北京某羽毛球场馆空调气流组织设计方案

北京某羽毛球场馆空调气流组织设计方案1工程概况羽毛球比赛属于小球比赛，场馆的空调设计不但要满足温湿度的要求，更重要的是必须满足比赛场地对风速要求。根据相关设计规范及标准的要求，比赛场地地面以上9米区域内，风速不得大于0.2m/s[1]，这就给空调系统设计及其运行提出了很大的难题。目前国内外大多数羽毛球场馆的做法是，比赛时将空调系统关掉，以防影响比赛。北京XxX羽毛球场馆(图1)是为2008年北京奥运会而建设的室内体育场，主要功能是羽毛球与艺术体操用体育馆，总建筑面积24383m2，空调面积20000m2。比赛大厅是体育馆的核心，包括比赛场地和观众区，观众区围绕比赛场地四周布置，分东、南、西、北四个区域，共设有7508个观众席位，其中固定席位5480个，活动席位2028个。1.1比赛大厅空调设计参数表1所示的是比赛大厅的比赛区和观众席的空调设计参数。1.2空调方式空调设计方式为全空气式二次回风系统，观众席座椅下送风，上侧回风。即，整个场馆分东、南、西、北四个区域，分别由12台组合式空调机组将处理好的空气通过风道系统送至四个区域观众席位下的结构风腔，利用结构风腔的静压箱作用(各区的结构风腔彼此独立)，并在结构风腔上面的观众席位下开设了9100个风口，并利用可调节旋流风口送风。回风口设在场馆四周的中间层(8.47m)和上层(13.03m)。图2为场馆内气流组织设计示意图。观众席采用座椅下旋流风口送风，集中回风。比赛场地空调通过座位送风气流的涌流，来达到空调降温的目的。由图可见，结构风腔设计是否合理，是否真正能起到静压箱的作用，是确保场馆内气流组织达到设计要求的重要影响因素。2比赛大厅气流组织数值模拟与分析比赛大厅是体育馆的核心部分，也是空调作用的重点。而比赛大厅的气流组织处理，是实现大厅人工环境要求的最主要手段。为了考察空调系统设计的气流组织能否实现，本文利用计算流体力学技术(CFD)，对场馆内设计工况下的气流组织进行了数值计算。并对可能存在的问题进行了分析。2.1数学物理模型采用CFD计算软件PHOENICS(2006)进行计算，湍流模型采用标准的模型。控制方程包括连续性方程、动量方程、能量方程及方程与式。通用的控制方程为：式中，为通用变量，代表等求解变量;为密度;为速度矢量;为广义扩散系数;为广义源项。湍流粘性系数对控制方程离散求解时采用有限容积法，动量方程采用交错网格，扩散项的离散采用迎风与中心相结合的一阶精度混合格式(HybridScheme)，解方程的方法为SMPLE算法。弃考虑到比妙赛大厅基本上掌是对称结构，单为简化计算，辟仅计算大厅蔑的窜1/乡4乱区域的速度场涝、温度场。计怜算区域及其物陷理模型如巡图违3之所示。捆吉胆2.绒2鹅计算条件细报霸(1难)弓按分层空调考腹虑，非空调区昂域地(博顶珠棚码)什温度设陈为冬42咸℃妥，其余壁面设全为绝热边界条倍件孟;激而绿(2崖)错内部发热内量光(叶包括人体、课灯光大)枣按计算区域内隔的考葵虑查;快誉爪(3葵)曲旋流风口送风饮均匀，每个旋绢流风口送风抄量轰8.22m责3/找h滴，送风温仇度京20棋℃赵;仿疗莲(4赏)朗排风口设在顶卡棚，排风量茎为剩124000钱m3/h;溜卵深(5旱)水回风口分别布傻置在大厅四周墓的中巧部企(8.47m班)司和上对层么(13.03劝m桨)健区域处，集中讯回风。相对压榜力当为浆0.0Pa幅(恋设大气任压妥P=1000踢00Pa所)晕。拔2.丑3艰计算结果分析赏居图堪4a外)必和网b改)业所示的按是静X=33.4呜m轰处套Y-扬Z狱截面的速度场牙和温度场分布敢。从图中可以次看出，根据设欲计条件，如果谜能保证观众席食座椅叠下余910蛮0热个旋流风口均例匀送风，则能痒够满足空调系傻统的设计设计闻要求。即，比移赛区域地面以奔上移9附m批以内区域风速泳基本可保证小芹于娃0.2m/稿s者。比赛区域的惜温餐度谅23最℃朽左右，观众席脊区域的温度狠在冒22斤℃为~24且℃鸣之间，整个计湿算区域的平均枪温度罪为孕23.8观℃递。专可以看出扮，结构风腔能华否起到静压箱傻的作用，是确想保程910熄0立个旋流风口均纸匀送风的重要会影响因素之一怠，同时也是保料证比赛大厅的缸温度场和速度徒场满足设计要哲求的关键所在粱。灿第3施级结构风腔气流贞组织优化坐珍砌3.1墨健存在问题分析展结构风腔请作为静压箱，灰其几何特性和世箱体的进出口帆特性是影响静牛压分布均匀性茅的重要因素。尽为此，本研究蛙选择较为复杂哀的南区对应的弄结构风腔作为从分析对象。易图厦5a尤)萄为题图海2a只)绵中对应观众席岸下结构风腔凑的疼X-翠Y泰平面抱，钱I-夹I奥断面为对称面桃。对应结构风词腔荒X-追Y烂平面的斜上方略观众席上开设鱼了大量直径元为诱Φ协=130m省m例的送风公口用(草图蝇5c)牛)垒。从搅图也5悼可见，从送风柏口愧1馅、框2奴流进结构风腔往的空气流经通文道上，有几道延梁柱，且形状债、大小不一，这这些结构构件胞都导致了结构晚风腔气流分配助不均匀，很难新形成静压箱的糊作用，进而导机致各送风口送史风不均匀。模图骄6凶所示的是城图泼5a怎)筋中阴影区域结厕构风腔内三个冒不同高度上的永速度场计算结菜果，也说明了立结构风腔内的产气流峰分布很不均匀边，送风口附近屡的气流速度很劝大，而距离送虾风口较远处的皂气流速度很小晋，不同高度的核气流速度也相指差较大。燃鉴于分析哑和数值计算的李预测结果，为舟了进一步确认罩数值计算结果裹，配合施工，盟对整个南区结觉构风腔内气流库的实际流动情目况进行了验证桐性检测。探3.2岭筑现场实测技捏表急2购是对南区结构真风腔内气流的膊现场实测结果静，实测结果与陆上述预测分析惰结果基本一致多。各区的风量磨分配与设计所巴需要的风量相党差很大，灭区忍1生、婶区止2徒、波区惊9忌的风量远大于铺设计的风量，趴而其它区的风屑量均小于设计酒值。盒区脉1帮和眯区芽2捆、扩区倍9帆距离送风口最绳近，而其它区甲依次远离送风加口，说明在空销气在经送风口掉进入结构风腔敬内后，迅速衰以减，气流没有赞能力达到距离锁送风口的最远段端。需要将多区捕1铺和徐区惑2棋及围区栋9危的气流进行诱颗导，使其能达呢到远端，保证范各区风量分配殊能够达到设计虾要求，使得各胀旋流风口送风乘的均匀。习3.3愁月结构风腔气流迟组织设计优化待酷申孕叔设计方案改进业与实施节根据现有晶结构风腔存在晌的气流分配不在均匀，各送风碗口送风量偏差凤较的问题，本顿研究提出了改击善结构风腔内夫部气流分布特平性的设计方案南。主要思路是鹰，根据数值计具算及现场实测裁结果，通过在孔结构风腔内加牧设风管的方法纵，重新分配结陪构风腔内各区亏域的风量及速马度。怀根据以上戴对结构风腔速床度场的计算和列现场测试，利矛用疤CF及D剩技术督对结构风腔气室流组织进行了翻优化设计，提伪出了如负图镇7架所示的优化方掩案并完成了实蹲施工作。即在论结构风腔内沿望气流方向加设排风管系统，以尸改善结构风腔粗内的气流压力罗分布，以保证荐整个区域内的们压力分布均匀极，最终实现各德旋流风口的送忍风均匀。弯抓抚遵实施结果评估漫根据上述户优化方案对结搬构风腔的送风佛系统实施改造枕后，座椅下各文旋流风口空气费流动特性得到浑了明显的改善压。笔者对实施恶改造后的空气法流动情况进行滩了现场实测，固图滑8蛇是南区结构风绣腔各旋流风口亲位置示意图及尝风速测试结果公。草分彼A~肌I暴共台9拴个区初域伯(箩对应结构风腔队内的迈区晨1置~座区狭9刺)甲，每个区域在住各排风口上选利一个代表风口陶进行风速测试蛋，从押图丈7禁的实测结果看档，各个区域的堤旋流风口风速认分布较为均匀阳，达到了设计嫂预期的速度场沙要求。胜4丘海场馆比赛场地哑速度场实测刚胜版200核7盗年戏9唯月雹7航日萌~1胸1涉日，国家空调秩设备质量监督粱检验中心对羽索毛球场馆比赛鸣大厅内比赛场标地的速度场进业行了检测。厕罩图株9链是比赛区址域鹰(涛含三个比赛场循地碍)梢测点布置平面积示意图。比赛蚕区域尺寸爷为您42.3m挣×21.4梢伯m艺，岭(究图中绿线区否域惨)术，长度方您向枯(42.3m凑)鱼测点之间间隔绍为撒6往m霜，宽度方遮向世(21.4肤m笋)磁测点之间间隔拥为艰3.6m授;岔测试高度选择炮了列1码m排、截2.5挡m震、谋4.5沉m查、邮6.5转m抖和括8.5艘m靠五个高度。跌图嫌9杨标出了满第你1交列、蝶第进4货列、差第乞8老列测点在五个显高度