某剧场座椅下送风空调方式的温热环境.doc

某剧场座椅下送风空调方式的温热环境/气流分布研究-（1）实验室模拟分析白玮 潘毅群 村田敏夫* 谭洪卫同济大学楼宇设备工程与管理系 *日本富列克特株式会社摘要：本文从某剧场座椅下送风空调系统在某实验室中的模型出发，比较和分析了实验结果，包括测定得到的温热环境和气流分布数据，以及被验者主观评价结果。关键词：座椅下送风，温热环境，气流分布，主观问卷一、 座椅下送风实验概况在某实验室进行的座椅下送风的温热环境和气流分布的实验，是模拟某剧场阶梯坐席空间内的温热环境以及气流分布。该剧场观众席高度约5m，长约20m，共16段阶梯。在实验室进行模拟时考虑温热环境和气流分布最不利的空间为座椅的最后几排，因此选取了观众席边上的最后4排作为研究对象。该实验的目的是确认该系统最适合的设计条件，以及空间内上下温度分布（包括温度梯度）、气流和温热感的主观评价。图1 座椅下送风实验室模拟全景实验是在2001年的5月到8月间进行的，为了更好的模拟不同季节实验室内的温热环境和气流分布，在该实验室的四周设置了温度缓冲室，同时利用风机盘管控制缓冲室内的温度分别模拟夏季、冬季和春秋季的大气环境温度。图1示了该实验室的模型。该实验室为7.25.382.51m，空调设备方面采用的冷源为风冷热泵和一个蓄冷水箱，一个调节送风温度的冷水箱。热源采用燃油热水机和一个热水蓄水箱。实验室内部送风来自是由新回风混合的空调箱，温度缓冲室和控制室（紧邻实验室）采用风机盘管控制室内温度。整个系统的自动控制为Lon-Works分散控制和中央监控，监测送、回、排、新风的温度、湿度和风量，以及室内各个测点的温度、湿度。在控制上送风、回风、排风和新风均采用变频调节风量，利用水系统的三通阀、二通阀以及冷水箱来控制送风温度和湿度。送风位置是在每个座位下部的阶梯侧。阶梯坐席模型内为送风静压箱，座椅下设送风口，送风方向为水方向上45（图2）。实验室测试模型中送风口的布置按照送风口与座椅的相对位置不同分为正下型配置和交叉型配置（图3）。实验室测试条件分为夏季、冬季和过渡季工况。 实验条件 表1测定条件室温送风温度风量室内负荷主观问卷试验温度设定配置位置m3/h冷负荷热负荷 夏季正下型26.020.51000照明40W18灯人体60W20人电热毯2无实施交叉型26.020.51000实施冬季正下型22.028.5450照明40W1个人体60W1人FCU模拟外围护结构负荷实施交叉型22.028.5400实施过渡季正下型22.022.01000无无未实施交叉型22.022.01000未实施二、实验测试数据分析1 速度场下面是三个工况中，两种不同的风口配置下的风速测试情况。测试使用的仪器是无指向性的热球风速仪。考察不同工况下的风速测定结果，可以发现在夏季和过渡季工况下，交叉型配置和正下型配种中风速的测定结果都呈现出良好的由低向高的衰减趋势。出风速度均小于0.25m/s，而在1.1m高度出的风速也小于0.08m/s。但在冬季工况下，两种配置中的风速都有较大的波动，而且由低向高的衰减趋势也不明显。笔者认为这主要原因是因为冬季暖气流的流动更容易收到室内热源的影响，因为测点布置在发热人体模型周围。在人体的腹部以下，气流尚能呈现出一定的衰退减趋势，但随着气流逐渐接近人体的发热中心（躯干部分内的电阻丝），气流大小就逐渐收到影响，呈现出不稳定的态势。在人体头部以上的空间内的气流也同样如此。这和文献1中的热源上部的气流速度会较大的实验研究结果是一致的。在夏季和过渡季的工况中，两种配置中风速基本上在0.1m/s以下，属于在微风速区。另外还测试了人体模型前方断面B-B上的速度分布情况，发现这个断面上的速度场非常平稳均匀，且也是微风速的流动状态。图4 实验室测点的布置2 温度场实验着重测试了座椅下送风的温度梯度。置换通风中工作区内的温度梯度是影响人体舒适的重要因素，主要是0.1m到1.1m之间的温度差。离地面0.1m的高度是人体脚踝的位置，脚踝是人体暴露与空气中的敏感部位。而1.1m高度是室内人员处于坐姿时头部的大致位置，也是属于比较敏感的部位。测试使用的仪器是热电偶。比较三种工况两种配置下的温度测定的结果，不难得到这样的结论。（i） 冬季工况下，正下型配种和交叉型配置中的温度梯度(0.1-1.1)均小于3；（ii） 在过渡季工况下，两种配置中的温度梯度也同样小于3；（iii） 夏季工况下，正下型和交叉型两种配置中的温度梯度都大于3，后排测点由于实验室层高限制，出现了5，超过了国际标准中关于置换通风的温度梯度的最大舒适性标准。笔者认为造成这样一个结果可能是由于实验室的吊顶不够高（2.51m）。图6夏季实测数据表由于实验室实际条件的限制，不能得到像剧场一样的吊顶高度，较低的吊顶和吊顶上安装的照明光源最终影响了实验中温度的分层情况。这个影响程度可以从图6看出。在去掉了照明负荷的情况下，夏季实测数据显示人体居住区的温度梯度小于3；针对模型实验的局限性，进行了该实验的CFD模拟，在模拟中进行了改变实验室的吊顶高度、改变送风温度等多种假想条件下的模拟计算，从而实现对真正工程情况的模拟。详细的模拟情况，请看某剧场座位下送风空调方式的温热环境/气流分布实验研究-（2）CFD模拟（潘毅群，白玮，村田敏夫，谭洪卫）。图7不同工况下温度梯度的比较 图8实验室温度测点位置示意图三、 实验室主观问卷调查结果在该实验中，为了取得关于该实验的全面资料，还专门进行了主观问卷调查。在不同的工况和配置中，均有56名被调查者坐在实验室下送风的座椅上填写主观问卷。问卷包括被调查者最初步的个人资料，如年龄、性别等，还有在不同的时间内（两个小时内，从进入开始每隔10分钟）身体的各个部位的热感觉、气流感，以及对室内热环境、气流感是否可以接受，是否感到不满意，以及身体各部位对温度差的感觉和接受程度。由于被调查者均是专门征集的，并在实验室内完成问卷，因此最后问卷结果的可信率可达100%。下面是一部分主观问卷的统计结果。从所有的主观数据进行分析，可以看出夏季和冬季工况下，主观评价均为良好。室内温热感均在稍凉和适中之间，因而室内热环境的平均可接受程度全都是可以接受。室内气流感的平均可接受度也趋向于完全可以接受。从PPD值的表现来看，除冬季交叉型配置外，其他配置中的人员对气流感，即吹风风险不满意率都不大于15%，热舒适不满意率也均不在于10%。但几种配置中对局部温度北度的评价差别较大，其中尤其数冬季正下型配置的评价结果最差。图9 夏季交叉型配置中不同测点温度梯度的测定 图10 夏季正下型配置中不同测点温度梯度的测定 不同工况下室内热环境和气流环境的PPD（%） 表3室内气流感室内热环境室内局部温度差夏季正下型配置0%0%20%夏季交叉型配置9%0%9%冬季正下型配置11.1%0%33.3%冬季交叉型配置20%10%20%四、 结论（1） 无论正下型配置还是交叉型配置，其形成的温度场和速度场都没有很大区别。而从人体的主观感受来看，夏、冬两季正下型配置的室内人员平均不满意率都稍低于交叉型配置，但此种配置中室内局部温度差造成的不满意率却稍高于交叉型；由于本次主观问卷实验的样本数较少，因此主观问卷结果只能说明一定的倾向性。（2） 座椅下送风的送风口位置距离人员的敏感部位脚踝很近，因此要特别注意送风速度及温度，不能带给人员不舒适的冷风感和气流感。本实验中的送风速度基本上都在合适 范围0.25m/s左右，保证了人员居住区内的微风速。（3） 实验结果说明座椅下送风空调中夏季20.5左右的送风温度和冬季28.5左右的送风温度是可以保证人员居住区内的热舒适性在合理的26.0，从人员的主观