上海国际体操中心冬季室内热环境与能耗现场实测

上海国际体操中心冬季室内热环境与能耗现场实测

受冬季室内热环境和能耗的影响，是该空间建筑室内热环境和空调系统的重要组成部分。笔者对上海国际体操中心1998年夏季室内热环境及能耗作了现场实测,结果及分析见文献。鉴于该工程冬季上部开口处的室内侧空气焓值始终大于下部人员活动区和室外空气焓值,因而,无论是排风还是进风都会增加室内热负荷。为此夏季现场实测结束后,向上海国际体操中心提出了上部开口冬季封闭、夏季加装围挡的改造建议。体操中心于1999年年底对环状条缝开口进行了封闭。2000年2月对上部开口改造后的上海国际体操中心进行了冬季工况的现场实测,以期得到大空间建筑比较全面的热环境和能耗概貌,为大空间建筑热环境和空调系统全年设计提供依据。1冬季工程的现场测量1.1空调机组供热形式主场设两个对称布置的中央空调系统,各有2台风机,设计总风量为24万m3/h。夏季由3台螺杆式冷冻机供冷,冬季利用锅炉提供的0.4MPa蒸汽,通过汽水换热器提供热水供空调机组供暖。室内采用典型的侧送下回气流组织形式,送风总管环状布置,喷口安装高度离地15m,其中28个短程喷口倾斜12°布置,以满足观众席空调;10个长程喷口水平布置,以满足内场比赛空调,回风采用以台阶均匀回风为主,侧墙回风为辅的方式。主场上部开口仅存32个排风孔。1.2空调系统运行情况2000年2月3日、8日正逢举行春节吉尼斯纪录演唱会,本文以下图表均由2月8日现场实测数据整理而得。图1为测定日主场内空调系统运行和演出时间段情况。与夏季不同的是,主场下层已建成大型超市,室内有供暖设施。室内演出舞台如图所示在比赛内场正中,占20m×16m面积,观众围绕演出舞台四周而坐。1.3温度测点的选取测定内容基本与夏季相同。室外参数、外围走廊等参数测点布置见图2。受条件限制,人员活动区域温度测点选取了图2所示1～10的10个测点,垂直温度测定选择了平面上A,B,C,D,E共5个点,测点间距见图3。系统热负荷通过测定空气侧吸热量得到。测定仪器与夏季现场实测相同,测定时间为10:00～21:30。测定间隔基本控制在30min。2测量结果2.1温度和日射量图4为室外空气温度与日射实测曲线,并附主场下层超市空气温度变化曲线。测定时间内南北气温差1℃,平均温度为3.6℃,日射量最高不超过550kW/m2。图5为室外南北风速变化曲线,北向风速比南向风速平均大2.4m/s,最大时相差4.7m/s。2.2各横向温度下的实际效果11m,15m,19.5m标高处环形走廊东南西北4个方向均布有温度测点,5m直廊布有温湿度测点,图6仅给出了15m标高的实测曲线。4个朝向中南侧温度最高,东侧其次,北侧温度较低。南北温差平均为3.1℃,最大温差为4.5℃,11m,15m,19.5m标高环形走廊平均空气温度分别为:4.4℃,7.6℃,6.5℃,说明外围走廊受主场空气影响,上层温度比下层温度高,19.5m走廊基本与室外相通,略受32个排风孔排出的热气流影响,温度比15m外围走廊略低,比室外温度略高。2.3螺栓孔进螺栓的影响排风孔进排风量由其风速测定计算得到。排风孔绕建筑墙体一周,位于19.5m标高走廊处,32个排风孔风速循环测定,实测发现排风孔进排风风量受室内热气流、室外风速等因素影响,部分进风,部分排风,图7为实测得到的进排风变化情况,排风孔进排净风量与室内送风时间段密切相关,送风时间段内上部空气温度比较高,排风大于进风,导致空调期间能量损失,热负荷增加。2.4最大高差的确定图8为人员活动区10个测点无空调和有空调时的实测结果,最大温差分别为0.4℃和2.3℃。空调时温度偏差主要受室内照明非均匀布置和人员密集程度等因素的影响。2.5空调及市场温度波图9绘出了A和C测点温度随时间的变化曲线,这是比较典型的间歇空调室温变化曲线。室内送风期间,室内空气升温建筑蓄热,午场演出结束室内停止送风时,室内空气降温,建筑放热,使此时室温比午场未开空调时高3℃左右。图10反映了A,C测点温度随高度变化的规律,室内空气上下温差无空调和有空调时分别为1.7℃和10℃左右,温度沿高度缓慢上升,受比赛场内灯光影响,测点A离地9m高处温度偏高。垂直温度分布,在送风喷口处几乎无分层空调界面,这主要是冬季屋顶以及上部墙体处于吸热状态,上部空气温度不易上升,这是冬夏季垂直温度分布最大的区别,夏季屋顶与上部墙体处于放热状态,上部空间有明显的热滞留现象,致使夏季垂直温度分布在喷口附近形成明显的分层面。3热负荷法的测量和分析3.1系统能量开支表1为14:00空调机房内空气侧实测结果,此时室内机械送风20.3万m3/h,换气次数2.9h-1。整个空调系统能量收支情况如图11所示,分别以图中控制体A和控制体B为对象,计算得到14:00室内回风量和系统漏风量分别为58.36kg/s和0.62kg/s。由于冬季上部开口仅为32个排风孔,封闭了环状条缝开口,上部开口的进风量和排风量均大为减少,相对于机械送风换气次数,考虑室内各项渗透通风,室内换气次数仅增加了0.2h-1,而夏季增加了1h-1。3.2空调热负荷分析测定日室内热负荷有:围护结构热负荷(屋顶、墙体、地板),人体负荷,照明设备负荷,通风渗透负荷(上部开口即排风孔通风、门窗渗透),空气、建筑蓄热负荷等。图12为按实测数据计算得到的室内各热负荷在测定时间内受间歇空调影响的变化情况。室内空调期间,室温上升导致围护结构热损失增加;晚场与午场相比,由于室外温度变化,围护结构负荷、建筑蓄热负荷大些,上部空间空气温度也因此低些,因而上部开口的通风渗透负荷晚场比午场要低些。表2列出了14:00和16:00各热负荷占空调热负荷比例。各热负荷中,间歇空调初期蓄热负荷超过60%,当室内热环境接近稳定时,围护结构热负荷与通风渗透负荷比例非常大,超过了空调机组所供热量,其中通风渗透负荷虽然上部开口进排风量远比夏季小,但进排风焓差冬季比夏季要大得多,从而造成通风渗透负荷高达46.1%,超过了夏季的比例。各热负荷比例说明,大空间建筑冬季节能重点应是建筑保温和避免上部开口。4夏季和夏季空调系统供热情况4.1大空间建筑室内冬季垂直温度分布平缓,在喷嘴安装高度附近无分层空调界面。这是大空间建筑冬季室内垂直温度分布的主要特征。4.2经过对上部环形条缝开口的封闭改造,冬季上部开口进排风量远小于夏季上部开口的进排风量,相对于机械通风换气次数,冬季仅增加了0.2h-1,而夏季则增加了1h-1。4.3室内热环境接近稳定时通风渗透热损失占整个系统热负荷比例高达46.1%,由于冬季进排风焓差远大于夏季工况,因而冬季上部开口的封闭比夏季更为重要。4.4室内各热负荷中,空调