体育场馆气流组织形式概述

体育馆建筑属于大空间建筑,体积大、围护结构传热量大、人员灯光密集,空调负荷较大,因此,设计合理的气流组织,以使得馆内空气分布满足比赛和观众的要求,同时又保证空调系统节能就具有重要的意义。本文将对常见的体育场馆气流组织形式作一总结和介绍,并简要讨论体育场馆气流组织的发展趋势和设计对策。

1 体育场馆常见气流组织形式

目前体育场馆的气流组织可分为分区空调和混合空调两种形式。

分区空调是指在体育馆内,观众席和比赛场地分区送风和回风,以适应两区的不同要求。这种方式适用于大中型体育馆、游泳馆。一般而言,对于综合性体育馆,比赛场地的空调,主要是为了满足不同比赛对风速的要求;而在游泳馆的比赛池区,则还要满足相应的温度和湿度要求。对于大型体育馆,观众区有时也分为几个区,以期达到空气温度分布均匀,不会形成较大的上下温差。

混合空调是指观众席和比赛区集中进行送、回风处理。这种方式多在小型体育馆中采用。个别大型体育馆考虑到现场结构条件和经济条件等因素,也采用这种方式。体育馆常见的送、回风方式,有侧送下回、上送下回、下送上回等几种。

1.1 侧送下回方式

侧送方式是体育馆比赛大厅采用得最广泛的一种方式,以采用喷口侧送方式最为常见。体育馆比赛大厅无论规模大小,通常都具有空间大、比赛场地位置低、观众席逐渐升高的“碗型”特征,且风口离空调区域(特别是比赛区)较远;而喷口侧送风射流长、流量大,可以适应上述条件,因而在大型体育馆中应用最多。将喷口布置在大厅周围侧墙上或结构网架的周边横梁上,回风口则设在后排观众席侧和比赛场地边缘,空调区域温度均匀,靠近喷口的后排观众基本处于回流区,避免了“脑后风”;此外,喷口送风可以节省管道、降低造价。但它也存在着一些不足:比赛场地的风速难以控制,风速有时会超过0.2m/s,对乒乓球、羽毛球比赛有影响;此外,由于送风温差大、射流长,冷空气下降和热空气上升的现

象十分明显。为了避免这种情况,许多体育馆都将喷口设计成可以转动的,以便进行调节。如莫斯科奥林匹克体育馆、东京代代木体育馆等。

除了喷口送风外,侧送方式还包括百叶侧送。但由于有噪声和“脑后风”等,百叶侧送只作为辅助送风方式被采用。

1.2 上送下回方式

上送下回方式,是指将送风口安装在比赛大厅的顶棚或上部网架空间内,将回风口设在观众座位台阶和比赛场边的侧壁上,空气自上而下送至观众席和比赛区,然后由回风口抽走。其送风形式包括散流器、喷口、旋流风口、条缝和孔板送风等。从使用效果上讲,上送下回方式是比较好的。它能把处理好的空气均匀送到各个部位,以满足不同区域所需的空调参数。特别是当比赛要求风速不能过大时,采用顶棚孔板上送形式,完全能够达到使用要求。但上送风也存在着诸多不足:冷热负荷均较大,能耗高,送风量比喷口侧送大25-30%/左右;另外,由于绝大多数体育馆均采用轻质网架结构,顶棚网架内风管布置困难。近年来,新建体育馆和游泳馆,采用上送风形式的并不多见。上送下回的工程实例有美国波特兰的玫瑰园体育馆。在体育馆大厅有吊顶的条件下,还可以采用条缝或孔板送风等形式进行上送风,北京首都体育馆及香港伊丽莎白体育馆就属此类。

1.3 下送上回方式

20世纪70年代初,随着世界能源危机的出现,建筑节能已越来越引起各国工程界的重视。下送上回方式作为一种节能型的气流组织形式,在观众大厅空调中得到迅速的发展。国外将这种方式应用于体育建筑中较早,我国在影剧院、会堂中也相继采用了这种形式。近年来,一些中小型体育馆,如北京地坛体育馆和木樨园体育馆使用了观众席地面送风的方式。

下送上回方式是将送风口设在观众席的地面或座椅上,直接对观众席送风,回风口设在顶棚和观众席后上部。这种形式具有明显的节能特点,据有关资料介绍,夏季可节省冷负荷26%以上,相应的空气处理设备也大为减小;此外,观众区温度场和空气速度场均匀,但其缺点是无法对比赛场地进行控制,而且风口形式复杂、数量多,不利于运行管理。通过上面的介绍,几种气流组织形式均各有利弊。国内外的大中型体育馆、游泳馆大都同时使用不同的送回风形式,以期取得最佳气流组织效果。

1.4 多种气流组织形式的混合使用

为了取得最佳的气流组织效果,同时达到更加经济、节能运行的目的,从20世纪80年代至今,工程设计人员已经较少把某种单一方式单独应用于体育场馆,而是把多种气流组织形式结合使用,如北京奥林匹克体育中心体育馆采用上送风形式向观众区送风,而在比赛区则采用喷口与旋流风口交替侧送的方式送风。

2 工程应用实例

2.1 喷口侧送方式的工程实例

莫斯科奥林匹克体育馆是前苏联为举办1980年奥林匹克运动会而修建的。比赛大厅的四周侧墙上布置了52个能够上下左右旋转的喷口,向观众区送风。喷口设计成可转动的,以适应不同情况下的送风要求,这部分风量占总送风量的66%;在照明灯架上共布置了32个喷口,同样可以转动,向大厅中心的比赛区送风,这部分风量占总送风量的9.5%;为了弥补后排观众区空调效果不好的缺点,还在观众席后上方布置了64个向下的锥形散流器,这部分风量占总送风量的16.5%;另外还有80个散流器布置在中层的小看台包厢上,这部分风量占8%。图1为该体育馆的风口布置图和气流组织示意图。


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日本东京代代木体育馆也采用侧送喷口送风的气流组织形式,这里不再赘述。需要指出的是,对于采用喷口侧送风的游泳馆,由于观众区和比赛区的温度、湿度要求相差较大,因此在分区空调时,还要考虑相应的分区隔断措施。关于分区隔断方法,多年来国内外学者进行了多方面的研究。英国W.P.jones认为:“要保持游泳区和观众区各自的温度场,建议用玻璃或有机玻璃进行隔断,把两区机械地分为两个空间。”例如天津高干俱乐部游泳馆,1925年由英国人设计,解放后增加了玻璃隔断,经多年使用证明,分区隔断效果良好。中国建筑科学研究院空调所在亚运会英东游泳馆空调方案的模型实验中,用塑料薄膜将两区隔开进行测试,完全达到了分区空调的要求。然而,采用隔断方法可行性较差,因此实际工程中很少应用。

采用空气幕隔断法进行分区空调,是一种比较可行的方法。德国慕尼黑奥林匹克体育中心游泳馆采用分区送风,在看台前设置一道空气幕,气流吹向池区上方:在看台上方设置风柱,向观众区送新风。据资料显示,两区温差约2℃,从结果来看,基本令人满意。

2.2 上送风方式的工程实例

美国波特兰玫瑰园体育馆空调,采用上送风方式。该设计在现代大型体育馆中很少见,但使用效果非常令人满意。该馆运用不同风量、不同射程的喷口向比赛区和观众区分别送风。图2为该体育馆的气流组织示意图。

设计者在空调系统的划分上,将比赛大厅与观众休息厅合为一个系统,气流被送入大厅,然后大部分气流通过人员进出通道和专用风道流入比赛大厅周围的休息厅,回风则由休息厅返回置于顶层的空调机房。考虑到上层的结构梁柱可能会影响到气流的循环,因此将一小部分回风由上层看台直接回到空调机房,用以改善气流组织。同样,还有一小部分回风在比赛场地边缘由回风道排至竖井回到空调机房,其目的是希望在进行冰上项目的比赛时,将冰面上产生的雾气尽快排出,不致影响观众的视线,另外一个目的也是为了改善临时观众席前排气流组织效果不好的情况。

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图2波特兰玫瑰园体育馆气流组织

图3是红磡体育馆的气流组织示意,比赛大厅内的空气调节系统分为三个区域:比赛场地由设在屋顶网架上的16个圆形散流器向比赛场地送风:观众席下区由大厅上部周边的小圆形喷口,以向下30度角的方向侧送:观众席上区由设在大厅四角的圆形散流器下送风。回风口设在观众席座位底部以及比赛场地的四周。在屋顶网架内还设有排气系统,用以排除集聚在大厅上部的热空气。

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图3 香港红磡体育馆气流组织

图4为首都体育馆比赛大厅的气流组织示意。采用顶棚条缝下送风和百叶侧送风互相交替使用的方式。两种方式由转换阀门进行切换。当进行一般体育比赛时,采用百叶侧送风方式:当进行乒乓球、羽毛球等比赛时,则采用顶棚下送风方式。这种方式利用比赛大厅的顶棚空间作为送风静压箱,使空气由顶棚上的条缝均匀地由上而下地送入比赛场地和观众席。

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图4 北京首都体育馆气流组织

与首都体育馆相似的还有香港伊丽莎白体育馆。它采用吊顶孔板送风与喷口侧送风切换使用的方式进行空调。使用效果令人满意。

但是,当前的体育馆比赛大厅一般都不设吊顶,而且使用顶棚送风热损失较大,因此这种方式已经不适用于在大型体育馆空调中采用。

2.3 下送风方式的工程实例

北京地坛体育馆采用的气流组织就是下送风方式。其比赛大厅面积为2238m2,可容纳3000多名观众,夏季空调负荷为700KW。据计算,其冷负荷比采用喷口侧送风方式减少25%左右,而使用效果比较令人满意。

下送风包括座椅下台阶侧壁送风和座椅送风两种。在国外多采用后者,我国也已研制出座椅诱导送风设备,但还未在体育馆中使用。目前比较成功的下送风气流组织方式应用实例是日本大阪中央体育馆。该馆于1997年竣工,总建筑面积42664.9m2,比赛大厅呈圆形,最高30m,容积约为15000m3。体育馆为半地下结构,较多地采用了室外新风。大厅采用分区送风气方式,比赛区用布置在其边缘的非金属风道侧送风,屋顶设排风口;观众区则使用座椅下送风,从椅背向斜上方吹出。每个座位风量为30-40m3/h,风速为1.5-2m/s,送风温度加热时为27℃,冷却时为21℃。

2.4 混合空调方式的工程实例

不分区的混合空调在中小型的体育馆中采用最为普遍。由于面积小(建筑总面积2000-10000m2之间)、观众少(4000人以下),通常不举行大规模的高水平比赛。因此对馆内空调的要求也较低。在大型体育馆中也有采用不分区的空调方式的。北京英东游泳馆在设计时放弃了分区空调的方案,将比赛池区和观众席合并,作为一个空调区域。结果该馆的使用效果令人不甚满意,特别在观众区,感觉十分闷热,业主强烈希望对其空调系统进行改造。

3 体育馆气流组织的发展趋势

从总的趋势上看,体育场馆类建筑的空调已由只重视使用效果向效果与经济性并重的方向发展。具体到比赛大厅的气流组织形式,其发展具有以下三个特点:

总体上有从顶棚上送→喷口侧送→座椅下送风的趋势;

由单一形式向多种形式过渡(多种形式相互配合、相互补充);

③ 由单一分区向多分区过渡。

对于大中型体育馆和游泳馆来说,宜采用多种送回风方式,共同保证比赛大厅的空调要求。下送风方式因其具有显著的节能优势,越来越被工程界所重视并采纳:上送风方式除有特殊要求外,将被其它方式所取代;而喷口侧送方式则因其适应比赛大厅的空调特点和技术较为成熟,将继续被广泛使用。

众所周知,良好的气流组织设计,要求事前对比赛大厅的气流组织进行预测。主要的预测方法有射流公式、区域化模型、计算流体力学以及模型实验等。近来,随着计算机技术和湍流模拟技术的发展,CFD逐渐被广泛应用于暖通空调领域的气流组织设计。采用CFD方法进行气流组织设计具有不可比拟的优势,因为用传统的射流公式以及集总参数型的区域化模型方法难以准确预测馆内空气分布,而借助CFD则可满足设计要求。


来源:互联网。


文章分类: 暖通空调
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