Full-scale measurement and study of non-isothermal air flow pattern in a gymnasium

1 研究背景 　　 　　体育馆比赛大厅的气流组织，一直是体育馆类大空间建筑设计的一个难点。而气流组织的好坏直接影响到运动员的水平发挥和比赛成绩，因而比赛大厅气流组织是整个体育馆空调设计的关键。 　　目前国内在进行体育馆空调气流组织的研究中，普遍采用模拟实验研究和数值模拟研究，尚缺乏大规模的现场实测研究。究其原因，主要为以下三点：第一，由于受现场条件和测试仪器的影响，测量数据不易测准；第二，体育馆属大空间建筑，测试区域面积及高度均较大，因而测点难以布置；第三，由于进行实测的空调系统已投入运行，因而各种测试工况无法全部满足；此外，还需要投入相当的人力与时间，以及存在着测试时的协调配合等问题。 　　然而现场实测研究有其必要性，现场测试是在实际运行情况下进行的，其所得出的各种数据均是真实数值，这是任何模拟研究所无法比拟的。不仅可以发现并提出空调系统中的实际问题，而且也可为模拟实验积验证数据，用以改进模拟研究的准确性。因而，现场实测是进行大空间气流组织研究的重要组成部分。 　　在这种背景下，笔者对北京一大型体育馆比赛大厅非等温工况下的气流组织进行了较为详细的实际测量，积累了相当的实测数据，为今后体育馆的空调设计与研究提供基础材料。 　　 2 工程简介 　　 　　该馆为北京第11亚运会正式比赛馆，建筑面积25300m2，比赛大厅83 m × 70 m，其中比赛场地70 m × 40 m，大厅中部高度为17.5 m，南北最低处高度为12.5 m。观众席总数为5748个，其中固定座位4668个，活动座位1080个。比赛大厅空调采用全空气系统低速风道集中送风，南北看台采用机部向下送；场地和东西看台采用侧面喷口送风（一般情况下采用大喷口，乒乓球、羽毛球比赛时采用较小的旋流风口），两部分分别设集中空气处理机组。比赛大厅空调设计参数为：夏季室内温度27℃，相对湿度65%；冬季室内温度16℃，相对湿度40%[1]。 　　 3 测试介绍 　　 　　本次测试于2000年7月进行，测试时间内室外平均气温为32.7℃。 　　测量的内容为在非等温送风状态下，比赛大厅内部的气流组织状况。本次研究的现场实测是在该体育馆比赛大厅东南的场地（包括比赛区和观众席，41.1m×35m）上进行（图1为比赛大厅概貌），较为详尽地描述了该馆的气流组织状况。由于本次测量的目的主要是为了反映描述非等温工况下的气流组织特性，因此，我们把重点放在了温度场的测量上。 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1 体育馆比赛大厅概貌 　　 　　该馆采用将比赛场地与观众席分区进行空调的气流组织形式。测试时间段内，比赛场地东部为喷口侧送，负责该区空调的空调机组送/回风温度经测定分别为23.0℃/26.5℃；观众席为空场情况，南看台东部为旋流风口加散流器上送，负责该区空调的空调机组送/回风温度经测定分别为22.1℃/25.5℃。 　　在空间布点上，我们利用了馆内顶棚下的检修马道，沿马道在大厅的东南部区域共布置了10组测点（图2中双线圈编号处），每组测点用4～5个温度计测量不同标高的温度值，高差为2m（如图3所示）。考虑到场地上有运动员进行训练活动，经过与馆内工作人员协商，为不影响运动员的正常训练，因此在场上的最低测点高度定在距地8m处。 　　 　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2　测点布置平面 　　 　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3　测点布置剖图 　　 　　温度测量采用RHLOG智能型温度自计仪。这种仪器体积小、质量轻、可以预先设定记数的起始时间，定时对目标环境温度进行自动测量，并把测量保存在内部存储器中，不需人工记录，非常适合于在大空间的布点测量。将一组自记式温度计悬挂在事先准备好的线上，由测试人员从检修马道垂下，温度计按照预先设定的起止时间进行读数并自动记录。待测试完毕后，测试人员将温度计取下，并将数据传入电脑进行处理。