一次回风系统在体育馆座椅送风场合中的应用及适用性分析

唐聪

空调技术

一次回风系统在体育馆座椅送风场合中的应用及适用性分析

唐聪

（上海建筑设计研究院有限公司，上海 200041）

体育馆观众席座椅送风采用的传统的二次回风系统会带来诸如占用空调机房面积较大、控制复杂、投资较大等弊端。本文将提供一种新的思路：通过适当降低观众区域室内湿度的标准同时提高温度标准，从而使采用一次回风系统在座椅送风场合中成为可行。

座椅送风； 一次回风； CFD模拟

0 引言

随着社会的发展和人民生活水平的日益提高，对体育文化娱乐的需求也越来越大，体育馆作为人们体育锻炼、竞技，娱乐的重要场所正在全国各地被越来越多的建造。对于一座现代化的多功能体育馆而言，为参赛者和观众提供舒适的热湿环境是至关重要的，而其中气流组织的合理性往往又是保持热湿环境的关键。

座椅送风作为置换通风方式之一，具有节能与舒适的双重优点，在体育馆观众席中被广泛使用。目前，考虑到舒适度及置换通风的因素，通常采用二次回风系统作为座椅送风的空气处理方式以减小送风温差并同时满足温湿度要求，但其所固有的诸如控制复杂、对机房的空间要求较高，初始投资较大等弊端也在实际应用中逐步显露出来。

因此，本文考虑到体育馆具有间歇性及单次使用时间较短的使用特点，结合实际工程通过理论分析计算并结合数值模拟探讨将一次回风系统应用于座椅送风的可行性，并将其与二次回风进行对比，以论证一次回风系统对体育馆的座椅送风同样具有可实施性，能够满足多数观众对热舒适度的要求。

1一次回风系统的适用性分析

1.1 传统空气处理方式的弊端及限制因素

体育馆的座椅送风通常是通过专用的座椅旋流风口将经过空调机组处理的冷风直接吹至观众膝盖处。为防止相关人员产生不适感觉，需对送风的风速以及送风温差有较严格的限制。根据工程经验，送风风速一般不大于0.25m/s，送风温差控制在4～6℃。由于送风温差的限制，传统上采用二次回风系统作为其主要的空气处理方式，其主要优点在于：1）节能；2）可通过二次回风降低送风温差，提高人员舒适度；3）在满负荷即人员满座的前提下可同时满足目标区域温湿度的要求。

但在工程实际应用中会发现二次回风的弊端同样显而易见。首先，其在人员非满座（体育建筑经常出现的工况）即负荷发生变化时，需采用变动一，二次回风量进行控制，控制系统过于复杂，往往由于被控风阀制作精度而影响室内温湿度的稳定，造成运行效果与设计目标偏离。其次，体育馆作为高大公共建筑，空间结构复杂，供座椅送风的空调机房其面积及空间高度往往受到诸多限制，在很多具体项目中并不具备可实施的土建条件。再者，投资问题如今也越来越受到业主的关注。一个大型体育场馆用于座椅送风的空调机组数量达数十台之多，其机组全部加装二次回风段对业主来说是一笔不小的预算开支，如能简化空气处理方式，对整个项目的投资总价控制来说也是大有裨益的。

鉴于上述不利情况，有必要探索采用一次回风系统应用于座椅送风的可行性。根据《体育建筑设计规范》[1]，比赛大厅包括观众席的空调设计参数夏季为温度26～28℃，相对湿度55%～65%，工程上一般取tn=26℃，φ=60%。要满足该室内状态点参数，采用传统的一次回风系统，其过程必定是首先把新回风混合，然后把混合后的空气通过冷盘管处理到机器露点，再通过电加热把处理后的空气温度升到所需要的温度送至座椅下方的静压箱。这一方式因冷热抵消现象的发生，从节能角度考虑是不可取的，对舒适性空调而言也是禁止使用的。若不通过再热方式将空气直接以机器露点状态送入，对于座椅送风会因送风温差过大给人以严重的不舒适感。同时，送风温差过大还会导致送风量过小，而观众席因人员密度较大，其对通风量有一定的要求。根据相关设计手册[2]推荐，每个座椅送风口送风量宜在50m3/h左右，故亦不可取。上述两种因素也正是导致一次回风系统在座椅送风中应用不多的原因。

1.2 一次回风在座椅送风中的应用分析

综合上节分析，目前可行也是本文重点要讨论的方式就是对室内参数点做一定的调整，适当降低室内湿度的标准，同时提高室内温度标准，这里取室内参数如下：tn=25℃，φ=70%。如图3所示，该参数点位于ASHRAE舒适图的菱形舒适区[3]内，该舒适区是美国堪萨斯州立大学通过基于身着0.6～0.8clo服装坐着的人所做实验得到的，其权威性得到了国际上的认可。需要说明的是体育馆观众看台的人员着装和活动状态正好和这一实验工况完全吻合，因而这一室内参数点相比传统的基于《体育建筑设计规范》[1]而确定的二次回风系统的室内设计参数点（该点位于菱形舒适区[3]外，如图3所示），其对体育馆观众席的适用性更强。确定新的室内设计参数后，采用一次回风方式处理到φ=90%线与以该室内状态点为基础的热湿比线的交点，随后直接送入室内座椅下方的静压箱。这种方式既能满足座椅送风对送风量的要求又能使送风温差控制在与二次回风方式相似的区间内。

相比二次回风，一次回风系统在控制、投资以及对土建的要求上优势是明显的，其令人担忧之处主要在于其室内参数突破了原有规范的限制，但这一突破并不会影响相关人员对舒适度的要求。原因主要如下：首先，座椅送风系统与传统的混合通风系统有所区别，其通风空间湿度并不是一个定值，而是与温度分层分布

特性相类似呈梯度分布的特点，其值随着高度的增加（湿源一般处于通风空间底部）迅速降低[4]。这就意味着系统的湿度控制只要保证工作区即观众所坐区域的湿度满足热舒适性的指标即可，故而也证明了座椅送风是可以用湿度更高的空气作为送风的。其次，由于体育馆大多是间歇使用，且人员的衣着与大剧院、音乐厅也有所差异，人员对舒适度的要求相对较低，故而湿度标准的适当降低，并不会严重影响到体育馆观众的PMV-PPD指标，这一点也将在稍后的数值模拟中得到验证。

综上所述，尽管二次回风系统在座椅送风中应用广泛且效果良好，但鉴于其受到诸多限制以及体育馆使用的特殊性，在体育馆观众看台区的座椅送风场合中，一次回风系统同样可以作为座椅送风的选择方式之一。

2 系统实例设计

现以苏州市某体育中心的体育馆观众看台为实例对一次回风和二次回风系统在座椅送风中的应用进行理论上的计算分析和比较（因冬季工况对室内湿度要求并不高，无需对其予以严格控制，故本文主要针对夏季方案进行研究和探讨）。

该项目为一座地上五层、局部地下一层的体育馆，建筑面积为62152m2。其观众看台分为两层，可容纳13075座观众规模，均采用座椅送风方式，本文以该体育馆二层看台（观众人数3948人，室外设计参tw=34. 4℃，φ=64%）为例，对其进行理论计算。

2.1 二次回风系统夏季处理方案

室内状态点根据《体育建筑设计规范》相关规定取值为（tn=26℃，φ=60%）。考虑到座椅送风的舒适性要求，取送风温差Δt=5℃，风机温升取0.5℃。由此确定该区域室内空调冷负荷Q为487.3kW，湿负荷W为241.6kg/h，其h-d处理过程及相关参数点如图3所示，处理过程中相关风量数值见表1。

2.2 一次回风系统夏季处理方案

取室内状态点tn=25℃，φ=70%由此确定该区域室内空调冷负荷Q为488.2kW，湿负荷W为216.8kg/h，其h-d处理过程及相关参数点如图4所示，处理过程中相关风量数值见表2。

表2 一次回风系统冷却除湿过程相关风量及制冷量参数

2.3 一、二次回风系统比较

两种空气处理方式在焓湿图（图3、图4）上的反映可以清楚的看到通过适当降低观众区域室内湿度的标准，使室内设计点向焓湿图的右下方做适度的偏移使一次回风系统在座椅送风场合的应用成为了可能，其不仅能够保证座椅送风所需要的送风量和送风温差，在制冷量上也因为湿负荷的减小比原有方式有所下降，达到了节能的效果。

3 实例模拟及舒适性（PMV，PPD）分析

本文模拟对象为上述理论计算对象即苏州市某体育中心体育馆二层观众看台。

3.1 模拟边界条件

1）座椅送风口送风速度的确定：由于座椅送风具有送风路径较短这一特性，且送风口直接面对观众，故其送风速度有较严格的限制。根据工程经验，风速一般取0.25m/s左右。2）座椅送风口送风参数的确定：根据本文第二章节对两种系统理论计算的结果，我们可以确定:二次回风系统送风点参数为to=21℃，φ=74%，一次回风系统送风点参数为to=20.3℃，φ=87%。3）座椅送风口的选定：本文依据相关产品样本，选择体育馆观众席通常采用的侧吹方式作为模型中座椅送风的送风方式，风口直径为130mm。

3.2 模拟结果与分析

（1）温度场

夏季工况下两种空气处理方式的温度场数值模拟结果如图5、图6所示。从图中温度场的模拟结果可以看出室内空气温度有竖向分层现象，而本文主要针对的是观众看台区域温度场，可以看出，一次回风系统的室内温度略低于二次回风，在25℃左右，处于舒适区范围之内。

（2）湿度场

夏季工况下两种系统的相对湿度场数值模拟结果如图7、图8所示。由上述两图可以清楚地看到在座椅送风中，相对湿度与温度的分层现象类似，但与温度相反，其是随着高度的增加迅速降低，因而其观众区域湿度要比原先设定的室内参数要低。其中，二次回风系统观众看台区域湿度大体都维持在56%左右，比室内设计参数低4%左右，而一次回风系统观众看台区域湿度则大体维持在65%左右，比室内设计参数低5%左右。可以看出虽然后者的湿度要明显高过前者，但两者都处于舒适区可接受范围之内。

（3）预期平均投票-PMV及预期不满意百分率PPD

夏季工况下两种系统处理后的PMV 及PPD值如图9～图12所示。从图中可以看到在观众看台区域，二次回风系统的PMV值在0.75 左 右 ，PPD值在20%左右,而一次回风系统的PMV值在0.85左右，PPD值在25%左右。两者的数据均符合民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[5]中所规定的热舒适性指标的要求。因此可以得出结论，虽然传统的二次回风系统其舒适性效果良好，但

一次回风系统同样也可以满足体育馆观众看台相关人员对热舒适性的要求，可以成为座椅送风空气处理方式的选项之一。

4 结语

本文在不影响人员舒适感的前提下针对体育馆座椅送风的空气处理方式，提供了一种新的思路，即通过适当降低观众看台区域湿度的标准，提高温度标准，使一次回风系统在座椅送风的场合中同样具有适用性。文章通过对这两种系统的理论计算和数值模拟证明了这一思路的可行性。其在保证室内特别是座椅区域范围内热湿环境的同时带来了节省机房空间、控制策略简单、节省投资、节能等二次回风系统所不具备的优势。需要指出的是该思路在部分工程（上海市东方体育中心，天门体育中心）中已经得到了实践并且取得了良好的使用效果，从而为以后体育馆看台座椅送风的空气处理方式提供了一种新的借鉴。

[1]JGJ31-2003,体育建筑设计规范[S].2003.

[2]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.

[3]ASHRAE.2003 ASHRAE Application Handbooks[M].Atlanta：ASHRAE Inc，2003.

[4]龚光彩，谢赛男，吴京龙，等.座椅送风大空间湿度分布模拟[J].湖南大学学报（自然科学版），2008，35（7）:2124.

[5]GB50736-2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].2012.

Application and Applicability Analysis of Primary Return Air System in the Seat Air Supply of the Gymnasium

TANG Cong

（Shanghai Architectural Design&Research Institute Co.，Ltd，Shanghai 200041，China）

Traditional secondaryreturnairsystemappliedintheSpectatorSeatsofGymnasiumwill bringsuchasthe occupationofairconditioningroomareaislarge,complicatedcontrol，highinvestmentandotherdefects.Thepaperwill provideanewidea：by appropriately loweringhumidity standardsandimprovethetemperaturestandardof audiencearea，thus makingtheprimaryreturnairsystemtobeaviableintheseatairsupply.

seatairsupply； primary return air system； CFDsimulation

TU831.8

B

2095-3429（2016）03-0054-05

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.03.013

2016-05-19

修回日期：2016-06-08

唐 聪（1981-），男，上海人，硕士，暖通工程师。