劇院座椅送風(fēng)氣流組織研究

劇院座椅送風(fēng)氣流組織研究劇院座椅送風(fēng)氣流組織研究 2014/07/29 建筑熱能通風(fēng)空調(diào)雜志2014年第三期1數(shù)值模擬1.1座椅下送風(fēng)局部效果數(shù)值模擬1.1.1物理模型筆者通過建立座椅送風(fēng)局部模型，對兩種不同的座椅送風(fēng)口布置方式進(jìn)行比較，來驗(yàn)證座椅送風(fēng)口的減少是否會(huì)對空調(diào)效果產(chǎn)生影響。工況1為傳統(tǒng)工況，即對每個(gè)座椅配置一個(gè)座椅送風(fēng)口；工況2為每兩個(gè)座椅只設(shè)置一個(gè)座椅送風(fēng)口，有無送風(fēng)口的座椅交叉放置。兩個(gè)工況的參數(shù)見表1。模擬的人體及座椅送風(fēng)口尺寸如圖3所示：人體尺寸根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB10000-88中國成年人人體的尺寸數(shù)據(jù)簡化；座椅送風(fēng)口根據(jù)某座椅置換送風(fēng)系列風(fēng)口的TCD-B/250190和TCD-B/250簡化網(wǎng)格對人體所在區(qū)域及送風(fēng)口區(qū)域進(jìn)行了加密處理，在保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確的前提下，減少網(wǎng)格數(shù)量。觀眾區(qū)有多排座椅，每一排座椅的情況基本相同。在模擬計(jì)算中考慮前后排座椅以及左右列座椅之間的相互影響。所以，在本次模擬中，建立55模型來比較兩個(gè)工況的空調(diào)效果。模型如圖4。其中，工況2中座椅送風(fēng)口的設(shè)置如圖5所示。模型中的尺寸以及空間位置都是根據(jù)實(shí)際情況確定。一般座椅送風(fēng)系統(tǒng)需要考慮的冷負(fù)荷有人體散熱負(fù)荷、圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷以及燈光的輻射負(fù)荷等。本次模擬考察座椅送風(fēng)的局部效果，只考慮人體散熱負(fù)荷。人體的顯熱散熱量按表面積均勻分布，根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的負(fù)荷資料，取人員散熱負(fù)荷為55W/人。座椅下送風(fēng)風(fēng)口尺寸按照表1給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行選取。在模型中央上部4m高處設(shè)置回風(fēng)口，風(fēng)口尺寸為0.2m0.2m。座椅送風(fēng)溫度為19，模型中設(shè)計(jì)溫度取25。此次模擬選擇的座椅送風(fēng)口樣本的有效面積系數(shù)為0.4，本次模擬中通過編譯UDF文件來表征此項(xiàng)參數(shù)，使模擬結(jié)果更接近于實(shí)際情況。1.1.2模擬結(jié)果比較分析1）溫度場比較。圖6圖7給出了兩個(gè)工況下，人員周圍的溫度分布情況，所取截面為過中間一排人員中心的截面。風(fēng)從座椅下方送出，沿程吸收熱量，因此人員周圍的溫度上高下低。兩個(gè)工況下，人員周圍的溫度都在2325的范圍內(nèi)，并無顯著差別。所以在總風(fēng)量不變的情況下，將送風(fēng)口數(shù)量減半，并不會(huì)對環(huán)境的溫度場產(chǎn)生明顯的影響。2）速度場比較。圖8、圖9給出了兩個(gè)工況下，人體腳踝附近的速度分布情況，所取截面為通過大部分人員腳踝的水平截面。工況1和工況2的送風(fēng)風(fēng)速分別為0.26m/s和0.43m/s，從模擬結(jié)果中可以看出，風(fēng)從送風(fēng)口吹出后，風(fēng)速衰減很快，在距離送風(fēng)口較近的地方風(fēng)速大概為0.1m/s。而兩個(gè)工況下，在人體腳踝區(qū)域的風(fēng)速分別為0.04m/s和0.06m/s，都在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。也就是說，雖然工況2減少了風(fēng)口數(shù)量，加大了單個(gè)送風(fēng)口的送風(fēng)風(fēng)量和送風(fēng)風(fēng)速，但由于座椅送風(fēng)的特性，風(fēng)速衰減很快，并不會(huì)使人體產(chǎn)生不適的吹風(fēng)感。綜上所述，將座椅送風(fēng)口數(shù)量減半以后，仍然可以產(chǎn)生較好的熱環(huán)境，且風(fēng)量加大以后，人員并不會(huì)感到不適的吹風(fēng)感。1.2某劇場觀眾區(qū)座椅送風(fēng)效果模擬1.2.1物理模型某劇場觀眾區(qū)共有1229個(gè)座位，分為池區(qū)前區(qū)、池區(qū)后區(qū)和樓座三個(gè)部分，觀眾區(qū)座椅及座椅送風(fēng)口的分布如圖1圖2所示。由于劇院較大，為降低模型復(fù)雜程度和計(jì)算時(shí)間，對模型進(jìn)行簡化。將送風(fēng)方式改為地板送風(fēng)，送風(fēng)口改為座椅下地面條形風(fēng)口，將同一排的送風(fēng)口建立為一個(gè)模型；人體尺寸根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB10000-88中國成年人人體的尺寸數(shù)據(jù)簡化而成，并將每一排的人體建立為一個(gè)模型，如圖10所示。從風(fēng)口的布置圖（圖1、圖2）上不難發(fā)現(xiàn)，很多座椅都沒有配置座椅送風(fēng)口，為了更真實(shí)地模擬劇場的空調(diào)效果，對送風(fēng)口數(shù)目較少的區(qū)域?qū)⒉辉O(shè)置條形送風(fēng)口，對送風(fēng)口數(shù)目較多的區(qū)域設(shè)置條形送風(fēng)口。模型中風(fēng)口的布置如圖11所示。在設(shè)計(jì)施工圖中，觀眾區(qū)的回風(fēng)口和排風(fēng)口都設(shè)置在觀眾區(qū)的前方，所以在本次模擬中，在觀眾區(qū)的前區(qū)兩側(cè)各布置兩個(gè)排風(fēng)口，回風(fēng)口尺寸為2m1m。建立的觀眾區(qū)模型如圖12所示。網(wǎng)格對人體所在區(qū)域、送風(fēng)口區(qū)域以及回風(fēng)口區(qū)域進(jìn)行了加密處理，人體上方劇院中空區(qū)域網(wǎng)格相對稀疏，這樣能在保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確前提下，減少網(wǎng)格數(shù)量，加快計(jì)算速度。人體的顯熱散熱量按表面積均勻分布，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，取人員散熱負(fù)荷為55W/人。送風(fēng)溫度為19，空調(diào)設(shè)計(jì)溫度為25。1.2.2模擬結(jié)果1）速度場。圖13、14給出了典型截面的速度分布情況。從計(jì)算結(jié)果來看，配置有座椅送風(fēng)口的區(qū)域的人體周圍的風(fēng)速一般在0.050.10m/s之間；沒有配置座椅送風(fēng)口的區(qū)域的人體周圍的風(fēng)速一般在0.05m/s以下。除了在送風(fēng)口附近和觀眾廳正上方的風(fēng)速較大之外，其他區(qū)域的氣流速度均較小，氣流從下到上，從后向前依次排出。由于人體熱源的影響，在人體表面附近形成了上升氣流。另外，由于排風(fēng)口設(shè)置在整個(gè)區(qū)域的前方，氣流都有一個(gè)向前、向上的趨勢。2）溫度場。圖15給出了典型截面的溫度分布情況。從計(jì)算結(jié)果來看，座椅送風(fēng)的空調(diào)效果基本能達(dá)到人體舒適度的要求，且同一區(qū)域的溫度分布較為均勻。但是，也出現(xiàn)了明顯的溫度分層情況。前區(qū)的溫度較低，其原因?yàn)椋耗M計(jì)算過程中，忽略了舞臺(tái)燈光輻射所產(chǎn)生的負(fù)荷；處于劇場的最低處，冷空氣下沉停滯，導(dǎo)致溫度降低；距離排風(fēng)口最近，相對于后排來說，空氣齡較小，能及時(shí)將人員的散熱帶走。樓座的溫度偏高，其原因?yàn)椋弘x回風(fēng)口較遠(yuǎn)，空氣齡較大，人員散熱量不能被及時(shí)帶走；處于劇場的最高處，熱空氣上浮，導(dǎo)致樓座溫度偏高；由于模型建立的原因，樓座區(qū)域?qū)痈呦鄬τ谇芭艁碚f較低，這也會(huì)對空調(diào)效果產(chǎn)生一定的影響。總體來說，模擬結(jié)果是令人滿意的。2結(jié)論及建議1）座椅送風(fēng)可以為人員提供舒適的熱環(huán)境；2）在總風(fēng)量不變的前提下，適當(dāng)減少座椅送風(fēng)口的數(shù)量，并不會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生很大的影響；3）本劇院內(nèi)的座椅送風(fēng)口布置可以取得良好的空調(diào)效果；4）由于出現(xiàn)了明顯的溫度分層，建議對送風(fēng)參數(shù)進(jìn)行分區(qū)控制，適當(dāng)提高池區(qū)前區(qū)的送風(fēng)溫度，適當(dāng)降低樓座的送風(fēng)溫度，這樣不僅能夠節(jié)能，還能為人員提供更好的環(huán)境。作者：皮英俊劉東王婷婷周鵬劉芳單位：同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 上一個(gè)文章： 碰撞射流通風(fēng)供暖房間的研究下一個(gè)文章： 地下火車站列車火災(zāi)煙氣控制