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摘要：本文结合工程实例，介绍体育场各种常见的气流组织形式，分析不同气流组织形式下的新风控制，并提出对策，以期能对实际体育馆空调工程的设计具有指导意义。
关键词：模型建立；对比分析；气流组织
1.物理模型设计
以某体育馆为物理模型，对上送下回风、上送上回风、顶送+侧送下回风以及座椅送风等4种通风形式进行物理建模。该场馆规模为140m×80m×19m，比赛区为65m×45m，观众坐席约6000个。考虑到该场馆的对称性以及模型的简化处理，本次模拟取该场馆的核心区域（主场馆），其尺寸为140m×40m×19m，同时设置回风口在环境温度条件下回风。
1.1上送下回
利用密集排列的顶送风口向观众区和比赛区送风，送风口设置在离地面19m高的吊顶上，送风速度为4.7m/s，送风方向为竖直向下；回风口分别设置在观众席座椅处及南北台阶下的空间内，分布底部两侧，北侧1个，南侧2个，边界条件设为opening，尺寸为1m×1.4m，在环境温度、压力下回风。为减少网格数量、提高网格质量，将圆形风口等效为矩形风口，物理模型如图1所示。
图1 上送下回式物理模型
1.2上送上回
上送上回风方式在体育馆等工程中也是比较常用的一种通风形式，在模型的建立过程中，送风口位置不变，将座椅回风口移至吊顶，并保持水平方向的位置不变，同时将比赛场地处的侧回风口等面积移至吊顶，具体模型如图2所示。
图2 上送上回式物理模型
1.3顶送+侧送下回风
顶送+侧送下回风的送风口形式：在距离地面19m处的吊顶上设置顶送风口，送风速度为4.7m/s，送风方向为竖直向下；在距离地面12.5m处的墙壁上布置侧送风口，送风速度大小为4.7m/s，与水平方向的夹角为45°，即使水平方向和竖直方向的分速度相等，总送风量与上送下回式相等，其他设置保持不变，具
体物理模型如图3所示。
图3 顶送+侧送下回风式物理模型
1.4座椅送风
观众席处的送风口设置在座椅下面，每排座椅下均设置一排送风口，送风速度为0.3m/s，送风温度为22℃；回风口设置在离地面19m处的吊顶上，与上送下回式回风面积相等，边界条件设为自由出流边界，在环境温度、压力下回风，具体物理模型如图4所示。
图4 座椅送风物理模型
2.不同气流组织方式对比分析
2.1水平浓度分析
从图5、图7及图8中在Z=1.5m处的CO2浓度的分布可以看出，体育场馆采用这两种送风形式在水平风向上CO2浓度分布较为均匀，在水平方向上任何位置可以较为真实地反应出场馆内CO2浓度的情况。由图6在Z=1.5m处的CO2浓度的分布可以看出，体育场馆内在水平方向CO2浓度存在差异，上送上回该种送风方式，存在气流分布不均匀情况，导致在CO2浓度分布不均匀，场馆内最不利处的CO2浓度约为618×10-6，而场馆内水平方向浓度最小处约为440×10-6。但该种送风方式最不利浓度出现在人员密集区域，而回风口设置也在人员密集区域的正上方，因此回风口处的CO2浓度也能较为真实的反应场馆最不利处的CO2浓度。
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2.2垂直浓度分析
上送下回式CO2浓度分布（Y=5m）如图9所示。从图9可以看出，观众席区域由于人员多，CO2浓度大，其值约为659×10-6，而在回风口处的CO2浓度偏低，其值约为452×10-6。模拟结果表明在体育馆中采用上送下回式的送风方式，体育馆垂直浓度存在差异，场馆内最不利处的CO2浓度是回风口浓度的1.46倍。
图9 上送下回式CO2浓度分布（Y=5m）
上送上回式CO2浓度分布（Y=5m）如图10所示。从图10可以看出，观众席区域由于人员多，CO2浓度大，由于回风口位于顶部，观众席区域的CO2随回风一起向回风口运动，造成观众席上部的CO2浓度聚积，然后经回风口排至室外，CO2随空气运动到馆内各个角落，造成整个场馆内部的CO2浓度偏高。场馆内最不利处的CO2浓度约为640×10-6，而回风口处浓度约为633×10-6。因此体育馆采用上送上回的送风方式，体育馆内垂直方向CO2浓度梯度不大，回风口浓度能较为真实地反映场馆内最不利处的CO2浓度情况。
图10 上送上回式CO2浓度分布（Y=5m）
顶送+侧送下回风式CO2浓度的分布（Y=5m）如图11所示。从图11中可以看出，观众席区域的CO2经座椅回风口迅速排出，人员活动区域内的CO2浓度迅速降低，整个体育馆内CO2维持在较低的水平。但在人员密集区域CO2浓度仍比较高其值约为628×10-6，而回风口浓度约为442×10-6，场馆内最不利处的CO2浓度是回风口浓度的1.42倍。
图11 顶送+侧送下回风式CO2浓度分布（Y=5m）
3.结束语
通过设计4种典型的体育馆送风方式为基础，用CFD技术对4种不同的送风方式进行模拟、分析及比较，最终得出在不同的气流组织下，体育馆内CO2浓度在空间上的分布差异。通过分析比较得出，在水平方向4种不同的送风方式下，其中上送下回式、顶送+侧送下回风式、座椅送风式等3种送风方式较为均匀，而上送上回式虽然水平方向存在浓度差异，但回风处浓度与场馆内最不利处CO2浓度接近，能较为真实地反映场馆内的最不利情况，因此不会对新风控制产生影响。而在垂直方向，上送上回式和座椅送风回风口浓度与场馆内最不利处浓度接近，能够较为正确的反应最不利处的CO2浓度情况。因此这两种送风方式，利用回风口处的CO2作为监测对象进行新风控制，既能达到节能的要求，又能保证室内空气品质的要求。而上送下回式和顶送+侧送下回风两种送风方式，回风口浓度与场馆内最不利处存在浓度差异，场馆内最不利浓度分别是其回风口浓度的1.46和1.42倍，因此以回风口浓度作为监测对象进行新风控制时，往往不能准确地反映出场馆内最不利处的空气品质状况。因此这两种送风方式在进行新风控制时应进行CO2浓度监测数值的校正，以达到既能保证节能的预期，又能保证室内的空气品质状况。
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论文作者:蒋朔
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期
论文发表时间:2015/10/12
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