剧场空间转换空调系统的应用研究之1地上侧送风方式.docx

剧场空间转换空调系统的应用研究之1:地上侧送风方式谭洪卫，同济大学村田敏夫，日本79夕卜株式会社摘要：本研究针对剧场建筑空间的置换空调方式中两类典型的送风系统（侧送风和座椅送风），以实际 工程项目为例，应用实测，实验室实验，CFD等手段进行了考证研究本文作为第一部分，以侧送 系统为对象，实施了大规模的实测，并与传统的混合式空调通风系统的结果相比较，考证了该空调系 统方式的室内温度分布特征及通风换气效率的优越性关键词：置换空调，剧场，地上侧送风，实测，CFD1. 研究背景近年來，对节能，空气品质的认识的加强，使在北欧广为普及的置换空调（源于工业用置换通风: Displacement Ventilation.现己被广泛应用于民用空调，本文中称为置换空调）受到关注，并在日本的 许多大型建筑物空间空调工程中得到应用置换空调系统以其既保证了居住域的空气品质，又有效的 利用了空间上下温度分布达到其节能冃的特点向传统的混合稀式空调提出了挑战剧场的高大空间应该是最能发挥置换空调系统的K处的适用对象，而另一方面，对于人员密度大, 具有阶梯坐席的剧场空间，置换空调方式的应用面临风I I如何合理布置，热舒适性如何确保的问题。

为此，本研究旨在通过对剧场转换空调的各种送风方式的实测，实验，CFD模拟硏究，积累设计 数据，确立有效的设计手段和评价方法2. 置换空调方式的原理和特征置换空调方式并非新发明的空调方式，其简单明了的原理在很早以前就被人们所认识过，但上升 到工程技术和学术高度则是在1987年后北欧学者P.V.Niclscnl）, M.undt.Elisabcth2）等的硏究后，自 1990后北欧的空调末端设备厂商的产品技术也基本确立，Hakon Skistad3）氏从理论到实践作了系统的 归纳整理最近，针对置换空调方式的椎广，美国新制定了置换空调设计指针°）对置换空调的理论研究，山于篇幅关系，笔者在此不作过多涉及,而是着重探讨置换空调在实际 工程中的应用问题3. 剧场空间置换空调方式的实测研究最近,在剧场大空间空调中采用置换空调方式的事例增多，但在观众席区域具有人员热负荷集中, 地面有高差等特点,致使确保工作区域对热舒适性，温度分层等带來一定的不利因索需在设计中有 所考虑并有必要在实际工程中验证对于剧场观众席空间，置换空调的送风形式分为地面附近两侧送风和座席送风两大类地面附近侧送风方式其风口设置简单，但涉及到建筑内装饰协调问题，占用地面面积，需得建筑 设计师的认同与配合。

图2是一实施工程事例5）一层观众席面积为600讥501个座席,二层两 则60座席工他6疔0布苻室内浓度分布特征温度分布持征图1置换空调系统的特征半面图• Floor Araa : 600 肝• Main Floor: 501• Gallery : 60 SeatsDtSPLACEMFHT VENnLAT»W送风口图2某K音乐人厅置换空调系统•* w r"・ru* ya22 24 26 28 3(TC图3实测测点平面布置 图4测试结果：座席中央断面温度分布Height mLocal Air Change Index图5置换（DV） /混合（MIX）空调的温度分布 图6两空调方式的换气效率的比较该建筑物主要用途为音乐会,集会等文化交流活动，室内空间高达15.7m,空间上部有大量照明 热负荷，下部观众席呈密集人体热负荷形式无论是采用顶送或是侧送的传统的混和稀释空调方式 （Mixing）,无疑难以满足合理，节能，舒适的要求尤其是冬季送暖风时的气流组织往往难于处理 好对此,在得到建筑师认同后决定采用置换空调方式鉴于该空间观众席的地面坡度不大,将风口 均布在观众席的两侧及前后见1997年夏对该系统的夏季工况卜•的室内温热环境，通风换气效率进行了实测验证。

表1实测内容及测试仪器:实测内容测试设备空气，變面温度温度自动记录仪AM7002E, TM5458空气湿度多点热球式风速仪FA491, FZ454空气流速Vaisala 制 HMP45A舒适感评价指标PMVPMV制 携带型计测仪AM101换气效率（SF6示踪气体浓度分 布）B&K制 示踪气体监测仪1302B&K制 多点示踪气体采 样仪1303气流可视化试验发烟装置表2测试条件送风温度[°C]排风温度[°C]风量[n?/h]投入热量[kw]置换空调21.730.826000人体模拟30.6照明46.0完全混合空调21.529.026000测试用搅拌风机6.4照明46.04. 实测结果考察：•温热环境测试：置换空调丁况：在毎个座席上采用了黑涂膜灯泡（出于对热辐射的考虑）作为人体显热负荷的模 拟（60W/人），除建筑围护结构热负荷外共投入热量度76.6kw°送/冋风温度控制在22/30°C,风量固 定为26000m3/ho实际从送冋风实测温差和风量计算出除热量为73.8kw,比投入热最少约5w/nT.这种 情形在置换空调系统的实验或实践中常碰到，笔者认为可能是室上部排风温度较高，一部分热最从屋 顶散失掉所致，其机理还有待进一步研究。

混合空调工况：送冋风温度，风量控制在与置换空调工 况相同水平，结果投入热議为52.4kw（未投入模拟人体热负荷），实测除热杲为60.8kw，比投入热最多 约14w/mS该结果与置换空调工况相反，很有可能是：与置换空调相比，室内金体要维持设计温度致 使來自围护结构的传热负荷较大上记两种工况的室内投入热负荷中不含來自围护结构的传热负荷） 注：为模拟混合空调工况，在场内平面均匀配置搅拌风机,将置换空调系统的送入室内的空气混合搅 拌两工况送冋风温度，风最近似相同综合上述悄况可见，对在大空间的置换空调系统，其空调 负荷计算除应区分空间上下负荷分布外，还有必要考虑山于空间上下温度分布对建筑围护结构传热负 荷的影响•通风换气效率测试：换气效率的测定采用Step-down方法，根据示踪气体的浓度cp衰减|11|线按卜•式计算出局部空气龄 卬，然后求出局部空气交换效率印=如此大规模的对湿热环境，换气效率的现场实测非常少见，该实测在大学，设计申务所，设备安 装公司，置换空调设备厂箭的共同配合下成功实施，积累了宝贵的测试数据资料，如图4〜图6所示, 有效的对置换空调系统的舒适性，高换气效率进行了实证•上下温度分布：从测试数据和可视化实验确认了置换空调在空间内形成的上下温度分布，即温 度分层。

而温度分层正是置换空调系统髙换气效率的必要条件另一方面,在工作区域的上下温度差 控制在1.5°C以内，满足了舒适性要求•换气效率：从图6可知，置换空调时在工作区域可得到大大高于混合空调时得通风换气效率•舒适性：上下温度差在容许范围内，且PMV值均在±0.5以内，除风口附近个别测点得风速超 过0.3m/s外，其余均在0.25m/s以下不会产生因气流引起得不舒适感从测试结果看，该项冃的 空调设计是很成功的，基木达到了原设计要求该工程荣获了日本2000年度空调卫生工学会的技术 振兴奖5•参考文献1) Jacobsen, T.V. and P.V. Nielsen: Velocity and Temperature Distribution in Flow From an Inlet Device in Rooms with Displacement Ventilation, Pager presented at Room vent 92,P.212) Mundt, Elisabeth: Convection Flows in Rooms with Temperature Gradients-—Theory and Measurements., Pager presented at Roomvent 92,P.7O3) Hakon Skistad: Displacement Ventilation, TSBN 086380 14714) ASHREA Guideline: Displacement Ventilation Design Guideline, 19995 ) Shin-ichi TANABE, Toshio MURATA, Hongwei TAN etc.: FIELD STUDY ON THE VENTILATION EFFECTIVENESS AND HERMAL COMFORT IN A CONCERT HALL WITH DLSPLACEMENT VENTILATION SYSTEM, Paper presented at Roomvent 98。