体育馆置换通风设计与分析

2016-09-19王宏韬

地球 2016年2期

关键词：体育馆排风风口

■王宏韬

（辽宁省城乡建设规划设计院辽宁沈阳110000）

体育馆置换通风设计与分析

■王宏韬

（辽宁省城乡建设规划设计院辽宁沈阳110000）

本文介绍沈阳市一体育馆置换通风设计的送风量、送风温差、湿度梯度的计算，以及风口的型式和布局。

体育馆送风量置换通风（空调）

1　概述

置换通风是借助空气浮力作用的机械通风方式，空气以低风速、高送风温度状态送入人员活动区下部，在送风及室内散热源的上升气流共同作用下将污浊空气提升至顶部排出。与传统的全室通风相比，具有既可保证工作区的空气品质，又可有效利用空间上下温度分层的特点以达到节能的目的，适用于大空间建筑。本文介绍范围指体育馆比赛（训练）场地与观众席的整体空间。

该体育馆位于辽宁省沈阳市，建成于2003年，总建筑面积7930m2，其中比赛（训练）场馆建筑面积6400m2，附属办公建筑面积1530m2，共有座席2324个。限于当时经济条件，原设计只考虑简易机械排风设施。随着体育事业的进步，原有排风设施已不能满足需要，在夏季举办多次大型赛事中由于室内温度过高已经造成负面社会影响。近年本区经济发展迅速，区委区政府决定改造本体育馆机械通风系统并于2011年初立项。经过对比权衡确定采用置换通风（空调）方式。

2　通风系统设计与计算

2.1原通风系统概述

本工程原通风系统设计采用自然进风机械排风方式。既在夏季举办大型赛事时开启观众厅层的外门及幕墙外窗作为自然进风，设在屋顶的6台排风机运行。由于场馆外门窗可开启面积有限（近120m2），且通过外门窗洞口风速控制在1m/s左右，所以总排风量控制在不大于432000m3/h，折算换气次数勉强3次/h。网架下弦距地面净高度为13.6m，室内空间上部有照明热负荷和围护结构热负荷，下部观众席则集中了人员热湿负荷。

2.2置换通风工作原理及特点

置换空调的工作原理：由房间低处送出的冷风低速进入工作区内，因为密度大而像湖水一样弥漫了整个房间地板上，遇到室内热源产生向上的对流气流，使室内产生垂直的温度梯度，向上的热对流将污染物和大部分的照明和围护结构的冷负荷带到高处，由排风直接带走。由于室内形成垂直的温度分层，使上部的得热量减少，与全室空调相比，大大降低了空调除热负荷。2.3空调/通风主要设计参数（1）室外设计气象参数：

夏季空调室外计算干球温度：31.6℃，夏季空调室外计算湿球温度：25.0℃；

夏季通风室外计算干球温度：28.2℃，夏季通风室外计算相对湿度：65%；

（2）夏季室内空调设计参数：

温度：26—28°C（制冷系统未投入使用前按30°C确定），相对湿度：夏季55—65%；

室内噪声级：比赛大厅、扩声控制室NR 40

最小新风量：30 m3/h·人气流速度：≯0.2m/s

2.4置换通风系统的评价指标

坐姿头脚温差：θhf≤2℃站姿头脚温差：θhf≤3℃

吹风风速不满意率：PD≤15%热舒适不满意率：PPD≤15%

置换通风房间内的温度梯度：Δθ≤2℃/m

2.5冷负荷及风量计算

2.5.1空间高度分区及各区余热量计算

划分空间高度分区主要是为满足人员活动区的舒适性。比赛（训练）馆地面标高为±0.000，观众看台地面最高点标高为6.430，观众按坐姿考虑，确定室内热力分层高度Hoz=7.73m。

表1　分区余热量计算

表中余热量的计算不包括人员的潜热，因为促成温度分层的因素是显热。人员呼出的水蒸汽可由向上的热气流带走。场馆围护结构3面为外墙（窗），采光条件非常好，根据使用方经验，夏季晴天早8点至下午16点举行赛事只开启40%灯具即可满足照度，根据逐时冷负荷计算，下午14时（最大）照明负荷有限。场馆内日照负荷较大。

2.5.2送风量计算

室内工作区热舒适性：

θmin=22℃ （±0.000）θmax=27℃ （Hoz=7.73m）θoz=24℃Δθhf=2～3℃ Δθ≤2℃/mvoz=0.2m/s室内工作区空气质量：Coz≤1000ppm

图1　夏季室内垂直方向温度分布图

本工程人员停留区（室内热力分层高度以下）允许温升取为5℃，根据33%法则绘制“室内垂直方向温度分布图”，如图1所示。由图得出：

θe-θs=17.6℃；θe=33.7℃；θs=16.1℃

室内空调送风量

由公式：qs=3600Q/ρcp（θe-θs）

式中，qs—最小送风量（m3/h）；

Q—工作区余热量（kw）；

cp-空气定压比热容，1.01kJ/kg℃；

ρ—空气密度，1.2kg/m3；

综合各类别的预测框聚类结果,使用(7/2,2,3/2,1,1/2,1/4)作为DSSD算法的预测框宽高比。

θe—室内空气排风温度，℃

θs—室内空气送风温度，℃

最小送风量qs=3600×2368.44/(1.2×1.01×17.6)=399714m3/h

室内地面处送风温度θf=k（θe-θs）+θs=0.33×17.6℃+ 16.1=21.91℃

2.5.3各分区温升计算

可以用由公式（1）变化而来的Δt=3600Qy/(ρcp L)计算各分区余热量造成的空气温升：底部区：1℃，工作区：4℃，中间区：0.22℃，上部区：2.53℃。则工作区温度梯度为4/2.2=1.82℃/m。设工作区顶部控制温度为27℃，则地面处送风温度为22℃，顶部排(回)风温度为33.7℃。温度分布情况见图1。

2.5.4相对湿度计算

设工作区顶部为室内控制点参数状态，即室内N点，干球温度t N=27℃，相对湿度60%，湿球温度t NS=20.8℃，焓h N=75.2kJ/kg，含湿量d N=18.70g/kg。根据公式：

L=3600W/1.3Δd

式中：W—室内余湿（kg/h）；L—送风量（m3/h）；Δd—含湿量变化（g/kg）。

比赛状态下室内散湿量计算：观众按中等活动计取，比赛场地按重度活动计取；计算数值为436.97kg/h。湿度随空间高度变化呈线形分布，则水蒸气浓度梯度值为0.35 g/kg×m，以室内工作区顶部为室内控制点参数为基准，送、排风点的含湿量分别为15.99g/kg、

20.75g/kg，这样在焓湿图上即可定出送风点O点的状态为：t O=16.1℃，h O=57.1kJ/kg，dO=15.99g/kg，送风状态点为机器露点；排风点P的状态为：tP=33.7℃，h P=87.5kJ/kg，d P=20.75g/kg。室外空气状态点W：t W=31.5℃，t WS=25.3℃，相对湿度65%，h W=100kJ/kg。

送风量计算：L=3600W/Δd=3600×436.97kg/h/1.3 （20.75-15.99）g/kg=254217 m3/h，2.5.2章节中计算最小送风量能够满足要求。

2.5.5根据焓湿图计算其余参数

馆内设计容纳2374人，新风按每人20 m3/h计算，则新风量为L w=20×2374=47480 m3/h，按50000 m3/h计取。则新风负荷：Q w=ρL w(hw-hp)=1.2×50000×(100-87.5)/3600=208kW

室内负荷：QN=ρL(hp-ho)=1.2×399714×(87.5-57.1)/3600= 2016.79kW；

则总负荷为：QZ=Qw+QN=1958kW；排风负荷：排风量与新风量基本相等，按50000 m3/h计取，QP=ρLP(h P-h O)=160.6kW。

根据焓湿图得出总负荷为QZ’=ρLL(hC-hL)=2385.39kW，与前面计算基本相符。

2.6主要空调设备

2.6.1空调送风设备

为满足置换空调送风要求和节能降噪，末端系统采用4台额定风量为120000 m3/h的卧式空调机组，回风和新风混合后分别从4个墙角方向接入座椅送风管道。送风系统分为4部分，每部分送风量均等，并且送风距离较短。这样以使每台空调机组机外余压较小且噪音较低。空调机组变频调速控制。

2.6.2排风设备

在屋面重新均布设置6台排风机，其具体布置位置同原有排风机，并改造原有排风机洞口和基础，总排风量约50000 m3/h。

2.7风口的型式和布局

2.7.1送风口

置换通风（空调）的送风口布置应满足以下要求：

①.工作区人员坐姿停留处，空气流速v oz≤0.2 m/s；

②.布置置换送风口时，室内人员应在其扩散的平面临近区以外处；

③.置换送风口不应布置在室内靠外墙或靠外窗处应尽可能布置在冷负荷集中处。

基于以上要求，本工程采用座椅旋流送风口，沿座椅下方均匀布置。阶梯座椅下方砼板下倾斜的高大空间内设置静压箱。旋流风口安装在阶梯静压箱的垂直侧面，其出风气流呈旋转气流，旋转气流在旋转过程中掺混周围空气，使旋转气流的速度和温度迅速衰减，在人体坐姿脚踝处无吹风感。馆内共采用4648个方形座椅旋流送风口，实测出风速度1.96m/s，人体坐姿穿短裤时脚踝处无吹风感，距风口0.3m处实测风速v=0.17 m/s。

2.7.2排风口和回风口

本工程排风口采用电动风口，设在室内最高处与排风机直接连接并于排风机联锁控制。回风口设在标高8.500处，高于热力分层高度。

3　冬季运行

本工程冬季需要较大的热负荷且比赛场馆内无内外区，冬季不适合置换通风（空调）系统的运行。置换通风（空调）系统冬季只采用1台空调机组变频间歇运行供新风，并与排风机联锁控制运行。冬季运行时送风量略大于排风量，新风量折合换气次数约为0.6次/h，对室内温度无影响。馆内供热采用原有散热器系统，冬季室温能够达到17℃左右。