導(dǎo)語：體育館氣流組織實(shí)測(cè)管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要詳細(xì)測(cè)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(fēng)情況下的溫度及速度分布，利用實(shí)測(cè)結(jié)果分析評(píng)價(jià)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(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞體育館大空間氣流組織測(cè)量

AbstractThroughathoroughmeasurementofthetemperatureandairvelocityfieldsintheoccupiedandnon-occupiedzonesinthegymnasium,evaluatesthecharacteristicsofairdistributioninthespaceandoffersadvisesonresearchandengineeringdesignforthesimilarbuildings.

Keywordsgymnasium,largespace,airdistribution,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(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。而氣流組織的好壞直接影響到運(yùn)動(dòng)員的水平發(fā)揮和比賽成績(jī)，因而比賽大廳氣流組織是整個(gè)體育館空調(diào)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

目前國(guó)內(nèi)在進(jìn)行體育館空調(diào)氣流組織的研究中，普遍采用模擬實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬研究，尚缺乏大規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究。究其原因，主要為以下三點(diǎn)：第一，由于受現(xiàn)場(chǎng)條件和測(cè)試儀器的影響，測(cè)量數(shù)據(jù)不易測(cè)準(zhǔn)；第二，體育館屬大空間建筑，測(cè)試區(qū)域面積及高度均較大，因而測(cè)點(diǎn)難以布置；第三，由于進(jìn)行實(shí)測(cè)的空調(diào)系統(tǒng)已投入運(yùn)行，因而各種測(cè)試工況無法全部滿足；此外，還需要投入相當(dāng)?shù)娜肆εc時(shí)間，以及存在著測(cè)試時(shí)的協(xié)調(diào)配合等問題。

然而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究有其必要性，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試是在實(shí)際運(yùn)行情況下進(jìn)行的，其所得出的各種數(shù)據(jù)均是真實(shí)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(diào)系統(tǒng)中的實(shí)際問題，而且也可為模擬實(shí)驗(yàn)積驗(yàn)證數(shù)據(jù)，用以改進(jìn)模擬研究的準(zhǔn)確性。因而，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)是進(jìn)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(duì)北京一大型體育館比賽大廳非等溫工況下的氣流組織進(jìn)行了較為詳細(xì)的實(shí)際測(cè)量，積累了相當(dāng)?shù)膶?shí)測(cè)數(shù)據(jù)，為今后體育館的空調(diào)設(shè)計(jì)與研究提供基礎(chǔ)材料。

2工程簡(jiǎn)介

該館為北京第11亞運(yùn)會(huì)正式比賽館，建筑面積25300m2，比賽大廳83m×70m，其中比賽場(chǎng)地70m×40m，大廳中部高度為17.5m，南北最低處高度為12.5m。觀眾席總數(shù)為5748個(gè)，其中固定座位4668個(gè)，活動(dòng)座位1080個(gè)。比賽大廳空調(diào)采用全空氣系統(tǒng)低速風(fēng)道集中送風(fēng)，南北看臺(tái)采用機(jī)部向下送；場(chǎng)地和東西看臺(tái)采用側(cè)面噴口送風(fēng)（一般情況下采用大噴口，乒乓球、羽毛球比賽時(shí)采用較小的旋流風(fēng)口），兩部分分別設(shè)集中空氣處理機(jī)組。比賽大廳空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)為：夏季室內(nèi)溫度27℃，相對(duì)濕度65%；冬季室內(nèi)溫度16℃，相對(duì)濕度40%[1]。

3測(cè)試介紹

本次測(cè)試于2000年7月進(jìn)行，測(cè)試時(shí)間內(nèi)室外平均氣溫為32.7℃。

測(cè)量的內(nèi)容為在非等溫送風(fēng)狀態(tài)下，比賽大廳內(nèi)部的氣流組織狀況。本次研究的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)是在該體育館比賽大廳東南的場(chǎng)地（包括比賽區(qū)和觀眾席，41.1m×35m）上進(jìn)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(cè)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(diǎn)放在了溫度場(chǎng)的測(cè)量上。

圖1體育館比賽大廳概貌

該館采用將比賽場(chǎng)地與觀眾席分區(qū)進(jìn)行空調(diào)的氣流組織形式。測(cè)試時(shí)間段內(nèi)，比賽場(chǎng)地東部為噴口側(cè)送，負(fù)責(zé)該區(qū)空調(diào)的空調(diào)機(jī)組送/回風(fēng)溫度經(jīng)測(cè)定分別為23.0℃/26.5℃；觀眾席為空?qǐng)銮闆r，南看臺(tái)東部為旋流風(fēng)口加散流器上送，負(fù)責(zé)該區(qū)空調(diào)的空調(diào)機(jī)組送/回風(fēng)溫度經(jīng)測(cè)定分別為22.1℃/25.5℃。

在空間布點(diǎn)上，我們利用了館內(nèi)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(cè)點(diǎn)（圖2中雙線圈編號(hào)處），每組測(cè)點(diǎn)用4～5個(gè)溫度計(jì)測(cè)量不同標(biāo)高的溫度值，高差為2m（如圖3所示）?？紤]到場(chǎng)地上有運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行訓(xùn)練活動(dòng)，經(jīng)過與館內(nèi)工作人員協(xié)商，為不影響運(yùn)動(dòng)員的正常訓(xùn)練，因此在場(chǎng)上的最低測(cè)點(diǎn)高度定在距地8m處。

溫度測(cè)量采用RHLOG智能型溫度自計(jì)儀。這種儀器體積小、質(zhì)量輕、可以預(yù)先設(shè)定記數(shù)的起始時(shí)間，定時(shí)對(duì)目標(biāo)環(huán)境溫度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，并把測(cè)量保存在內(nèi)部存儲(chǔ)器中，不需人工記錄，非常適合于在大空間的布點(diǎn)測(cè)量。將一組自記式溫度計(jì)懸掛在事先準(zhǔn)備好的線上，由測(cè)試人員從檢修馬道垂下，溫度計(jì)按照預(yù)先設(shè)定的起止時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)并自動(dòng)記錄。待測(cè)試完畢后，測(cè)試人員將溫度計(jì)取下，并將數(shù)據(jù)傳入電腦進(jìn)行處理。

此外，還對(duì)比賽場(chǎng)地和觀眾席的人員活動(dòng)區(qū)域（圖2中所有編號(hào)處）進(jìn)行了風(fēng)速和溫度的實(shí)際測(cè)量。所采用的儀器為RH-31A型數(shù)字式風(fēng)速/風(fēng)溫測(cè)量?jī)x。在測(cè)點(diǎn)的選擇上，除了與空間布線的測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)以外，還在比賽場(chǎng)地和觀眾席的幾個(gè)具有代表性的位置進(jìn)行了測(cè)量，比較全面地反映了比賽大廳內(nèi)部的熱狀況。

圖4、圖5為放線懸掛自記式溫度計(jì)的照片。其中圖4為比賽場(chǎng)地上空的一組測(cè)點(diǎn)，從圖中可以較為明顯地看到為場(chǎng)地送風(fēng)的側(cè)送射流噴口；圖5為觀眾席上空的一組測(cè)點(diǎn)，從圖中也可以較為明顯地看到為觀眾席送風(fēng)的上送旋流風(fēng)口。

4測(cè)試分析

4．1工作區(qū)

4．1．1比賽場(chǎng)地

場(chǎng)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?？梢钥闯觯瑘?chǎng)地的分布均勻。測(cè)試時(shí)場(chǎng)地上人員較少且熱源分布比較平均，這種情況與實(shí)際比賽時(shí)情況很接近，可以斷定，在實(shí)際比賽時(shí)，是可以滿足運(yùn)動(dòng)員對(duì)場(chǎng)地溫度的要求的。

但測(cè)試結(jié)果顯示場(chǎng)地的風(fēng)速不夠平均，比賽場(chǎng)地距2m處平均風(fēng)速為0.65m/s，最主0.8m/s，最低0.3m/s，如圖7所示。在進(jìn)行籃球比賽時(shí)，場(chǎng)地風(fēng)速可以達(dá)到0.5m/s，而實(shí)測(cè)的平均風(fēng)速為0.65m/s，是偏大的。因?yàn)楸荣悎?chǎng)地采用噴口側(cè)送形式，所以場(chǎng)地人員活動(dòng)區(qū)域的風(fēng)速比較不均勻。設(shè)計(jì)者在考慮進(jìn)行乒乓球等小球比賽時(shí)，場(chǎng)地送風(fēng)口由噴口切換為旋流風(fēng)口，這樣可以加快送風(fēng)氣流擴(kuò)散，使場(chǎng)地上風(fēng)速有所減小。

4．1．2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(cè)試時(shí)觀眾席為空?qǐng)銮闆r，因而我們主要對(duì)其溫度場(chǎng)地均勻性進(jìn)行一些分析。由測(cè)試結(jié)果可見，觀眾席溫度的均勻不及比賽場(chǎng)地，這是由于兩方面的原因：第一，觀眾席測(cè)點(diǎn)之間存在高度差造成的溫度梯度；第二，觀眾席送風(fēng)較多，存在著風(fēng)量調(diào)節(jié)不平均的問題。

觀眾席最高溫度點(diǎn)出現(xiàn)在第15號(hào)測(cè)點(diǎn)。由圖2可知，該測(cè)點(diǎn)們于東看臺(tái)上部，由于東側(cè)看臺(tái)觀眾人數(shù)較少，因而設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)將該區(qū)與比賽場(chǎng)地合并在一起進(jìn)行空調(diào)。由側(cè)送噴口送風(fēng)，看臺(tái)前部側(cè)下回風(fēng)，這種氣流組織形式造成了看臺(tái)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(shè)計(jì)中需要避免的。

圖9為觀眾席座位處風(fēng)速實(shí)測(cè)值，最高1.2m/s，最低0.5m/s，。可以看出：觀眾席風(fēng)速普遍高于比賽場(chǎng)地，平均風(fēng)速為0.79m/s，但對(duì)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(shí)，這種風(fēng)速是完全可以接受的。

觀眾席風(fēng)速最大點(diǎn)出現(xiàn)在第2，3號(hào)測(cè)點(diǎn)，風(fēng)速分別達(dá)到了1.2m/s和1.13m/s。由圖2可知，這兩點(diǎn)位于南看臺(tái)前排，基本上處于比賽場(chǎng)地射流送風(fēng)區(qū)域和觀眾席旋流風(fēng)口上送區(qū)域的交界處，其氣流流形較為復(fù)雜，因而風(fēng)速偏高的可能性較大。

在實(shí)際有觀眾觀看比賽的情況下，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的人員發(fā)熱量，在大空間建筑中，熱空氣上升會(huì)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(huì)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(shè)計(jì)者為了抵消這種溫度梯度帶來的負(fù)面結(jié)果，按照相反的梯度進(jìn)行觀眾席設(shè)計(jì)溫度的取值，后排設(shè)計(jì)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(cè)試中，還對(duì)南側(cè)看臺(tái)前后排觀眾席平均溫度的溫度梯度進(jìn)行了比較。由于測(cè)試是在空?qǐng)龅那闆r下進(jìn)行的，看臺(tái)上的負(fù)荷同有人員是熱產(chǎn)生的部分。結(jié)果顯示，從第二排觀眾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(dá)到-0.18℃/m(如圖10所示)。對(duì)觀眾席采用不同的設(shè)計(jì)溫度參數(shù)，這是一個(gè)非常有意義的嘗試，值得在體育館空調(diào)設(shè)計(jì)中參考。

4．2非工作區(qū)

4．2．1比賽場(chǎng)地上空

對(duì)比賽場(chǎng)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(shì)。距地8～12m內(nèi)的垂直溫度梯度為0.04℃/m，而距地14～16m內(nèi)的垂直溫度梯度達(dá)到0.62℃/m。由測(cè)得的場(chǎng)地距地2m處的平均溫度25.1℃，可以計(jì)算出比賽場(chǎng)地內(nèi)總的垂直溫度梯度為0.20℃/m，由于測(cè)試條件與實(shí)際較為接近，因而這是一個(gè)基本上能夠代表實(shí)際情況的數(shù)值。

4．2．2觀眾席上空

南側(cè)看臺(tái)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(chǎng)條件所限，只對(duì)測(cè)點(diǎn)1，2，3，4，5進(jìn)行了垂直溫度梯度的測(cè)量（見圖12），其中測(cè)點(diǎn)1至4位于觀眾席前部，比垂直溫度梯度特點(diǎn)比較接近于比賽場(chǎng)地上空的情況。

圖13為測(cè)點(diǎn)5的溫度垂直分布情況，可以看出，其垂直溫度上升趨勢(shì)并不明顯，且其溫度梯度也較小，為0.13℃/m。由于觀眾席采用風(fēng)口上送風(fēng)形式，風(fēng)口位于標(biāo)高12m處，明顯看出，11m處測(cè)點(diǎn)溫度值最低，為25.2℃。采用上送風(fēng)形式破壞了這種溫度梯度的形成，在風(fēng)口位置與觀眾席較近的情況下，其空調(diào)效果是比較好的。