体育馆计算上座率的确定及其对空调系统的影响.doc

体育馆计算上座率的确定及其对空调系统的影响体育馆计算上座率的确定及其对空调系统的影响北京市建筑设计研究院 马晓钧清华大学 赵彬 李先庭 窦春鹏Calculated attendance and its influences on the air conditioning system in gymnasiumsBy Ma Xiaojun★, Zhao Bin, Li Xianting and Kou Chunpeng 提要：提要： 调查分析了北京地区体育馆上座情况，得出了非满座情况下的人员分布规律对不同上座率调查分析了北京地区体育馆上座情况，得出了非满座情况下的人员分布规律对不同上座率下的负荷进行了比较提出计算上座率的概念，用计算流体动力学（下的负荷进行了比较提出计算上座率的概念，用计算流体动力学（CFD）技术对不同上座率下观）技术对不同上座率下观众席温度颁进行预测和评价，得到了符合最佳技术经济条件的计算上座率众席温度颁进行预测和评价，得到了符合最佳技术经济条件的计算上座率关键词：关键词： 体育馆体育馆 冷负荷冷负荷 上座率上座率 计算上座率计算上座率 计算流体动力学计算流体动力学Abstract Investigates and analyses the attendance of audiences in gymnasiums in Beijing, derives the characteristics of the audience distribution under conditions of partial attendances. Proposes a calculated-attendance concept, evaluates and numerically simulates the temperature distribution of the audience area under different attendance rates, recommends the calculated-attendance-rate conforming with the optimum efficiency.Keywords gymnasium cooling load attendance rate calculated attendance rate CFD★★Beijing Institute of Architectural Design & Research, China 1 问题的提出问题的提出在体育馆建筑的比赛大厅中，观众人数多，人员密度大，人员负荷所占的空调负荷比例最大。

在国内体育馆中，人员发热量占整个大厅余热负荷比平均为 70%左右，北京首都体育馆的最大，达到 81.3%表 1 为国内部分体育馆的人员散热量、比赛大厅室内总余热量及它们之间的百分比[1]表１ 国内部分体育馆人员散热量及其余总余热量的比例名称人员散热量/kW总热量/kW百分比/% 首都体育馆1914235381.3 工人体育馆1533233167.1 北京奥林匹克体育馆64897866.3 上海体育馆1879237879 江苏体育馆1060189056 陕西体育馆1009149667.5 笔者对北京市各体育馆进行调查时发现，在进行体育比赛时，体育馆普遍存在着上座率不高的现象对北京一中型体育馆进行的跟踪统计显示，该馆在进行全国排球甲级联赛时上座率平均不足50%各体育馆在使用过程中，由于实际人员数远小于计算值，设备初投资不能得到有效的回报，运行时通常也很难使设备达到最高效率以往在计算比赛大厅的人员负荷时，通常按照观众席满员的情况进行计算，人员发热量为静坐或轻微活动状态时的发热量这种计算方法从实际结果来看，偏安全，经济性较差因而，在设计计算时，适当减少人员数，使总负荷随之减少，可以降低初投资费用，获得最佳经济技术效果。

体育馆建筑空调属于舒适性空调范畴，并且还有着人员密集、停留时间短（通常不超过 2h）等特殊性，因而这种想法具有一定的可行性目前国内外在体育馆观众人员分布及负荷计算上还没有足够的研究，本文将就这一课题作一些探讨以下结合调查结果，对体育馆观众上座情况进行分析，得出在非满座率情况下的人员分布规律，并依此运用计算流体动力学（CFD，computational fluid dynamics）方法，对不同上座情况下观众席温度分布进行预测，并使用热舒适指标 PMV 与 PPD 进行评价，提出计算上座率的概念，结合算例得出符合最佳技术经济条件的计算上座率数值2 上座情况调查上座情况调查笔者对北京一座中型体育馆进行全国性球类比赛时的观众人数做了统计调查图 1 为该馆北看台平面示意图观众看台分别位于比赛场地的南北两侧，其中 1～6 排为活动座椅，7～22 排为固定座椅据该馆管理人员反映，所调查的两场比赛的观众人数较具代表性结果显示，平均每场的上座人数不足观众席总座位数的一半，分布情况及上座率见图 2～4观众上座人统计及上座率见表2图 1 北京某体育馆北台平面示意图图 2 西侧观众分布情况图 3 东侧观众分布情况图 4 中部观众分布情况表 2 观众上座人数及上座率 西侧观众席中部观众席东侧观众席主席台总数上座人数146911218366观众座位数384224384271019上座率/%3841323036观众分布情况显示，西、东侧的观众比较明显地集中在前 7 排（上座率分别达到 60%和 51%），中部观众多集中于 3 排（上座率为 58%）。

将观众席分为大致相等的前后两部分，在国家级的比赛中，前半部分观众上座率为 60%左右，后半部分观众上座率为 30%左右，总上座率不足 50%笔者对北京市多家体育馆的调查了解证实了上述结论与实际情况是吻合的据体育馆工作人员介绍，在上座率增加时，前后排观众基本是以相同人数增加，直至满员3 不同上座率情况下的负荷比较及分析不同上座率情况下的负荷比较及分析由于人员负荷在比赛大厅的室内负荷中所占比例相当大，因此如果在设计计算时，按照部分观众人数计算得热，将会明显减少空调计算负荷，避免设备浪费但是，一旦观众人数增加，负荷增大，现有设备则无法满足观众的温度要求下面以上文调查的体育馆作为算例，对不同送风温度、不同上座率情况下观众席的温度场进行数值模拟计算，并对结果进行分析比较，采用热舒适指标PMV（predicted mean vote）、PPD (predicted percentage dissatisfied) 对计算结果进行热舒适性评价[2] ，从而得出最佳的计算上座人数该馆观众席采用座位下送风，每个风口设计送风量 80m3/h，人员发热按照人静坐且有轻微活动状态时的发热量计算（110.5W/人），室内设计温度 26℃，相对湿度50%。

计算工具为 CFD 软件 STACH-3，参考文献[3，4]表明，其对空调通风空间内空气流动的模拟结果能达到工程满意的程度笔者采用了两种方法进试算比较，一种为采用不同的送风温度，另一种为采用不同的送风量进行考试，考察在不同上座率情况下观众席热舒适程度的变化，以下为几种典型情况下的模拟计算结果3．1 送风温度为 21℃，上座率为 100%时的情况图 5 为该情况下的温度分布图，表 3 为观众席地面以上 1.25～2m 温度模拟计算平均值由计算结果可以看出，除第 16 排以外，观众席绝大部分都感觉舒适第 16 排感觉稍热，其对应的 PPD 值为 28%，在工程上是可以接受的图 5 送风温度 21℃，上座率 100%时的温度分布图表 3 送风温度 21℃，上座率 100%时的温度模拟计算平均值温度/℃风速/m/sPMV16 排28.9210.0181111.149715 排27.5450.1201080.6189314 排26.1880.1796220.0311313 排26.2380.0734980.2990512 排25.7030.0639530.122711 排25.950.108190.130258 排25.7620.253124-0.25637 排25.7030.275036-0.313086 排25.6530.291596-0.356675 排25.6140.304138-0.38944 排25.5640.314025-0.422033 排25.5250.319044-0.443612 排25.4850.320545-0.460721 排25.4460.317385-0.471063．2 送风温度为 23℃，观众上座率为 45%的情况按照前文中调查得出的上座情况计算，即前排上座率为 60%，后排上座率为 30%，平均上座率为 45%，以此值为最低计算上座率。

图 6 为该情况下的温度分布图，表 4 为观众席地面以上1.25～2m 温度模拟计算平均值所有观众均感觉舒适因此，在体育馆上座人数不足 50%的情况下，提高送风温度，减少制冷量，是可以达到满足使用要求，减少能耗的目的的图 6 送风温度 23℃，上座率 45%时的温度分布图表 4 送风温度 23℃，上座率 45%时的温度模拟计算平均值温度/℃风速/m/sPMV16 排26.3370.0186010.3133315 排25.8220.0995690.1164614 排25.1880.153935-0.2535113 排250.096881-0.1377412 排24.8910.06926-0.1399211 排24.960.139617-0.2913710 排24.8810.203295-0.47859 排24.8420.238416-0.565658 排24.7820.263856-0.634717 排24.7430.282652-0.681486 排24.7430.29653-0.704065 排24.7820.306844-0.705494 排24.8220.31493-0.702593 排24.8710.32037-0.692072 排24.9110.322273-0.684191 排24.950.322622-0.665463．3 送风温度为 23℃，观众上座率为 75%的情况观众席前半部分上座率为 90%，后半部分上座率为 60%，平均上座率为 75%。

图 7 为该情况下的温度分布图，表 5 为为观众席地面以上 1.25～2m 温度模拟计算平均值所有观众均感觉舒适说明该情况下仍可以满足设计要求图 7 送风温度 23℃，上座率 75%时的温度分布图表 5 送风温度 23℃，上座率 75%时的温度模拟计算平均值 温度/℃风速/m/sPMV16 排27.6830.911562-0.0104115 排27.3580.1084070.5857114 排26.4160.1662080.1386713 排26.3270.0780060.3277912 排26.0590.0639530.2382211 排26.2380.1279140.1687310 排26.1490.195359-0.01359 排26.1090.234883-0.101738 排26.050.261174-0.163777 排260.280856-0.212016 排260.294763-0.232035 排26.030.305511-0.23574 排26.0690.312695-0.230733 排26.1190.318555-0.219642 排26.1580.321361-0.20861 排26.1980.321311-0.19353．4 送风温度为 23℃，观众上座率为 85%的情况观众席前半部分上座率为 100%，后半部分上座率为 70%，平均上座率为 85%。

图 8 为该情况下的温度分布图，表 6 为观众席地面以上 1.25～2m 温度模拟计算平均值最后两排观众席的 PMV 超过了 1，最大值为 1.53，对应的 PPD 为。