體育館置換通風(fēng)設(shè)計分析

劉 弘

(北京市建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100045)

0 引 言

置換通風(fēng)是一種全新的通風(fēng)方式，與以往的混合通風(fēng)方式相比，置換通風(fēng)可增強(qiáng)室內(nèi)空氣流動，還可提高通風(fēng)設(shè)備的熱舒適性[1]。以低速在室內(nèi)空間下部送風(fēng)，氣流呈現(xiàn)類似層流的活塞流狀態(tài)緩慢向上移動，到達(dá)一定高度時，受熱源和頂板的影響，發(fā)生紊流現(xiàn)象，產(chǎn)生紊流區(qū)。下部單向流動區(qū)和上部混合區(qū)是氣流產(chǎn)生熱力分層現(xiàn)象的兩種情況，空氣溫度場和濃度場在這兩個區(qū)域有非常明顯的不同特性：下部單向流動區(qū)存在一明顯垂直溫度梯度和濃度梯度，而上部紊流混合區(qū)溫度場和濃度場則比較均勻，接近排風(fēng)的溫度和污染物濃度[2]。

1 置換通風(fēng)空調(diào)設(shè)計

體育館的最大特點(diǎn)是普遍采用半透明屋蓋設(shè)計，陽光可透過體育館屋蓋射入場館內(nèi)部，同樣，夜間屋蓋亦可透出室內(nèi)的光?；谶@種情況，體育館內(nèi)的各種專業(yè)設(shè)備及管道不得安裝在體育館屋頂及室內(nèi)上部空間區(qū)域內(nèi)。所以，采用下部置換通風(fēng)的空調(diào)方式是最具可行性的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案。體育館置換通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合體育館的實(shí)際空間布局，在每個觀眾席固定座位下設(shè)計一個443 mm×210 mm規(guī)格的置換通風(fēng)口，將經(jīng)過處理的冷空氣從固定通風(fēng)孔以較低速度送入體育館室內(nèi)，確保置換通風(fēng)口的送風(fēng)溫度在20 ℃以下，最高送風(fēng)溫差不得超過4.5 ℃[3]。將冷空氣團(tuán)送入體育館觀眾席內(nèi)，并全面覆蓋觀眾席。冷空氣下沉進(jìn)入體育館賽場中央，當(dāng)冷空氣遇到熱源便會產(chǎn)生向上的對流氣流，將體育館內(nèi)的熱濁空氣抬升至體育館頂層上部區(qū)域。由此使體育館外新鮮的空氣與室內(nèi)回風(fēng)混合，經(jīng)過降溫處理后再送入大體育館內(nèi)，人而形成垂直的溫度梯度。在體育館室內(nèi)溫度及空氣的上升的作用下，溫度較高的渾濁空氣上升至體育館頂部，通過體育館頂端的通風(fēng)機(jī)排出。相關(guān)的設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)將體育館空調(diào)排風(fēng)口設(shè)計在工作區(qū)或者是靠近工作區(qū)的上部區(qū)域，借助回風(fēng)溫度和相對溫度濕度，有效消除工作區(qū)少量潛在的熱量負(fù)荷，而不是體育館內(nèi)的余熱。

2 負(fù)荷與風(fēng)量控制

人體散熱和設(shè)備散熱是體育館室內(nèi)溫度及熱量聚集的主要原因，人體產(chǎn)生的熱量及呼出的水蒸氣在置換通風(fēng)作用下往往分散于工作區(qū)域上部，再通過體育館屋頂排風(fēng)口排出。因此在體育館置換通風(fēng)設(shè)計過程中，將人體的潛在熱量及工作區(qū)外圍結(jié)構(gòu)傳入熱量忽略不計，保證體育館內(nèi)熱濕比接近∞。體育館半透明的屋頂設(shè)計相比于不透明的屋頂設(shè)計將熱量聚集得更多更快，在置換系統(tǒng)負(fù)荷及風(fēng)量控制方面取者之間較大的數(shù)值，且體育館屋頂燈管散熱忽略不計。體育館的競賽廳不能設(shè)置通風(fēng)口，所以置換通風(fēng)口只能設(shè)計在觀眾席區(qū)域內(nèi)。為消除競賽廳內(nèi)積攢的熱量，需增加觀眾席的送風(fēng)量，使冷空氣水平流向體育館競賽廳。體育館回風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)應(yīng)設(shè)定在離觀眾席過道3.5 m高的位置范圍內(nèi)，以保證回風(fēng)溫度在25℃左右，且空氣相對濕度小于等于60%。參考置換通風(fēng)設(shè)計數(shù)據(jù)資料可得，一般通風(fēng)口的送風(fēng)溫差要保持在2～4℃，但是在實(shí)際的體育館置換通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置中，按照4℃送風(fēng)溫差計算通風(fēng)口風(fēng)量，此時通風(fēng)口聚集的風(fēng)量要比預(yù)期的大，風(fēng)管截面的尺寸也應(yīng)隨之變大，所以需要將送風(fēng)溫差控制在4.5℃左右。

3 通風(fēng)末端設(shè)備與布置

在體育館中央競賽廳及觀眾席各設(shè)置一個空調(diào)機(jī)房，在每個空調(diào)機(jī)房安裝至少5臺空氣處理機(jī)。在此基礎(chǔ)上，每個機(jī)房內(nèi)添設(shè)1臺新風(fēng)處理機(jī)，由新風(fēng)處理機(jī)將產(chǎn)生的新風(fēng)輸送給5臺空氣處理機(jī)。利用自帶水泵改變回水溫度，實(shí)現(xiàn)空氣處理機(jī)的降溫處理。通風(fēng)末端設(shè)備是機(jī)電一體化產(chǎn)品，機(jī)電安裝采購人員可結(jié)合體育館置換通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計方案及施工安裝技術(shù)要求進(jìn)行招標(biāo)采購。

4 自 控

國內(nèi)大多數(shù)體育館的空氣處理機(jī)都是國產(chǎn)的機(jī)電一體化設(shè)備，其具備獨(dú)立的PLC控制單元，還包括傳感器、自動報警接口等。PLC控制單元的系統(tǒng)構(gòu)成簡單，便于管理和操作，具有一定的可靠性。利用PLC控制單元發(fā)出的PID變頻指令可調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)回風(fēng)溫度的目的。一旦過濾網(wǎng)前后壓差大于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，PLC自動報警系統(tǒng)便會發(fā)出警示信號。當(dāng)體育館空調(diào)機(jī)房內(nèi)的空氣處理機(jī)處于停止運(yùn)行的狀態(tài)時，新風(fēng)門、回風(fēng)門及冷水電動閥會立即恢復(fù)至全關(guān)位置。

5 運(yùn)行效果及測試

體育館置換通風(fēng)設(shè)備管理人員可結(jié)合體育館實(shí)際的通風(fēng)散熱需求調(diào)整設(shè)備的回風(fēng)溫度。不同時間段內(nèi)的太陽輻射熱量是不同的。下午體育館內(nèi)空場空席，在陽光的照射下溫度梯度逐漸變大，受較強(qiáng)太陽輻射的影響，觀眾席上部區(qū)域的空氣溫度會上升，所以白天體育館內(nèi)觀眾席的送風(fēng)量應(yīng)持續(xù)加大。體育館觀眾席送風(fēng)口的溫度及風(fēng)速直接影響著觀眾的舒適感，因此有關(guān)人員應(yīng)當(dāng)反復(fù)試驗(yàn)體育管置換通風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)孔的口徑大小、開孔率及風(fēng)口的風(fēng)速，在保證體育館里溫度適宜的同時增加場館內(nèi)新鮮空氣的流動。在沒有體育競賽或者是觀眾席空位的情況下進(jìn)行置換通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行測試，逐步調(diào)整機(jī)電設(shè)備及系統(tǒng)工程運(yùn)行的參數(shù)設(shè)置，從而為運(yùn)動員和廣大觀眾創(chuàng)造舒適的活動空間。

6 存在的問題與分析

目前，體育館置換通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計還存在著諸多的問題，需要有關(guān)工作人員給予高度重視。置換通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的影響因素體現(xiàn)在以下4個方面：

(1)體育館空調(diào)置換通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)不夠充分，缺少有效的設(shè)計參考依據(jù)。盡管系統(tǒng)原理構(gòu)成簡單，但是在實(shí)際設(shè)計過程中，置換通風(fēng)系統(tǒng)工作區(qū)內(nèi)的余溫、空氣濕度及余熱等都是不可控的因素，現(xiàn)有的置換通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案及資料沒有做出詳細(xì)的規(guī)劃，這在一定程度上增加了系統(tǒng)設(shè)計的難度。

(2)工作區(qū)的余溫、余熱、相對濕度和送風(fēng)溫差等都影響著送風(fēng)口送風(fēng)量的計算結(jié)果。工作區(qū)上部空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量是以體育館內(nèi)余熱、余濕和恰當(dāng)?shù)乃惋L(fēng)溫差來衡量的。一般情況下，通風(fēng)系統(tǒng)按此種方式計算，送風(fēng)溫差設(shè)定為4℃，如此計算出的送風(fēng)口送風(fēng)量需增加50%左右。體育館主場館的送風(fēng)量計算所選取的余熱值不應(yīng)當(dāng)是體育館室內(nèi)的余熱，而是競賽場人員密集區(qū)停留產(chǎn)生余熱的顯熱部分。同時余濕值確定為0，由此設(shè)定置換通風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)溫差為4.5℃，通過這樣計算得出的送風(fēng)量能夠滿足體育館降溫制冷的需求。在置換通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計后續(xù)發(fā)展中是否存在更為科學(xué)合理的設(shè)計方案,還有待進(jìn)一步研究。

(3)安裝置換通風(fēng)系統(tǒng)首先應(yīng)確保擁有充足的空間高度，利用空氣密度差，在體育館內(nèi)部形成自下而上的空氣對流，如此才能達(dá)到更好的置換通風(fēng)效果。相對比較大的空間高度，所對應(yīng)的置換通風(fēng)系統(tǒng)排氣口風(fēng)更容易排走聚集于工作區(qū)上部的溫度高且濕度大的熱濁空氣。

(4)按照體育館內(nèi)的活動類型及人員密集程度確定場館內(nèi)的水平溫度梯度以及單位制冷負(fù)荷面積，若是有很多人員在體育館內(nèi)活動，則需要加到置換通風(fēng)系統(tǒng)的冷負(fù)荷中，以此實(shí)現(xiàn)更好的通風(fēng)效果。

7 結(jié)束語

綜上所述，在體育館置換通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃過程中，有關(guān)人員需要充分考慮各種因素的影響，結(jié)合設(shè)計參數(shù)確定空調(diào)運(yùn)行方式、通風(fēng)末端設(shè)備與布置，加強(qiáng)負(fù)荷與風(fēng)量控制及系統(tǒng)自控，以達(dá)到最佳的通風(fēng)效果 。