沿馬道在大廳的東南部區(qū)域共布置了10組測點（圖2中雙線圈編號處），每組測點用45個溫度計測量不同標高的溫度值，高差為2m（如圖3所示）?？紤]到場地上有運動員進行訓練活動，經(jīng)過與館內工作人員協(xié)商，為不影響運動員的正常訓練，因此在場上的最低測點高度定在距地8m處。 圖2測點布置平面 圖3測點布置剖圖溫度測量采用rhlog智能型溫度自計儀。這種儀器體積小、質量輕、可以預先設定記數(shù)的起始時間，定時對目標環(huán)境溫度進行自動測量，并把測量保存在內部存儲器中，不需人工記錄，非常適合于在大空間的布點測量。將一組自記式溫度計懸掛在事先準備好的線上，由測試人員從檢修馬

8、道垂下，溫度計按照預先設定的起止時間進行讀數(shù)并自動記錄。待測試完畢后，測試人員將溫度計取下，并將數(shù)據(jù)傳入電腦進行處理。此外，還對比賽場地和觀眾席的人員活動區(qū)域（圖2中所有編號處）進行了風速和溫度的實際測量。所采用的儀器為rh-31a型數(shù)字式風速/風溫測量儀。在測點的選擇上，除了與空間布線的測點相對應以外，還在比賽場地和觀眾席的幾個具有代表性的位置進行了測量，比較全面地反映了比賽大廳內部的熱狀況。圖4、圖5為放線懸掛自記式溫度計的照片。其中圖4為比賽場地上空的一組測點，從圖中可以較為明顯地看到為場地送風的側送射流噴口；圖5為觀眾席上空的一組測點，從圖中也可以較為明顯地看到為觀眾席送風的上送旋流風

9、口。 圖4東看臺上空測點布置 圖5 南看臺上空測點布置4 測試分析41 工作區(qū)411 比賽場地場地距地2m處平均溫度為25.1，最高25.7，最低24.9，如圖6所示。可以看出，場地的分布均勻。測試時場地上人員較少且熱源分布比較平均，這種情況與實際比賽時情況很接近，可以斷定，在實際比賽時，是可以滿足運動員對場地溫度的要求的。 圖6 比賽場地工作區(qū)溫度但測試結果顯示場地的風速不夠平均，比賽場地距2m處平均風速為0.65m/s，最主0.8 m/s，最低0.3 m/s，如圖7所示。在進行籃球比賽時，場地風速可以達到0.5 m/s，而實測的平均風速為0.65 m/s，是偏大的。因為比賽場地采用噴口側送

10、形式，所以場地人員活動區(qū)域的風速比較不均勻。設計者在考慮進行乒乓球等小球比賽時，場地送風口由噴口切換為旋流風口，這樣可以加快送風氣流擴散，使場地上風速有所減小。 圖7 比賽場地工作區(qū)風速412 觀眾席觀眾席座位處平均溫度為25.3 ，最高26.2,最低24.4（見圖8）。由于測試時觀眾席為空場情況，因而我們主要對其溫度場地均勻性進行一些分析。由測試結果可見，觀眾席溫度的均勻不及比賽場地，這是由于兩方面的原因：第一，觀眾席測點之間存在高度差造成的溫度梯度；第二，觀眾席送風較多，存在著風量調節(jié)不平均的問題。 圖8觀眾席溫度觀眾席最高溫度點出現(xiàn)在第15號測點。由圖2可知，該測點們于東看臺上部，由于東

11、側看臺觀眾人數(shù)較少，因而設計者在設計時將該區(qū)與比賽場地合并在一起進行空調。由側送噴口送風，看臺前部側下回風，這種氣流組織形式造成了看臺上部形成渦旋死角，得熱較難排除，溫度升高。這種氣流組織死角通常熱濕環(huán)境較差，是在設計中需要避免的。圖9為觀眾席座位處風速實測值，最高1.2 m/s，最低0.5 m/s，?？梢钥闯觯河^眾席風速普遍高于比賽場地，平均風速為0.79 m/s，但對于觀眾席來說，特別是考慮到因觀眾看激烈比賽而情緒高漲時，這種風速是完全可以接受的。 圖9 觀眾席風速觀眾席風速最大點出現(xiàn)在第2，3號測點，風速分別達到了1.2m/s和1.13 m/s。由圖2可知，這兩點位于南看臺前排，基本上處

12、于比賽場地射流送風區(qū)域和觀眾席旋流風口上送區(qū)域的交界處，其氣流流形較為復雜，因而風速偏高的可能性較大。在實際有觀眾觀看比賽的情況下，會產(chǎn)生相當大的人員發(fā)熱量，在大空間建筑中，熱空氣上升會造成上下溫度判別增大、上部溫度升高；在體育館建筑中，則會產(chǎn)生后排觀眾席溫度高于前排的情況，使得后排觀眾席熱環(huán)境較差。設計者為了抵消這種溫度梯度帶來的負面結果，按照相反的梯度進行觀眾席設計溫度的取值，后排設計溫度稍低而前排稍高，以此改善后排觀眾的熱舒適環(huán)境。在本次測試中，還對南側看臺前后排觀眾席平均溫度的溫度梯度進行了比較。由于測試是在空場的情況下進行的，看臺上的負荷同有人員是熱產(chǎn)生的部分。結果顯示，從第二排觀眾

13、席座位處至最后一排（第18排），其溫度值依次減小，溫度差為1.15，垂直溫度梯度達到-0.18/m(如圖10所示)。對觀眾席采用不同的設計溫度參數(shù)，這是一個非常有意義的嘗試，值得在體育館空調設計中參考。 圖10 南看臺觀眾席平均溫度42 非工作區(qū)421 比賽場地上空對比賽場地上空平均溫度的溫度梯度的比較見圖11。由圖11可知，其溫度梯度隨高度的增加呈增大的趨勢。距地812m內的垂直溫度梯度為0.04/m，而距地1416m內的垂直溫度梯度達到0.62/m。由測得的場地距地2m處的平均溫度25.1，可以計算出比賽場地內總的垂直溫度梯度為0.20/m，由于測試條件與實際較為接近，因而這是一個基本上能夠代表實際情況的數(shù)值。 圖11 比賽場地上空平均溫度422 觀眾席上空南側看臺觀眾席上空平均溫度的溫度梯度如圖12，13所示。由于現(xiàn)場條件所限，只對測點1，2，3，4，5進行了垂直溫度梯度的測量（見圖12），其中測點1至4位于觀眾席前部，比垂直溫度梯度特點比較接近于比賽場地上空的情