高大游乐空间空调通风方案分析

虞　杰，周琼燕

(浙江工业大学工程设计集团有限公司，浙江 杭州 310014)



高大游乐空间空调通风方案分析

虞杰，周琼燕

(浙江工业大学工程设计集团有限公司，浙江 杭州 310014)

根据建设单位的设计任务书要求，分析了水上乐园的负荷特点，重点对水上乐园采用自然通风的形式，运用建筑风环境和热环境软件进行计算；针对建筑物四周和屋顶各种开窗面积率不同条件下，计算室内温湿度的变化情况，得出了水上乐园如果采用自然通风的方式，室内是不能达到一定的温湿度要求的结论。

建筑物特点；任务书；负荷特点；软件计算；通风形式

1　工程概况

本项目位于杭州市湘湖景区中心地带，距杭州市中心约20 km，隔钱塘江与西湖风景名胜区相对，与西湖、钱塘江构成杭州旅游风景的金三角；湘湖景区总规划面积51.7 km2，以历史文化湘湖、自然生态湘湖、休闲度假湘湖为基础，将建设成为长三角较具竞争力和活力的大型休闲旅游度假区域。项目建成以后成为一个全方位服务旅游度假村，可供全家人度假的全新旅游模式，同时也是一个集度假、商务和休闲于一体的旅游胜地，从而开启中国度假休闲的新纪元。

本项目分成三个相连地块，紧靠湘湖路的地块为城市公共地下停车库用地，总用地面积2.433 hm2。中间地块是度假村核心——中央设施用地，总用地面积3.507 hm2，总建筑面积52 016 m2，其中地上34 016 m2，地下18 000 m2，包含了室内水上乐园、室内儿童乐园、餐厅、酒吧、商店及客房组成的度假酒店。第三个地块为休闲度假区，由一块9.3 hm2的建设用地和一块68.5 hm2的林地租用地组成，总建筑面积16 600 m2，包含了休闲度假屋、餐厅、宴会厅等。

本文主要针对该项目中水上乐园的空调通风方案进行分析研究，并确定水上乐园的空调通风方案。水上乐园水平长度128 m，宽度60 m，建筑高度25 m，建筑面积7 680 m2，内部布置有游乐泳池、喷泉、假山、儿童游乐、攀岩区等设施，按照建筑设计要求，不仅4个外立面均采用大量玻璃窗，屋顶也采用大规模的采光天窗，以达到让游客在室内游玩，也要充分享受阳光、自然空气的气息。图1为水上乐园的透视效果图，图2为水上乐园的平面图。

图1　水上乐园透视效果图

图2　水上乐园平面图

2　设计要求

本工程建筑物东立面为全玻璃，南立面开窗面积率为30%，西立面、北立面7.2 m以下为实墙，7.2 m以上开窗，屋顶开窗面积应达到40%～60%，为防止太阳辐射和太阳光的直接照射，窗玻璃采用高性能低辐射玻璃(中间充氩气，传热系数为1.46 W/m2·K)。根据建设单位提出的设计任务书要求，水上乐园内部冬季采暖拟采用地送风地回风，地面设置地暖，夏季是否采用集中空调系统或采用自然通风系统应通过计算分析确定，建设单位的要求是让游客在室内游玩，享受室外游玩时的阳光、空气，尽量造成在室内游玩犹如置身于大自然的氛围。冬季采用地暖供暖，能达到设计要求，并在技术上应该无太大难度，本文不再讨论；夏季是通过屋顶开启窗的自然通风解决室内

温湿度的要求，还是设置中央空调应通过计算分析确定，而采用何种方式解决水上乐园夏季室内温湿度要求，是本工程设计要解决的核心问题。

3　负荷计算

3.1室外气象参数

3.1.1夏季

室外大气压力1 000.9 hPa，空调室外计算干球温度35.6 ℃，空调室外计算湿球温度27.9 ℃，通风室外计算温度32.3 ℃，通风室外计算相对湿度64%，室外平均风速2.4 m/s，最多风向SW，最多风向频率17%，最多风向的平均风速2.9 m/s[1]。

3.1.2冬季

室外大气压力1 021.1 hPa，空调室外温度-2.4 ℃，通风室外计算温度4.3 ℃，空调室外计算相对湿度76%，室外平均风速2.4 m/s，最多风向CN，多风向频率分别为18%、11%，最多风向的平均风速3.3 m/s[1]。

3.2室内设计参数

室内设计参数见表1[2-5]。

3.3围护结构参数

围护结构参数见表2。

3.4负荷计算

本项目采用“鸿业”空调负荷计算软件，计算结果见表3。

表1　室内设计参数

表2　围护结构参数

表3　负荷计算结果

负荷计算时其他指标值：设备负荷(W/m2)9.00；照明负荷(W/m2)13.00；人员密度(人/m2)0.04；风力修正系数1.00；层高修正系数1.00。

4　方案分析

根据负荷计算结果分析，夏季如果要达到室内温湿度的设计标准，总冷负荷及单位面积冷负荷指标值都比较大。我们对该项目屋顶天窗开窗位置及开窗面积在不同条件时，通过室内风热环境模拟分析软件，分析了该项目不同条件下室内温度场和室内风速速度场的分布情况。

根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范(GB 50736—2012)》附录A的杭州地区气象数据，本项目模拟条件设置如下[6]：风向：西南风；风速：2.4 m/s；室外干球温度：35.6 ℃。

屋顶天窗位置的温度采用室外综合温度计算确定。按本项目所采用玻璃窗的参数和杭州市水平面的太阳辐射数值，根据公式(1)计算得室外综合温度为47.1 ℃。

室外综合温度计算公式

(1)

式中：tse为室外综合温度，℃；

te为室外空气温度，℃；

l为外表面的太阳辐射照度，W/m2；

ρ为外表面的太阳辐射吸收系数，无量纲，应按附录E.3取值：

αe为外表面换热系数，W/(m2·K)，应按附录E.2取值。

4.1假设条件1

项目屋顶总面积7 729m2，屋顶天窗面积为屋顶面积的60%，屋顶天窗可开启窗面积为300m2，南侧和北侧可开启外窗面积为144m2，东侧和西侧可开启外窗面积为86m2。该情况下，水上乐园室内1.2m和1.5m高度处的风速、1.2m和1.5m高度处的温度、典型垂直面的风速和温度分别见图3～8。

图3　室内1.2 m高度的风速(假设条件1)

图4　室内1.5 m高度的风速(假设条件1)

图5　室内1.2 m高度的温度(假设条件1)

图6　室内1.5 m高度的温度(假设条件1)

图7　典型垂直面的风速(假设条件1)

图8　典型垂直面的温度(假设条件1)

4.2假设条件2

项目屋顶总面积7 729m2，屋顶天窗面积为屋顶面积的40%，屋顶天窗可开启窗面积为300m2,南侧和北侧可开启外窗面积为144m2，东侧和西侧可开启外窗面积为86m2。该情况下，水上乐园室内1.2m和1.5m高度处的风速、1.2m和1.5m高度处的温度、典型垂直面的风速和温度分别见图9～14。

图9　室内1.2 m高度的风速(假设条件2)

图10　室内1.5 m高度的风速(假设条件2)

图11　室内1.2 m高度的温度(假设条件2)

图12　室内1.5 m高度的温度(假设条件2)

图13　典型垂直面的风速(假设条件2)

图14　典型垂直面的温度(假设条件2)

4.3假设条件3

项目屋顶总面积7 729m2，屋顶天窗面积为屋顶面积的40%，屋顶天窗可开启窗面积为150m2,南侧和北侧可开启外窗面积为144m2，东侧和西侧可开启外窗面积为86m2。该情况下，水上乐园室内1.2m和1.5m高度处的风速、1.2m和1.5m高度处的温度、典型垂直面的风速和温度分别见图15～20。

图15　室内1.2 m高度的风速(假设条件3)

图16　室内1.5 m高度的风速(假设条件3)

图17　室内1.2 m高度的温度(假设条件3)

图18　室内1.5 m高度的温度(假设条件3)

图19　典型垂直面的风速(假设条件3)

图20　典型垂直面的温度(假设条件3)

4.4假设条件4

项目屋顶总面积7 729m2，屋顶天窗面积为屋顶面积的40%，屋顶天窗可开启窗面积为150m2，南侧和北侧可开启外窗面积为144m2降低到100m2，东侧和西侧可开启外窗面积为86m2降低到66m2。该情况下，水上乐园室内1.2m和1.5m高度处的风速、1.2m和1.5m高度处的温度、典型垂直面的风速和温度分别见图21～26。

图21　室内1.2 m高度的风速(假设条件4)

图22　室内1.5 m高度的风速(假设条件4)

图23　室内1.2 m高度的温度(假设条件4)

图24　室内1.5 m高度的温度(假设条件4)

图25　典型垂直面的风速(假设条件4)

图26　典型垂直面的温度(假设条件4)

4.5水上乐园室内风速场分析

从图3、图9、图15和图4、图10、图16中，假设条件1、假设条件2和假设条件3的1.2m高度和1.5m高度的风速部分基本一致，由此可见天窗的设置对1.2m高度和1.5m高度风速影响很小。

通过对比图15、图21和图16、图22，假设条件3和假设条件4的1.2m高度和1.5m高度的风速部分基本一致，由此减少南侧外窗可开启面积对1.2m高度和1.5m高度风速影响很小。

分析其原因如下：

本项目在南立面设置有7个外门，已经可以很好地将室外空气引导入室内。加上本项目南立面设置有大面积的高侧窗，可以进一步加强室内空气循环。因此300m2的天窗，对本项目的改善作用比较小。

4.6水上乐园室内温度场分析

从图5、图6、图11、图12、图17、图18中，可以看出屋顶可开启天窗的设置对1.2m高度和1.5m高度温度影响较大。高温区域分布的面积：假设条件1>假设条件2>假设条件3。

图23、图24为假设条件4，减少南向外窗后的1.2m高度和1.5m高度温度。通过对比高温区域的面积发现，假设条件4>假设条件1。

假设条件1与假设条件2对比，假设条件1的屋顶可开启天窗面积比假设条件2的屋顶可开启天窗面积高20%，见图5、图6与图11、图12。通过分析其结果，可以得出高温区域的面积假设条件1比假设条件2增加约50%。

假设条件3与假设条件2相比，屋顶可开启面积从300m2降低到150m2，见图11、图18和图12、图6。假设条件3的高温区由于采用了较少的屋顶可开启天窗，可以减少空气对流得热。从1.2m高度和1.5m高度的温度部分，可以看出假设条件3的高温区域比假设条件2也相应减少50%左右。

假设条件4与假设条件3对比，其南侧可开启外窗面积从144m2降低到100m2，一定程度上减少了室外空气进去室内的流量，但也降低了室外空气对天窗的降温效果。通过对比图18、图23和图6、图24可以发现，方案4在1.2m高度和1.5m高度的高温区域相对假设条件3明显提高。

通过对4个假设条件的风速和温度的对比分析，得出假设条件3这样的天窗设计较为合理。

5　结　语

风热环境模拟分析是按照规范规定的设计值室外干球温度35.6 ℃条件下进行，当室外气温低于设计模拟情况下，则风速场和温度场优于现行分析结果；当室外气温趋于极端高温情况下，则温度场比现行分析结果更劣。并且，室外风速是按照2.4m/s条件分析，当室外风速条件改变的时候，其对应的设计效果也会随之改变。通过水上乐园室内风热环境模拟分析软件的结果可以看出，其室内温度场、风速场分布的情况比较清晰，不管采用何种通风方式，室内温度场、风速场均不能满足室内温湿度设计要求，可以得出以下结论：该项目通过自然通风的形式不能为游客创造一个舒适的环境条件；该项目要让游客在水上乐园内舒适地游玩，还需设置集中空调系统来改变室内环境条件；另外，即使设置集中空调系统时，在室内温度较高集聚区域和风速极小区域也应增设适当的机械通风系统，以便改变室内空调通风的效果。

[1]陆耀庆．实用供热空调设计手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2]中国建筑科学研究院.GB20189—2015公共建筑节能设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[3]浙江大学.DB33/1036—2007公共建筑节能设计标准[S].北京：中国计划出版社，2007.

[4]杨毅，任晓东，曹志刚，等.浙江大学艺术考古博物馆空调设计[J].暖通空调,2013,43(9):8-11.

[5]中国建筑科学研究院，中国建筑业协会建筑节能专业委员会.GB50189—2005公共建筑节能设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[6]中国建筑科学研究院.GB5736—2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

Analysis on the Ventilation Scheme of Air Conditionerfor the Tall and Big Recreation Space

YU Jie, ZHOU Qiongyan

2016-03-22

虞杰(1964—)，男，江苏无锡人，高级工程师，从事暖通空调设计工作。

TU831.8

A

1008-3707(2016)06-0058-06