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1、北京工业大学奥运会羽毛球场馆 空调气流组织设计方案优化和实施 北京工业大学杨英霞陈超任明亮果海凤 中铁建设集团XX公司倪真贾学斌余振飞 摘要：北京工业大学的羽毛球场馆是北京2008年奧运会的新建场馆之壹，由于羽毛球比寿 场地对风速要求非常高,要求地面之上9米区域内的风速不大于0.2m/so为此，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预测,根据计算结果,对 有可能影响场馆内气流组织的观众席座椅下的结构风腔内的送风方式逬行了优化设计，提出 了相应的修改方案。现场实测结果表明，比害场地的速度场达到设计要求，满足羽毛球比塞 场地风速不大于0.2m/s的要求。关键词：奧
2、运会羽毛球场馆；0.2m/s风速;气流组织;方案优化;实施 1工程简介 羽毛球比塞属于小球比窘,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 满足比窘场地对风速要求。根据关联设计规范及标准的要求，比塞场地地面之上9米区域内,风速不得大于0.2m/s，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，比窘时将空调系统关掉,以防影响比塞。北京工业大学羽毛球场馆(图1)是为2008年北京奥运会而建设的室内体育场,主要 功能是羽毛球和艺术体操用体育馆，总建筑面积24383m2,空调面积200002。比窘大厅 是体育馆的核心，包括比窘场地和观众区，观众区围绕比窘场
3、地四周布置,分东、南、西、北四个区域，共设有7508个观众席位，其中固走席位5480个，活动席位2028个。图1北京工业大学羽毛球场馆 1.1比窘大厅空调设计参数 表1所示的是比窘大厅的比窘区和观众席的空调设计参数。表温、湿度设计参数 房间名称 夏季 冬季 温度（弋）相对湿禺%）温度（弋）相对湿度（%）比春区 26 60 18 30 观众席 25 60 18 30 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
4、（各区的结构风腔彼此独 立），且 于结构风腔上面的观众席位下开设了 9100个风口，且 利用可调节旋流风口送风。回风口设于场馆四周的中间层（&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。比春 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，是确保场馆內气流组织达到设计要求的重要影响因素。设集团公司倪真贾学斌余振飞摘要北京工业大学的羽毛球场馆是北京年奧运会的新建场馆之壹由于羽毛球比寿场地对风速要求非常高要求地面之上米区域内的风速不大于为此本文利用计算流体力学技术对场馆内设
5、计工况下的气流组计提出了相应的修改方案场实测结果表明比害场地的速度场达到设计要求满足羽毛球比塞场地风速不大于的要求关键词奧运会羽毛球场馆风速气流组织方案优化实施工程简介羽毛球比塞属于小球比窘场馆的空调设计不但要满足温湿速不得大于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窘时将空调系统关掉以防影响比塞北京工业大学羽毛球场馆图是为年北京奥运会而建设的室内体育场主要功能是羽毛球和艺术体操 a)南、北区观众席送风气流组织示意图b)东、西区观众席送风气流组织示意图 图2比寿大厅气流组织示意图 2比赛大厅气流组织数值模拟和分析 比窘大厅是体育馆的核心部分，也是空调作用的
6、重点。而比塞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。且 对可能存于的问题进行了分析。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k-s模型。控制方程包括连续性方程、动呈方程、能臺方程及方程和屯式。通用的控制方程为：+dixpU(/)-r.grad)=(1)ot 式中,0为通用变呈，代表.V.W,k.T等求解变臺；为密度；U为速度 矢呈；打为广义扩散系数；S为广义源项。湍流粘性系数(2)对控制方程离散求解时采
7、用有限容积法，动呈方程采用交错网格，扩散项的离散采用迎 风和中心相结合的壹阶精度混合格式(Hybridscheme),解方程的方法为SM PLE算法。设集团公司倪真贾学斌余振飞摘要北京工业大学的羽毛球场馆是北京年奧运会的新建场馆之壹由于羽毛球比寿场地对风速要求非常高要求地面之上米区域内的风速不大于为此本文利用计算流体力学技术对场馆内设计工况下的气流组计提出了相应的修改方案场实测结果表明比害场地的速度场达到设计要求满足羽毛球比塞场地风速不大于的要求关键词奧运会羽毛球场馆风速气流组织方案优化实施工程简介羽毛球比塞属于小球比窘场馆的空调设计不但要满足温湿速不得大于这就给空调系统设计及其运行提出了很大
8、的难题目前国内外大多数羽毛球场馆的做法是比窘时将空调系统关掉以防影响比塞北京工业大学羽毛球场馆图是为年北京奥运会而建设的室内体育场主要功能是羽毛球和艺术体操考虑到比塞大厅基本上是对称结构，为简化计算，仅计算大厅的1/4区域的速度场、温 度场。计算区域及其物理模型如图3所示。2.2计算条件（1）按分层空调考虑，非空调区域（顶棚）温度设为42 C,其余壁面设为绝热边界条件；（2）内部发热量（包括人体、灯光）按计算区域内的考虑；（3）旋流风口送风均匀，每个旋流风口送风星8.22mVh,送风温度20 C;（4）排风口设于顶棚,排风量为124000m3/h；（5）回风口分别布置于大厅四周的中部（8.47
9、m）和上层（13.03m）区域处,集中回风。相对压力为O.OPa（设大气压P=100000Pa）o a）计算区域平面示意图b）计算区域物理模型 图3计算区域示意图 23计算结果分析 图4a）和b）所示的是X=33.4m处Y-Z截面的速度场和温度场分布。从图中能够见出，根 据设计条件，如果能保证观众席座椅下9100个旋流风口均匀送风,则能够满足空调系统的 设计设计要求。即,比塞区域地面之上9m以内区域风速基本可保证小于0.2m/so比窘区 设集团公司倪真贾学斌余振飞摘要北京工业大学的羽毛球场馆是北京年奧运会的新建场馆之壹由于羽毛球比寿场地对风速要求非常高要求地面之上米区域内的风速不大于为此本文利
10、用计算流体力学技术对场馆内设计工况下的气流组计提出了相应的修改方案场实测结果表明比害场地的速度场达到设计要求满足羽毛球比塞场地风速不大于的要求关键词奧运会羽毛球场馆风速气流组织方案优化实施工程简介羽毛球比塞属于小球比窘场馆的空调设计不但要满足温湿速不得大于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窘时将空调系统关掉以防影响比塞北京工业大学羽毛球场馆图是为年北京奥运会而建设的室内体育场主要功能是羽毛球和艺术体操1 U44UU0 0 0 812500 0?*UUO 0 6*1500 o c?ooo TcaaorH r匸 O 38000 0 4P 500 O 37
11、1000 0 32500 O 2 2000 0 ltTSOO o uiooo 0 0?500 o om 00X0 34 062S0 33 12“0 17 1870 31 25X0 必 31?50 9 J7V*0 437S0 M 50X0 562*0 25 62 WO“6d?S0”li0 22 euso il 870 TO 9370 00X0 域的温度23弋左右，观众席区域的温度于22 C-24C之间，整个计算区域的平均温度为 23.8 CO 能够见出,结构风腔能否起到静压箱的作用，是确保9100个旋流风口均匀送风的重要影响 因素之壹,同时也是保证比窘大厅的温度场和速度场满足设计要求的关键所于。
12、a）速度场b）温度场 图4设计工况X=33.4m处Y-Z截面的速度场和温度场 3结构风腔气流纟购优化 3.1存于问题分析 结构风腔作为静压箱，具几何特性和箱体的进出口特性是影响静压分布均匀性的重要因 素。为此，本硏究选择较为复杂的南区对应的结构风腔作为分析对象。图5a）为图2a）中 对应观众席下结构风腔的X-Y平面，I-I断面为对称面。对应结构风腔X-Y平面的斜上方观 众席上开设了大呈直径为（P=130mm的送风口（图5c“从图5可见，从送风口 1、2流 进结构风腔的空气流经通道上，有几道梁柱，且形状、大/还壹，这些结构构件均导致了结 构风腔气流分配不均匀”很难形成静压箱的作用,进而导致各送风
13、口送风不均匀。图6所示 的是图5a）中阴影区域结构风腔内三个不同高度上的速度场计算结果，也说明了结构风腔内 的气流分布很不均匀,送风口附近的气流速度很大,而距离送风口较远处的气流速度很小，不同高度的气流速度也相差较大。设集团公司倪真贾学斌余振飞摘要北京工业大学的羽毛球场馆是北京年奧运会的新建场馆之壹由于羽毛球比寿场地对风速要求非常高要求地面之上米区域内的风速不大于为此本文利用计算流体力学技术对场馆内设计工况下的气流组计提出了相应的修改方案场实测结果表明比害场地的速度场达到设计要求满足羽毛球比塞场地风速不大于的要求关键词奧运会羽毛球场馆风速气流组织方案优化实施工程简介羽毛球比塞属于小球比窘场馆的
14、空调设计不但要满足温湿速不得大于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窘时将空调系统关掉以防影响比塞北京工业大学羽毛球场馆图是为年北京奥运会而建设的室内体育场主要功能是羽毛球和艺术体操鉴于分析和数值计算的预测结果，为了进壹步确认数值计算结果,配合施工，对整个南 设集团公司倪真贾学斌余振飞摘要北京工业大学的羽毛球场馆是北京年奧运会的新建场馆之壹由于羽毛球比寿场地对风速要求非常高要求地面之上米区域内的风速不大于为此本文利用计算流体力学技术对场馆内设计工况下的气流组计提出了相应的修改方案场实测结果表明比害场地的速度场达到设计要求满足羽毛球比塞场地风速不大于的要
15、求关键词奧运会羽毛球场馆风速气流组织方案优化实施工程简介羽毛球比塞属于小球比窘场馆的空调设计不但要满足温湿速不得大于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窘时将空调系统关掉以防影响比塞北京工业大学羽毛球场馆图是为年北京奥运会而建设的室内体育场主要功能是羽毛球和艺术体操区结构风腔内气流的实际流动情况逬行了验证性检测。a)平面示意图b)I-I剖面 图5南区结构风腔结构图 图6南区结构风腔速度场分布 3.2现场实测 表2是对南区结构风腔内气流的现场实测结果实测结果和上述预测分析结果基本壹致。各区的风呈分配和设计所需要的风星相差很大，区1、区2、区9的风量远大于
16、设计的风星,而其它区的风星均小于设计值。区1和区2、区9距离送风口最近,而其它区依次远离送风 口，说明于空气于经送风口进入结构风腔内后，迅速衰减,气流没有能力达到距离送风口的 最远端。需要将区1和区2及区9的气流进行诱导，使其能达到远端，保证各区风呈分配能 够达到设计要求，使得各旋流风口送风的均匀。表2南区结构风腔气流分配 区域 测试风量(rrP/h)各区风量占总风量 的比例 各区设计风重(根据旋流风口数量)占总送风量的比例 jK4-iim 口 55774 区1 12529 22.5%6.5%区2 30519 54.7%19.4%区3 0 0 27.3%区4 6198 11.1%29.7%区5
17、(1)7167 12.8%17%设集团公司倪真贾学斌余振飞摘要北京工业大学的羽毛球场馆是北京年奧运会的新建场馆之壹由于羽毛球比寿场地对风速要求非常高要求地面之上米区域内的风速不大于为此本文利用计算流体力学技术对场馆内设计工况下的气流组计提出了相应的修改方案场实测结果表明比害场地的速度场达到设计要求满足羽毛球比塞场地风速不大于的要求关键词奧运会羽毛球场馆风速气流组织方案优化实施工程简介羽毛球比塞属于小球比窘场馆的空调设计不但要满足温湿速不得大于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窘时将空调系统关掉以防影响比塞北京工业大学羽毛球场馆图是为年北京奥运会而建设
18、的室内体育场主要功能是羽毛球和艺术体操区 5(2)8692 18.5%17%区6 3836 8.2%29.7%区7 6597 14.0%27.3%区8 4400 9.35%19.4%区9 23491 50%6.5%JK4-2 颂口 47016 3.3结构风腔气流组织设计优化 3.3.1设计方案改迸和实施 根据现有结构风腔存于的气流分配不均匀，各送风口送风量偏差较的问题，本研究提出 了改善结构风腔内部气流分布特性的设计方案。主要思路是，根据数值计算及现场实测结果,通过于结构风腔内加设风管的方法，重新分配结构风腔内各区域的风臺及速度。根据之上对结构风腔速度场的计算和现场测试利用CFD技术对结构风腔
19、气流组织进行 了优化设计，提出了如图7所示的优化方案且 完成了实施工作。即于结构风腔内沿气流方向加设风管系统,以改善结构风腔内的气流 压力分布，以保证整个区域内的压力分布均匀，最终实现各旋流风口的送风均匀。图7南区结构风腔空调送风系统优化方案 33.2实施结果族 根据上述优化方案对结构风腔的送风系统实施改造后,座椅下各旋流风口空气流动特性 得到了明显的改善。笔者对实施改造后的空气流动情况进行了现场实测,图8是南区结构风 腔各旋流风口位置示意图及风速测试结果。分AI共9个区域(对应结构风腔内的区1区 设集团公司倪真贾学斌余振飞摘要北京工业大学的羽毛球场馆是北京年奧运会的新建场馆之壹由于羽毛球比寿
20、场地对风速要求非常高要求地面之上米区域内的风速不大于为此本文利用计算流体力学技术对场馆内设计工况下的气流组计提出了相应的修改方案场实测结果表明比害场地的速度场达到设计要求满足羽毛球比塞场地风速不大于的要求关键词奧运会羽毛球场馆风速气流组织方案优化实施工程简介羽毛球比塞属于小球比窘场馆的空调设计不但要满足温湿速不得大于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窘时将空调系统关掉以防影响比塞北京工业大学羽毛球场馆图是为年北京奥运会而建设的室内体育场主要功能是羽毛球和艺术体操9),每个区域于各排风口上选壹个代表风口逬行风速测试，从图7的实测结果见，各个区域设集团公
21、司倪真贾学斌余振飞摘要北京工业大学的羽毛球场馆是北京年奧运会的新建场馆之壹由于羽毛球比寿场地对风速要求非常高要求地面之上米区域内的风速不大于为此本文利用计算流体力学技术对场馆内设计工况下的气流组计提出了相应的修改方案场实测结果表明比害场地的速度场达到设计要求满足羽毛球比塞场地风速不大于的要求关键词奧运会羽毛球场馆风速气流组织方案优化实施工程简介羽毛球比塞属于小球比窘场馆的空调设计不但要满足温湿速不得大于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窘时将空调系统关掉以防影响比塞北京工业大学羽毛球场馆图是为年北京奥运会而建设的室内体育场主要功能是羽毛球和艺术体操4
22、片 rM j ww fc%LS n b K 4T%Lf二厂二一二%2 b blk Aa b b b*j 八工IW a f M./D e f y 。记心町 ：.1S?O.8】CQ：j 彳13,01*3QU 刈QL辛 4:卄,C.l3.CJ3.C.L$t 共1乞CU.+0.28.9.3C,CJ p.!3.CJG_t|十.:!芈U：:匸 申总0三母2.09 年 7列 S列 0.l%0.?5z(：0.80A02LD：6.C+一 C.?9XJ,C+r 半I少C启G：i 严 959.0*：7z0P0 Q 二 的旋流风口风速分布较为均匀，达到了设计预期的速度场要求。图8南区结构风腔各旋流风口出风速度测试结果
23、 4场馆比赛场地速度场实测 2007年9月7日11日，国家空调设备质呈监督检验中心对北京工业大学奥运会羽毛 球场馆比窘大厅内比塞场地的速度场进行了检测。图9是比塞区域（含三个比塞场地）测点布置平面示意图。比塞区域尺寸为 42.3mx21.4m（图中绿线区域），长度方向（42.3m测点之间间隔为6m炭度方向（21.4m）测点之间间隔为3.6m;测试高度选择了 lm、2.5m、4.5m、6.5m和8.5m五个高度。图9 标出了第1列、第4列、第8列测点于五个高度上的速度值。根据国家空调设备质呈监督检验中心的方案,比窘区域气流速度（9m以下）于0.02 0.35m/s之间,平均风速为0.18m/s,
24、测试280个点中，有225个测点满足设计要求,占 总测点的80.4%,基本满足比塞场地地面之上9米内的风速不得大于0.2m/s的速度要求。图9比塞区域速度场测点布萱及其实测结果 二F 二二二一一二 f”J r：7？O：7；.b,U：U 设集团公司倪真贾学斌余振飞摘要北京工业大学的羽毛球场馆是北京年奧运会的新建场馆之壹由于羽毛球比寿场地对风速要求非常高要求地面之上米区域内的风速不大于为此本文利用计算流体力学技术对场馆内设计工况下的气流组计提出了相应的修改方案场实测结果表明比害场地的速度场达到设计要求满足羽毛球比塞场地风速不大于的要求关键词奧运会羽毛球场馆风速气流组织方案优化实施工程简介羽毛球比塞
25、属于小球比窘场馆的空调设计不但要满足温湿速不得大于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窘时将空调系统关掉以防影响比塞北京工业大学羽毛球场馆图是为年北京奥运会而建设的室内体育场主要功能是羽毛球和艺术体操5结论 1)对于座椅下送风的空调送风方式,结构风腔的压力分布特性及具气流流动特性是否合理,对整个比京大厅的气流组织起着至关重要的作用。根据笔者提出的结构风腔改进方案改迸 后的结构风腔能够起到预期的静压箱作用,逬而保证了座椅下各旋流风口送风气流的均匀 性；2)国家空调设备质臺监督检验中心对羽毛球比塞场地速度场的实测结果表明：于空调系统 满负荷运行的条件下,比
26、客场地地面之上9米区域内风速不大于0.2m/s,满足设计要求。而且2007年10月于该场馆举行的好运北京国际羽毛球邀请窘，再次验证了比窘场 地速度场是满足国际比塞要求的。参考文献(1)曹越.体育馆空调制冷设计中的壹些问题介绍国家奧林匹克体育中心综合体育 馆.暖通空调，1991(5):35-38(2)邹声华，李孔清风系统中静压箱特性的硏究及应用.建筑热能空调，2002,5:65-67 设集团公司倪真贾学斌余振飞摘要北京工业大学的羽毛球场馆是北京年奧运会的新建场馆之壹由于羽毛球比寿场地对风速要求非常高要求地面之上米区域内的风速不大于为此本文利用计算流体力学技术对场馆内设计工况下的气流组计提出了相应的修改方案场实测结果表明比害场地的速度场达到设计要求满足羽毛球比塞场地风速不大于的要求关键词奧运会羽毛球场馆风速气流组织方案优化实施工程简介羽毛球比塞属于小球比窘场馆的空调设计不但要满足温湿速不得大于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窘时将空调系统关掉以防影响比塞北京工业大学羽毛球场馆图是为年北京奥运会而建设的室内体育场主要功能是羽毛球和艺术体操