北京工業(yè)大學(xué)奧運會羽毛球場館空調(diào)氣流組織設(shè)計方案優(yōu)化與實施

北京工業(yè)大學(xué)奧運會羽毛球場館空調(diào)氣流組織設(shè)計方案優(yōu)化與實施北京工業(yè)大學(xué)楊英霞陳超任明亮果海鳳中鐵建設(shè)集團倪真賈學(xué)斌余振飛摘要：北京工業(yè)大學(xué)的羽毛球場館是北京2023年奧運會的新建場館之一，由于羽毛球比賽場地對風(fēng)速要求非常高，要求地面以上9米區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速不大于0.2m/s。為此，本文利用計算流體力學(xué)技術(shù)（CFD），對場館內(nèi)設(shè)計工況下的氣流組織進(jìn)行了預(yù)測，根據(jù)計算結(jié)果，對有可能影響場館內(nèi)氣流組織的觀眾席座椅下的結(jié)構(gòu)風(fēng)腔內(nèi)的送風(fēng)方式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，提出了相應(yīng)的修改方案?，F(xiàn)場實測結(jié)果表明，比賽場地的速度場達(dá)到設(shè)計要求，滿足羽毛球比賽場地風(fēng)速不大于0.2m/s的要求。關(guān)鍵詞：奧運會羽毛球場館；0.2m/s風(fēng)速；氣流組織；方案優(yōu)化；實施1工程概況羽毛球比賽屬于小球比賽，場館的空調(diào)設(shè)計不但要滿足溫濕度的要求，更重要的是必須滿足比賽場地對風(fēng)速要求。根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求，比賽場地地面以上9米區(qū)域內(nèi)，風(fēng)速不得大于0.2m/s[1]，這就給空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及其運行提出了很大的難題。目前國內(nèi)外大多數(shù)羽毛球場館的做法是，比賽時將空調(diào)系統(tǒng)關(guān)掉，以防影響比賽。北京工業(yè)大學(xué)羽毛球場館（圖1）是為2023年北京奧運會而建設(shè)的室內(nèi)體育場，主要功能是羽毛球與藝術(shù)體操用體育館，總建筑面積24383m2，空調(diào)面積20000m2。比賽大廳是體育館的核心，包括比賽場地和觀眾區(qū)，觀眾區(qū)圍繞比賽場地四周布置，分東、南、西、北四個區(qū)域，共設(shè)有7508個觀眾席位，其中固定席位5480個，活動席位2028個。a）場館外立面圖b）場館內(nèi)實景圖1北京工業(yè)大學(xué)羽毛球場館1.1比賽大廳空調(diào)設(shè)計參數(shù)表1所示的是比賽大廳的比賽區(qū)和觀眾席的空調(diào)設(shè)計參數(shù)。表1溫、濕度設(shè)計參數(shù)尚房間多名稱冶夏季循冬季好溫度拔（省℃?zhèn)┍阆鄬窛穸茸ⅲ?狗）象溫度抄（襪℃皂）悅相對竟?jié)穸攘悖?蜘）難比賽潮區(qū)賊26碰60悄18尤≥媽30祥觀眾隱席弱25弓60盾18籃≥臥301.2空調(diào)方式空調(diào)設(shè)計方式為全空氣式二次回風(fēng)系統(tǒng)，觀眾席座椅下送風(fēng)，上側(cè)回風(fēng)。即，整個場館分東、南、西、北四個區(qū)域，分別由12臺組合式空調(diào)機組將處理好的空氣通過風(fēng)道系統(tǒng)送至四個區(qū)域觀眾席位下的結(jié)構(gòu)風(fēng)腔，利用結(jié)構(gòu)風(fēng)腔的靜壓箱作用（各區(qū)的結(jié)構(gòu)風(fēng)腔彼此獨立），并在結(jié)構(gòu)風(fēng)腔上面的觀眾席位下開設(shè)了9100個風(fēng)口，并利用可調(diào)節(jié)旋流風(fēng)口送風(fēng)?；仫L(fēng)口設(shè)在場館四周的中間層（8.47m）和上層（13.03m）。圖2為場館內(nèi)氣流組織設(shè)計示意圖。觀眾席采用座椅下旋流風(fēng)口送風(fēng)，集中回風(fēng)。比賽場地空調(diào)通過座位送風(fēng)氣流的涌流，來達(dá)到空調(diào)降溫的目的。由圖可見，結(jié)構(gòu)風(fēng)腔設(shè)計是否合理，是否真正能起到靜壓箱的作用，是確保場館內(nèi)氣流組織達(dá)到設(shè)計要求的重要影響因素。未a）坐南須、讀北遭區(qū)觀膜眾席晝送風(fēng)槐氣流桃組織索示意禮圖業(yè)脅春緒b）松東勞、儉西倡區(qū)觀睜眾席繞送風(fēng)淋氣流求組織裳示意浮圖摟圖2胞刃比賽自大廳供氣流抓組織暴示意窮圖但2包比賽距大廳晨氣流描組織邀數(shù)值瑞模擬定與分忘析柴比賽疼大廳蕩是體脖育館鏈的核愛心部偏分，園也是坑空調(diào)斧作用何的重騰點。壓而救比賽蝴大廳幫的氣土流組久織處奏理，限是實皇現(xiàn)大頃廳人不工環(huán)法境要測求的踢最主茄要手捉段。賽為了決考察留空調(diào)鼻系統(tǒng)躍設(shè)計悔的氣善流組褲織能伐否實譽現(xiàn)，氧本文禿利用宴計算寫流體窄力學(xué)崗技術(shù)揀（C擊FD亞）單，對惜場館坐內(nèi)驗設(shè)計顏工況宗下的糟氣流棒組織孤進(jìn)行嘩了數(shù)積值計膠算。寶并對辭可能爸存在些的問矮題進(jìn)漿行了壺分析踩。貸2.茅1鑰數(shù)學(xué)辛物理老模型翁采用棋CF永D計須算軟難件P撐HO嚇EN征IC驚S（肥20飄06鎖）進(jìn)豈行計野算瑞，梳湍流靠模型吹采用調(diào)標(biāo)準(zhǔn)傅的迷模型西。控稠制方盤程包溪括連曬續(xù)性循方程楊、動圓量方環(huán)程、卻能量境方程澆及肌、甘方程沖與幸式。臟通用濃的控史制方奧程為耐：斃耐謀貓然巡鎖鐘疲障傳壟（忠1黎）抖式中辯，縮為通濾用變嶺量，認(rèn)代表六，叢，拆，棟，素，追等求蘭解變秧量；廟為密蠟度；盟為速付度矢芹量；統(tǒng)為廣慌義擴稻散系彩數(shù)；鄉(xiāng)為廣羅義源攔項。糟湍流貸粘性千系數(shù)匹箱澇糾艱間敲廢澤碼坦肺餓寨徹枯思糊逐亞堵植（沙2餓）糊對控正制方孕程離烤散求像解時概采用喉有限科容積群法，哈動量恩方程臟采用弱交錯寄網(wǎng)格勢，擴激散項寧的離晝散采宵用迎糊風(fēng)與膛中心閱相結(jié)累合的斯一階歉精度禽混合般格式醫(yī)(H粉yb存ri姓d苦Sc深he沿me挑)，凍解方紅程的旋方法漁為S東MP厚LE箱算捐法炭。害考慮沈到比竭賽大緒廳貫基本肉上是蒼對稱撕結(jié)構(gòu)腳，為臺簡化盜計算菜，醉僅坊計算皺大廳盡的怪1/竿4壤區(qū)域膜的速期度場走、溫驕度場米。炎計算鴿區(qū)域與及其壁物理士模型震如圖燈3所糟示。植2.鏡2預(yù)計算競條件芽（1甘）財按分飲層空召調(diào)考痰慮，之非空菠調(diào)區(qū)薦域（努頂棚修）溫贊度設(shè)距為服42古℃鋼，其輪余壁眠面設(shè)籃為絕考熱邊墾界條距件；料（2啄）內(nèi)銀部發(fā)鄉(xiāng)熱量別（包在括人姻體、免燈光吩）按部計算憂區(qū)域填內(nèi)的禍考慮戶；制（3適）旋罵流風(fēng)甜口送銜風(fēng)均鄭勻，煉每個搭旋流島風(fēng)口盯送風(fēng)紛量朽8.涂22吼m勵3杰/h分，困送風(fēng)賣溫度賢20園℃狡；頸（4煩）排追風(fēng)口兇設(shè)在添頂棚烈，排虹風(fēng)量盒為哲12濕40景00勵m懸3納/h圾；賺（5榆）陷回風(fēng)逐口分菌別布敏置在背大廳提四周糾的中搜部（迅8.撈47派m壯）首和宰上層律（串13勺.0脊3爪m吉）區(qū)吐域丟處，卻集中露回風(fēng)詞。瑞相對啊壓力雁為0嚼.0乞Pa英(設(shè)份大氣奸壓P俊=1傍00像00夫0P萬a)膏。元a)默計遷算區(qū)乳域平摟面示瓣意圖初笛逆昂觸亭烈衣鄙燕b)介蜓計算蘆區(qū)域侄物理吃模型展圖3卻計策算區(qū)綠域示爹意圖留2.驅(qū)3荷計算采結(jié)果灣分析嫌憤茶圖編4質(zhì)a拾）和貝b）推所示革的是樹X=韻33剪.4應(yīng)m賢處Y宋-Z維截面謹(jǐn)?shù)乃偎芏葓隹屎蜏赜薅葓鲂Q分布憶。從弟圖中逐可以膽看出至，根材據(jù)設(shè)估計條板件，腰如果全能保浪證觀廟眾席自座椅賀下9叨10愚0個敗旋流涂風(fēng)口貨均勻初送風(fēng)飼，則箭能夠刷滿足魚空調(diào)勤系統(tǒng)扶的設(shè)森計電設(shè)計筐要求狡。即銅，培比賽犬區(qū)域拍地面厚以上蜘9m拉以內(nèi)址區(qū)域比風(fēng)速懲基本蘋可占保證潑小于辭0.燦2m曉/s看。比奪賽區(qū)版域的哲溫度宗2氧3疤℃溪左右催，跡觀眾違席區(qū)遭域的得溫度危在文22配℃性~忌24烏℃察之間爆，整浴個計萄算區(qū)欄域的揮平均辜溫度身為數(shù)23孫.8辛℃品。輕汽間可以些看出黑，結(jié)盯構(gòu)風(fēng)注腔能因否起挪到靜此壓箱涌的作綿用，硬是確護(hù)保浩91城00晚個緒旋流涂風(fēng)口稠均勻買送風(fēng)量的重尼要影樹響因屠素之室一，隸同時裝也是嫁保證夾比賽遇大廳叔的溫古度場晝和速脾度場昨滿足倍設(shè)計扁要求車的關(guān)貍鍵所乒在。忽扶幅繩a）暈速度釋場衣惰鄰衡猶匙仇事周倍粱秧塘憲b）頂溫度外場宰圖住4陪設(shè)閘計工撥況腔X=沖33沫.4商m決處Y房-Z婚截面勒的速浪度場菊和溫忍度場貞3簽結(jié)構(gòu)鉛風(fēng)腔喇氣流滿組織貧優(yōu)化列3.拾1泄存在蛛問題谷分析多結(jié)構(gòu)肥風(fēng)腔規(guī)作錢為靜盞壓箱巷，其蒸幾何鉛特性溜和箱診體的列進(jìn)出玉口特掌性是染影響遭靜壓甚分布敬均勻騰性的廳重要議因素扒。為餃此，落本研具究益選擇倦較為貧復(fù)雜派的南湯區(qū)對洞應(yīng)的朱結(jié)構(gòu)斃風(fēng)腔嘗作為夠分析薪對象友。圖贊5a歲）為擠圖胡2a癥）中放對竹應(yīng)觀嘗眾席跡下結(jié)識構(gòu)風(fēng)懼腔的獻(xiàn)X-掌Y平滲面，賓I-求I斷像面為香對稱黃面。團對應(yīng)襯結(jié)構(gòu)良風(fēng)腔彈X-門Y平謹(jǐn)面的促斜上千方觀認(rèn)眾席提上開潤設(shè)了忠大量冠直徑劑為崇Φ陽=撓13共0m暮m暈的送彈風(fēng)口宵（圖收5c烤））炎。從漿圖5懷可見瓦，從導(dǎo)送風(fēng)配口1嗽、2吼流進(jìn)道結(jié)構(gòu)刪風(fēng)腔乖的空斷氣流各經(jīng)通礎(chǔ)道上捉，有稈幾道殲梁柱偉，且傲形狀冤、大后小不雪一，貧這些剛結(jié)構(gòu)蠻構(gòu)件凳都導(dǎo)吧致了傳結(jié)構(gòu)邁風(fēng)腔抱氣流僵分配彎不均優(yōu)勻，皆很難斬形成核靜壓卵箱的旋作用自，進(jìn)鄙而導(dǎo)型致各舒送風(fēng)以口送膜風(fēng)不誦均勻恢。此圖6萄所示閑的是憶圖穩(wěn)5a您）中沖陰影暢區(qū)域圣結(jié)構(gòu)寄風(fēng)腔抗內(nèi)三耕個不搜同高咐度上磚的呼速度石場計騰算結(jié)羽果，榨也說冷明了青結(jié)構(gòu)悶風(fēng)腔搖內(nèi)的弦氣流向分跪布蹦很不支均勻棄，蕩送風(fēng)賊口笨附近緊的氣陸流速甜度很亭大，找而距貢離送向風(fēng)口織較遠(yuǎn)項處的森氣流狼速度赴很小戚，不灘同高片度的感氣流砍速度汁也相急差較染大伴。仁鑒于為分析辣和數(shù)陶值計恥算的腦預(yù)測搞結(jié)果柱，為沿了進(jìn)端一步幫確認(rèn)出數(shù)值前計算佳結(jié)果姨，配姑合施煉工，英對整唐個南菜區(qū)結(jié)偽構(gòu)風(fēng)燭腔內(nèi)機氣流胃的實何際流驕動情機況進(jìn)申行了究驗證井性檢稿測。廣a）無平面英示意凍圖伯圓醒怕讀巴悔躲煙稍廊四它b喪）I忽-I牛剖面積圖5支南區(qū)望結(jié)構(gòu)凍風(fēng)腔殖結(jié)構(gòu)束圖耳圖缺6平憲南區(qū)校結(jié)構(gòu)澡風(fēng)腔順?biāo)俣嚷晥龇譂癫几?.劫2局現(xiàn)場尿?qū)崪y竊表2襖是對來南區(qū)出結(jié)構(gòu)番風(fēng)腔樹內(nèi)氣意流的辜現(xiàn)場餅實測傭結(jié)果勿，實賞測結(jié)參果與籠上述區(qū)預(yù)測唱分析姓結(jié)果北基本儉一致墊。視各區(qū)撕的風(fēng)出量分濃配與蠟設(shè)計謹(jǐn)所需但要的動風(fēng)量潮相差露很大盈，區(qū)籌1善、劫區(qū)2木、區(qū)秤9的險風(fēng)量搖遠(yuǎn)大拘于設(shè)連計的快風(fēng)量冊，而憂其它援區(qū)的惡風(fēng)量帶均小嗚于設(shè)沸計值撒。區(qū)疾1和字區(qū)2理、區(qū)蒸9距往離送湊風(fēng)口捕最近乓，而紫其它毅區(qū)依曲次遠(yuǎn)襲離送州風(fēng)口蛾，說鑄明在止空氣膠在經(jīng)呆送風(fēng)堵口進(jìn)芒入結(jié)餐構(gòu)風(fēng)轉(zhuǎn)腔內(nèi)傾后，逮迅速詠衰減魯，氣豈流沒蝕有能鄰力達(dá)取到距腰離送勻風(fēng)口鎮(zhèn)的最妙遠(yuǎn)端隔。需鑄要將辱區(qū)1獎和區(qū)石2及障區(qū)9肉的氣核流溪進(jìn)行冒誘導(dǎo)目，使晌其能發(fā)達(dá)到困遠(yuǎn)端黑，保仆證各摧區(qū)風(fēng)事量分改配能委夠達(dá)嗚到設(shè)罰計要蹲求，肝使得質(zhì)各旋荒流風(fēng)疾口送偏風(fēng)的淹均勻萍。然表2諒安南區(qū)老結(jié)構(gòu)默風(fēng)腔屋氣流敘分配抬區(qū)域巾測試融風(fēng)量附（m昂3箱/h浮）策各區(qū)減風(fēng)量能占總另風(fēng)量紫的比絹例華各區(qū)學(xué)設(shè)計婆風(fēng)量保（根叮據(jù)旋貌流風(fēng)牌口數(shù)皂量）推占總拾送風(fēng)眠量的造比例洞JK絨4-赴1送鎮(zhèn)風(fēng)口貼55京77偶4喬區(qū)1驕12板52沃9耗22班.5搭%涉6.琴5%宋區(qū)2軍30疫51辭9衫54股.7穩(wěn)%辮19志.4優(yōu)%驚區(qū)3接0潑0嫌27糞.3糧%誤區(qū)4奮61導(dǎo)98早11揮.1洪%宅29菜.7右%卵區(qū)5類（1挽）繡71升67六12盛.8幼%雄17言%扭區(qū)5芬（2秘）捏86兩92綱18育.5元%旁17貓%蛙區(qū)6忽38渠36浩8.劍2%孝29和.7孝%村區(qū)7同65纖97士14童.0稍%當(dāng)27獻(xiàn).3到%動區(qū)8齡44扁00匠9.皺35丹%理19貢.4穴%拘區(qū)9勝23擱49墨1滑50倉%月6.雨5%超JK匠4-港2送昏風(fēng)口滲47柱01肢6粘3謙.驗3奔結(jié)構(gòu)家風(fēng)腔爪氣流逆組織歐設(shè)計剛優(yōu)化初3.游3.內(nèi)1喇納設(shè)計株方案裙改進(jìn)姑與實郵施叫根據(jù)環(huán)現(xiàn)有夢結(jié)構(gòu)尊風(fēng)腔喜存在鏟的氣混流分命配不賭均勻宅，各災(zāi)送風(fēng)攻口送聰風(fēng)量款偏差嫩較的令問題淘，本笛研究伴提出虎了改晌善結(jié)嘩構(gòu)風(fēng)眼腔內(nèi)蠻部氣邁流分蝕布特累性的楊設(shè)計稿方案廟。主推要思逝路是偷，根丹據(jù)數(shù)閃值計傘算及晃現(xiàn)場與實測徹結(jié)果只，通艷過在觀結(jié)構(gòu)仁風(fēng)腔否內(nèi)加霉設(shè)風(fēng)差管的糧方法摘，重卷新分素配結(jié)譯構(gòu)風(fēng)稀腔內(nèi)田各區(qū)遺域的聲風(fēng)量忙及速峽度。師根據(jù)攀以上軋對結(jié)病構(gòu)風(fēng)形腔速驗度場木的計納算和餓現(xiàn)場報測試挽，利左用C情FD嘆技術(shù)興對結(jié)捏構(gòu)風(fēng)坑腔氣觸流組澆織進(jìn)朝行了曠優(yōu)化漲設(shè)計行，提港出了頑如圖給7所揉示的缸優(yōu)化謝方案逗并完逮成了狂實施妹工作廟。即兔在結(jié)在構(gòu)風(fēng)紗腔內(nèi)淹沿氣壤流方缸向加蓮設(shè)風(fēng)套管系科統(tǒng)，冶以改俊善結(jié)立構(gòu)風(fēng)板腔內(nèi)芬的氣劍流壓何力分退布，御以保拒證整晌個區(qū)柔域內(nèi)洞的壓共力分貪布均命勻，纖最終會實現(xiàn)罷各濱旋流芝風(fēng)口盆的送目風(fēng)均負(fù)勻。寨負(fù)份頃圖憤7圣懇南區(qū)派結(jié)構(gòu)期風(fēng)腔蕩空調(diào)衛(wèi)送風(fēng)學(xué)系統(tǒng)黎優(yōu)化末方案兼3陳.騾3.竟2施匯實施踩結(jié)果跑評估瓶根據(jù)循上述復(fù)優(yōu)化悲方案朵對結(jié)澡構(gòu)風(fēng)青腔的雞送風(fēng)嫂系統(tǒng)奴實施胡改造于后，富座椅全下畝各蛋旋流塌風(fēng)口痛空氣國流動日特性桶得到啞了明行顯的翼改善豪。筆孩者對言實施倘改造系后告的證空氣妻流動確情況撈進(jìn)行桑了現(xiàn)老場實視測策，吩圖憑8辰是捉南區(qū)伍結(jié)構(gòu)建風(fēng)腔暫各集旋流陷風(fēng)口剝位置援示意荷圖低及風(fēng)系速測販試結(jié)論果。佛分A拆~I熊共9聚個區(qū)峰域（肅對應(yīng)暢結(jié)構(gòu)險風(fēng)腔錯內(nèi)的小區(qū)1洗~區(qū)園9）傍，每餃個區(qū)慌域在風(fēng)各排杰風(fēng)口圣上選匯一個偏代表芽風(fēng)口稼進(jìn)行喇風(fēng)速記測試福，從津圖7醒的餓實測朵結(jié)果傳看，伯各痛個區(qū)破域的錢旋流由風(fēng)口餅風(fēng)速危分布彈較為膜均勻尚，樂達(dá)到砍了設(shè)派計預(yù)題期的潔速度檢場要味求。掀圖告8跑籌南區(qū)托結(jié)構(gòu)變風(fēng)腔朱各陳旋流山風(fēng)口澡出風(fēng)刃速度炕測試梳結(jié)果謙4宵場館靠比賽錄場地刃速度買場跨實測渴20曾07慚年9躺月7出日細(xì)~1偽1日勤，流國家孕空調(diào)悠設(shè)備擱質(zhì)量擴監(jiān)督榮檢驗疏中心粥對構(gòu)北京臟工業(yè)干大學(xué)闊奧運態(tài)會羽段毛球至場館徑比賽評大廳陳內(nèi)潛比賽河場地充的速觸度場廈進(jìn)行臉了檢狹測。捕圖9抵是比本賽區(qū)石域（補含三皮個比中賽場唇地）棟測點公布置海平面凝示意辣圖。憑比賽愁區(qū)域改尺寸切為刊42墊.3丘m碗×剃21戰(zhàn).壘4遍m華，（恨圖中資綠線奏區(qū)域出），提長度漲方向跑（昂42胃.3躲m凳）測墨點之廢間間亂隔為爹6m袋，負(fù)寬度閑方向恢（勇21驅(qū).聰4虜m委）贊測點陶之間迎間隔絲為圍3.從6m壞；測之試高互度選菠擇了稈1賓m紗、臟2.茂5農(nóng)m洲、時4.拘5醫(yī)m屑、億6.商5售m弄和召8.換5堵m捉五個歇高度搬。圖靜9標(biāo)際出了漸第1剪列、鳥第4緩列、杯第8晃列測蛛點在場五個筍高度潛上的匠速度鏡值。飯根據(jù)隱國家沖空調(diào)澡設(shè)備堤質(zhì)量雹監(jiān)督捷檢驗冤中心適的報撒告，庫比賽壁區(qū)域漢氣流仙速度撫（米9秘m儉以下厘）在輕0.擔(dān)02始～同0稻.3陳5m段/s粘之間策，平極均風(fēng)陶速為佛0.硬18膛m旨/s制，測會試伍28痛0博個點糖中，稿有嚇22鋼5堤個測碎點滿陜足設(shè)賄計要屬求，浴占總售測點寸的奧80屈.4立％大，站基本籮滿足林比賽毯場