剧院座椅送风气流组织研究范文

《建筑热能通风空调杂志》2014年第三期

1数值模拟

1.1座椅下送风局部效果数值模拟

1.1.1物理模型笔者通过建立座椅送风局部模型，对两种不同的座椅送风口布置方式进行比较，来验证座椅送风口的减少是否会对空调效果产生影响。工况1为传统工况，即对每个座椅配置一个座椅送风口；工况2为每两个座椅只设置一个座椅送风口，有无送风口的座椅交叉放置。两个工况的参数见表1。模拟的人体及座椅送风口尺寸如图3所示：人体尺寸根据国家标准GB10000-88中国成年人人体的尺寸数据简化；座椅送风口根据某座椅置换送风系列风口的TCD-B/250190和TCD-B/250简化网格对人体所在区域及送风口区域进行了加密处理，在保证计算结果准确的前提下，减少网格数量。观众区有多排座椅，每一排座椅的情况基本相同。在模拟计算中考虑前后排座椅以及左右列座椅之间的相互影响。所以，在本次模拟中，建立5×5模型来比较两个工况的空调效果。模型如图4。其中，工况2中座椅送风口的设置如图5所示。模型中的尺寸以及空间位置都是根据实际情况确定。一般座椅送风系统需要考虑的冷负荷有人体散热负荷、围护结构冷负荷以及灯光的辐射负荷等。本次模拟考察座椅送风的局部效果，只考虑人体散热负荷。人体的显热散热量按表面积均匀分布，根据设计方提供的负荷资料，取人员散热负荷为55W/人。座椅下送风风口尺寸按照表1给出的数据进行选取。在模型中央上部4m高处设置回风口，风口尺寸为0.2m×0.2m。座椅送风温度为19℃，模型中设计温度取25℃。此次模拟选择的座椅送风口样本的有效面积系数为0.4，本次模拟中通过编译UDF文件来表征此项参数，使模拟结果更接近于实际情况。

1.1.2模拟结果比较分析1）温度场比较。图6图7给出了两个工况下，人员周围的温度分布情况，所取截面为过中间一排人员中心的截面。风从座椅下方送出，沿程吸收热量，因此人员周围的温度上高下低。两个工况下，人员周围的温度都在23~25℃的范围内，并无显著差别。所以在总风量不变的情况下，将送风口数量减半，并不会对环境的温度场产生明显的影响。2）速度场比较。图8、图9给出了两个工况下，人体脚踝附近的速度分布情况，所取截面为通过大部分人员脚踝的水平截面。工况1和工况2的送风风速分别为0.26m/s和0.43m/s，从模拟结果中可以看出，风从送风口吹出后，风速衰减很快，在距离送风口较近的地方风速大概为0.1m/s。而两个工况下，在人体脚踝区域的风速分别为0.04m/s和0.06m/s，都在规范允许的范围内。也就是说，虽然工况2减少了风口数量，加大了单个送风口的送风风量和送风风速，但由于座椅送风的特性，风速衰减很快，并不会使人体产生不适的吹风感。综上所述，将座椅送风口数量减半以后，仍然可以产生较好的热环境，且风量加大以后，人员并不会感到不适的吹风感。

1.2某剧场观众区座椅送风效果模拟

1.2.1物理模型某剧场观众区共有1229个座位，分为池区前区、池区后区和楼座三个部分，观众区座椅及座椅送风口的分布如图1图2所示。由于剧院较大，为降低模型复杂程度和计算时间，对模型进行简化。将送风方式改为地板送风，送风口改为座椅下地面条形风口，将同一排的送风口建立为一个模型；人体尺寸根据国家标准GB10000-88中国成年人人体的尺寸数据简化而成，并将每一排的人体建立为一个模型，如图10所示。从风口的布置图（图1、图2）上不难发现，很多座椅都没有配置座椅送风口，为了更真实地模拟剧场的空调效果，对送风口数目较少的区域将不设置条形送风口，对送风口数目较多的区域设置条形送风口。模型中风口的布置如图11所示。在设计施工图中，观众区的回风口和排风口都设置在观众区的前方，所以在本次模拟中，在观众区的前区两侧各布置两个排风口，回风口尺寸为2m×1m。建立的观众区模型如图12所示。网格对人体所在区域、送风口区域以及回风口区域进行了加密处理，人体上方剧院中空区域网格相对稀疏，这样能在保证计算结果准确前提下，减少网格数量，加快计算速度。人体的显热散热量按表面积均匀分布，根据设计参数，取人员散热负荷为55W/人。送风温度为19℃，空调设计温度为25℃。

1.2.2模拟结果1）速度场。图13、14给出了典型截面的速度分布情况。从计算结果来看，配置有座椅送风口的区域的人体周围的风速一般在0.05~0.10m/s之间；没有配置座椅送风口的区域的人体周围的风速一般在0.05m/s以下。除了在送风口附近和观众厅正上方的风速较大之外，其他区域的气流速度均较小，气流从下到上，从后向前依次排出。由于人体热源的影响，在人体表面附近形成了上升气流。另外，由于排风口设置在整个区域的前方，气流都有一个向前、向上的趋势。2）温度场。图15给出了典型截面的温度分布情况。从计算结果来看，座椅送风的空调效果基本能达到人体舒适度的要求，且同一区域的温度分布较为均匀。但是，也出现了明显的温度分层情况。前区的温度较低，其原因为：①模拟计算过程中，忽略了舞台灯光辐射所产生的负荷；②处于剧场的最低处，冷空气下沉停滞，导致温度降低；③距离排风口最近，相对于后排来说，空气龄较小，能及时将人员的散热带走。楼座的温度偏高，其原因为：①离回风口较远，空气龄较大，人员散热量不能被及时带走；②处于剧场的最高处，热空气上浮，导致楼座温度偏高；③由于模型建立的原因，楼座区域层高相对于前排来说较低，这也会对空调效果产生一定的影响。总体来说，模拟结果是令人满意的。

2结论及建议

1）座椅送风可以为人员提供舒适的热环境；2）在总风量不变的前提下，适当减少座椅送风口的数量，并不会对环境产生很大的影响；3）本剧院内的座椅送风口布置可以取得良好的空调效果；4）由于出现了明显的温度分层，建议对送风参数进行分区控制，适当提高池区前区的送风温度，适当降低楼座的送风温度，这样不仅能够节能，还能为人员提供更好的环境。

作者：皮英俊刘东王婷婷周鹏刘芳单位：同济大学机械与能源工程学院同济大学建筑设计院集团有限公司