幼儿活动室空调送风方案分析

石雯宇 吕洁 杨萍

沈阳工业大学建筑与土木工程学院

0 引言

随着经济的发展，幼儿教育越来越受重视，幼儿教育成为社会的热点问题，幼儿园建筑趋向于大型化。幼儿活动室作为幼儿园建筑的主要功能房间，具有大面积、低层高、多功能的建筑特点，集教学、活动、休息等功能于一体，集幼儿、成人于一室，对房间的安全性，舒适性和美观等均有较高要求。因此，幼儿园建筑的空调送风设计不能简单套用一般公共建筑的空调设计方案，需要综合考虑使用需求、结构、装修等各方面的影响因素[1]。

幼儿活动室虽然划分为休息与活动两个区域，但休息区采用可收纳设计，在非休息时段也作为活动区使用，因此幼儿活动室对空调设计还有分区、分时段调控的需求，要求空调设备及其系统有较高的灵活性。同时，考虑到幼儿的抵抗能力较弱及幼儿与教师存在较大的身高差异，室内垂直温度梯度及竖向速度梯度不宜过大[2]。

由以上分析结果可知，幼儿活动室的空调设计考虑因素较多，因此，有必要利用数值模拟技术辅助空调设计，并对空调的运行效果进行模拟检验，从而确定最佳的空调送风设计方案[3]。

由于大型幼儿园的消防等级要求高，需设置自动喷淋系统，本文以某实际幼儿园项目的幼儿活动室为研究对象，利用 revit 模拟软件的管线综合、多专业协同设计的功能，在保证层高的前提条件下提出三种空调设计方案，再采用 Fluent 模拟软件对该三种方案分别进行模拟运行，通过分析和比较确定最优方案[4]。

1 备选设计方案

幼儿活动室的建筑面积为 91.2 m2，进深 12 m，开间8.4 m，层高3.6 m。房间朝南，南北分区，其中休息区位于北侧，活动区位于南侧。主次梁相交，尺寸分别为 500 mm×3 00 mm×1 2000 mm 和 500 mm×5 00 mm×8400 mm。空调设计参数取值见表1[5]。

表1 托儿所、幼儿园活动室、寝室夏季空调设计参数

考虑到该幼儿园为独立建筑，未设置机房，层高低，且周围建筑均非空调建筑，故采用多联机系统，将室外机设于屋顶。室内机通过revit 软件进行管线综合来确定其送风方式和位置，依据空间占用少、净高大、经济的设计原则确定了三种备选方案，分别为顶送四面出风、西侧送和北侧送，依次对应为方案一、方案二、方案三，方案比较见表2[6]。

表2 三种方案的初投资比较

方案一的送风设备为两台四面出风嵌入机两台，型号为 RFT(D)22MX(N),方案二、三的则是两台低静压侧送风管机两台，型号为 RFUT(D)22MX-C(N)。分析表2 可知三种方案的初投资差别不大，主要涉及设备的选型，其中方案三由于单台设备承担两区负荷，的灵活性较差，不能分区调控，不宜采用，而方案一和方案二需进一步通过 Fluent 模拟检验其送风效果来确定最佳方案[7]。

2 比选最佳方案

2.1 模型建立

考虑空调与喷淋管道均影响空间布置和层高，故先采用 revit 软件的管线综合功能确定三种方案的设备和管线位置。再利用 GAMBIT 软件建模，通过ICEM 进行网格划分，整合实际情况以及模型精度，最终完成的模型如图1[8]。

图1 三种方案revit 管道综合模拟图

2.2 边界条件设置

由于幼儿活动室为空调房间，为简化计算，将热边界条件包含墙、梁、地、窗以及室内的床等设为绝热边界条件，具体设置见表3。

表3 边界条件设置表

3 模拟结果分析及比较

模拟云图可知由于幼儿活动室的多功能性，对模拟云图分别截取x=1 m、y=3 m、y=11 m、z=0.4 m、z=1.2 m 等几个典型位置进行分析。其中x=1 m 处代表更衣处，y=3 m 处代表幼儿活动区域，y=11 m 处代表幼儿休息区，z=0.4 m 处代表幼儿，z=1.2 m 处代表成人[9]。

模拟结果进一步证实方案三的可调控能力差且效果不佳，方案一与方案二的温度比较结果见表 4，速度比较结果见表5。

表4 温度云图模拟分析

表5 速度云图模拟分析

分析可知，温度方面：方案一中仅有z=1.2 m 处的截面温度范围超出设计标准26 ℃，但该位置为成人的舒适范围，故而部分位置高出设计标准 1 ℃对于成人的舒适度影响不大。方案二中五处截面的温度皆不符合设计标准，y=3 m、z=0.4 m、z=1.2 m 处的温度偏离尤其多，对于幼儿偏冷容易引发幼儿感冒。速度方面：两种方案五处截面均符合设计标准，处于幼儿及成人的舒适范围内。综上所述可以清楚的比较出方案一为最佳方案[10]。

4 结论

通过revit 管线综合和Fluent 模拟，对幼儿活动室提出的三种送风方案从空间占用，净高，初投资，水平和竖向温度分布等方面进行了分析，得出以下结论：

1）虽然侧送和顶送都能形成贴附射流，但北侧侧送不能满足分区调控的要求，不采用风管送风的空调系统应分区设置室内机。

2）西侧侧送和顶送均能够满足设计要求，但顶送四面出风方案在竖向和水平方向的均匀性更好。

3）revit 管线综合功能可以协助空调设计方案的制定和从空间占用、净高、初投资等方面进行比选，Fluent 模拟适于检验空调送风效果。