座椅送風熱環境管理論文

導語：座椅送風熱環境管理論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要通過實地測量對某劇場座椅送風作了研究，考察了座椅送風的實際運行情況和相關測點的溫度；同時對人員的熱舒適性進行了問卷調查；給出了座椅送風的一些特點。

關鍵詞座椅送風熱舒適

1引言

座椅送風是近年來在影劇院、會堂及體育場館等固定座位的場所被較多運用的一種送風形式[1]。其送風口和座椅相結合，有的即為座椅的底座，將處理過的空氣直接送入人體就座區，有的風口設置的座椅的背部，一次氣流送入椅背，誘導周圍的空氣后送出。

在底座送風口型的座椅送風中，送風溫度一般低于室內設計溫度2～4℃左右，關以很低的速度送出（一般小于0.5m/s）[2]。由于速度小且溫度低，因此送入空氣不會和室內原有的空氣形成摻混，而是沿地面流動，形成較冷的空氣湖。當遇到熱源（人體）時，空氣被加熱，受浮升力作用，單向向上流動，形成羽狀流動，帶走熱源產生的余熱和余濕，同時帶走污染物，從位于房間較高位置處的排風口排出。因此，座椅送風可以為人員提供良好的空氣質量[3]，是置換通風的一種具體形式。

但由于送風風口的限制，座椅送風風量不會很大，可以承擔的負荷有限，根據國外的研究表明，在辦公室環境中，座椅送風可以提供的最大冷量為40W/m2[4]。當負荷加大時，可以加大通風量，或加大送回風溫差來維持空調要求。然而，如果加大通風量，勢必要提高送風的速度，會使得地面附近的新鮮空氣層加速流動，加之其溫度較低，從而在人的足部產生"吹風感"，當送風速度過大時，甚至會引起較大范圍內與室內空氣的摻混，破壞良好的空氣質量，因此前者不可取。對于后者，隨著送回風溫差的加大，室內的溫度梯度也會隨之加大[5]，而據ISO7730的要求，人體的對熱舒適標準為垂直溫度梯度應小于3℃/m[6]。因此若加大送回風溫差，也可能造成不舒適。對于影劇院、會堂等人員密集的環境，我們對其室內條件，如建筑形式、圍護結構、人員密度，使用時間等影響空調效果的因素了解有限，因此有必要進行現場測試分析，作出相應的分析與評價。

2劇場概況

實測的大劇場總建筑面積為62803m3，總高度為40m。整體建筑包括大劇場、中劇場和小劇場等不同空間，是一個以劇院為中心的現代化綜合性建筑，分為地下2層、中段6層和拱頂2層。其中空調面積為35000m3，以全空氣系統為主。

大劇場共有1800座，池座要用座椅下送風，送風口為圓柱形座椅送風器，直徑140mm，高190mm，其上開有均勻布置的圓孔，開孔率為40%。該風口起到支撐座椅和送風的雙重作用（見圖1）。

圖1圓柱型座椅送風器

3測試過程及說明

本次測試安排在劇院的一次實際演出過程中，演出過程持續了兩個多小時，空調處于正常運行工況。測試內容包括：每個座椅送風口實際風量的測量、觀眾席上不同人員附近的溫度測量、人員熱舒適問卷調查。

風量的測量選擇了一個典型的座椅風口進行，采用熱球風速儀測得風口處送風速度，乘以風口的凈面積，即可算得實際送風量。

溫度的測量是在出風口處、人員的踝部、膝部、臂部、額部分別布置測試自計儀，測量出風及人體敏感部位處的溫度。圖2給出了受試人員周圍的溫度測點布置示意圖，表1則給出了各測點位置離開地面的距離。測試中，共選擇了三名觀眾作為受試人員。由于每名受試人員的放熱有所差別，因此人員附近的溫度也是不同的。

圖2溫度測點布置

測點位置表1

測點編號12345

位置出風踝部膝部臂部額部

熱舒適性調查在演出過程中進行，共分類六個時間點，分別為：（1）入場時、（2）靜坐十分鐘后、（3）靜坐30分鐘后、（4）靜坐一小時后、（5）靜坐1.5小時后、（6）靜坐2小時后（演出結束前）。對這六個階段進行熱舒適性調查，內容包括對整體熱感覺、局部熱感覺有無吹風感和可察覺空氣質量的逐時投票。

4測試結果與分析

4．1風口風速與風量

座椅送風風口為均勻開孔，但上下各排小孔處的風速并不相同，其實測特點為上大下小。最上排小孔處的速度約為0.8m/s，最下排小孔處的風速約為0.2m/s，平均風速為0.4m/s。計算得送風風量為48.23m3/h，和設計風量基本一致。

4．2送風溫度

測試過程中，送風溫度都比較穩定，最大值為19.3℃，最小值19.5℃，平均19.4℃，為設計送風溫度。

4．3受試人員附近溫度分布

（1）受試人員1溫度分布

圖3給出了受試人員1附近的溫度隨時間的變化值。表2給出了受試人員1附近的溫度的平均值。

圖3受試人員1附近的溫度分布

受試人員1附近溫度的平均值表2

受試人員1測驗點12345

平均溫度（℃）19.520.822.523.723.0

從這組數據可以看到，各測點的溫度都比較穩定，溫度的波動在0.8℃以下。從送風口到人員踝部的水平距離中，溫度升高了1.3℃。在置換通風中，空氣溫度隨著高度的增加而上升，吊頂的溫度一般高于其他壁面的溫度并向其他壁面輻射熱量。當室內熱交換達到穩態時，地面將這部分輻射熱量以對流的形式傳給風口送出的冷風，所以地面對出流空氣有加熱的作用[7]。從踝部到膝部0.4m的距離中，溫度升高了1.3℃，從膝部到臂部0.2m的距離中，溫度升高了1.2℃，相反的，從臂部到額部0.5米的距離中，溫度降低了0.7℃。整體溫度升高了3.5℃，其中地面溫升按1.3℃計，則點總溫升的0.37，說明地面對空氣的加熱作用不大。

人臂部到額部的溫度降低，可能是送風時，一部分冷空氣在椅子背部形成向上的氣流，由于這部分氣流不接觸熱源，因此溫度基本沒有升高，當通過頂時，與人體前面的氣流匯合，使得到達額部的溫度有所降低。

根據這種溫度分布的特點，無法對整體氣流的溫度分布進行分析。但是可以看到，溫度梯度在臂部以下還是很大的，以臂部和踝部為例，其溫度梯度達到4.8℃/m。同時，可以計算空氣帶走的冷負荷：

受試人員1，為成年男子，當日著裝為短袖襯衫、長褲和皮鞋。其在室溫25℃時的統計散熱量為67W，座椅送風帶走的熱量稍低于這個數值。

（2）受試人員2溫度分布

圖4給出了受試人員2附近的溫度隨時間的變化值。表3給出了受試人員2附近的溫度的平均值。

圖4受試人員2附近的溫度分布

受試人員2附近溫度的平均值表3

受試人員1測驗點12345

平均溫度（℃）19.321.723.525.023.2

從這組數據中可以看到，地面對空氣的加熱作用較大，約為2.4℃，從踝部到膝部0.4m的距離中，溫度升高了1.8℃，從膝部到臂部0.2的距離中，溫度升高了1.5℃，相反的，從臂部到額部0.5m的距離中，溫度降低了1.8℃。整體溫度升高了3.9℃，地面溫升占總溫升的0.62。

在這個測試人附近，空氣溫度了發生從臂部到額部的溫度降低。因此無法對整體氣流的溫度分布進行分析。其他特點與測試人1的相似，只是溫度變化的幅度加大，相應的溫度梯度也增大了，以臂部和踝部為例，其溫度梯度達到5.5℃/m。同時，可以計算空氣帶走的冷負荷為63W。受試人員2，為成年女子，當日著裝為短袖襯衫，長筒裙和涼鞋。在室溫25℃時的統計散熱量為57W，由座椅送風帶走的熱量比這個數值略高。

（3）受試人員3溫度分布

圖5給出了受試人員3附近的溫度隨時間的變化值。表4給出了受試人員3附近的溫度的平均值。

圖5受試人員3附近的溫度分布

受試人員3附近溫度的平均值表4受試人員1測驗點12345

平均溫度（℃）19.621.024.524.324.2

據測試溫度的曲線來看，測試人員3的測點總體溫度存在起伏，總體穩定。這是因為，測試人3為本次實驗的具體測試人，整個測試過程中，都需要不定期的安排測試和調查，因此其測試數據不能代表一般靜坐的測試人。但可以以時間段20：00～20：35為采樣時間，各測點溫度基本平穩。

從這組數據可以看到，地面對空氣的加熱作用一般，約為1.4℃，從踝部到膝部0.4m的距離中，溫度升高很大3.5℃，從膝部到臂部0.2℃的距離中，溫度下降0.2℃，從臂部到額部0.5m的距離中，溫度降低了0.1℃。整體溫度升高了4.6℃?？諝鈳ё叩睦湄摵蔀?4.5W。受試人員3為成年男子，當日著裝為短袖T恤衫，長褲和皮涼鞋。在室溫25℃時統計散熱量為67W，座椅送風帶走的熱量比這個數值略高。

（4）比較與分析

為了便于比較分析，受試人員1、2、3的特征參數整理如表5：

受試人員的特征參數表5

12345678

測試1

成年男子23.0

(19.5)3.5

(4.8)6

膝一臂3.21.30.3756.8

(67)

測試2

成年女子23.2

(19.3)3.9

(5.5)7.5

膝一臂3.52.40.6263.0

(57)

測試3

成年男子24.2

(19.6)4.6

(4.7)8.8

踝一臂4.21.40.374.5

(67)

其中各項含義如下：

1．測試人序號，代表類型；

2．額部溫度（送風溫度），℃；

3．踝部和額部的溫差，（踝部和臂部的溫差），℃；

4．最大溫度梯度，出現位置，℃/m；

5．踝部和額部的溫度梯度，℃/m；

6．送風到踝部的升溫，℃；

7．地面處溫升所占比例，θf；

8．冷負荷（統計冷負荷），W。

根據各測點溫度變化，整理成右圖6。

圖6受試人員各測點溫度變化比較

根據以上的測試數據圖表，可以得到，在一般靜坐條件下，踝部和額部最大溫差小于4℃，但是最高溫度不是出現在額部。這可能是由于存在自椅背向上的貼附氣流而形成的。地面部分的送風溫升變化很大，占總升溫的0.37～0.62，符合文獻[8]的范圍?？紤]到送風分流問題，只有一部分送風氣流被加熱。則總風量的平均溫升變小，所占總溫升的比例也隨這減小。同時，在測試過程中，溫度最高點不是出現在額部，而是出現在臂部，從而使得從踝部到臂部出現更大的溫度梯度，遠高于標準范圍。但是由于出現的部位一般都有衣服遮擋，因此人員感受的溫差，不是很強烈的冷感，使測試者感到不舒適。

對于有輕微運動的測試人，其溫度分布與靜坐下的有所不同，主要體現在額部與膝部的溫度變化小，由于測試數量的限制，這里只是一個特例，有待于進一步研究。

4．4熱舒適性投票結果與分析

座椅送風熱舒適調查問卷共發出9份，收回有效問卷9份。表6為投票人的序號與其當晚的著衣特點，*表示沒有記錄。

熱舒適投票人的序號及特點表6

序號性別年齡上裝下裝其他備注

1女60長袖單外衣長薄褲涼鞋

2男33短袖襯衫長褲皮鞋受試人員1

3女27短袖襯衫長筒裙涼鞋受試人員2

4男25短袖T恤長褲皮鞋受試人員3

5女51短袖襯衫中長裙皮鞋

6女79短袖襯衫長褲*

7男84短袖襯衫長褲*

8女60短袖襯衫中長裙涼鞋

9女21短袖連衣裙涼鞋

（1）熱感覺投票

熱感覺投票，采用標準PMV熱感覺標尺[9]。

從熱感覺的投票，可以看到，大部人員總體感覺涼爽。在剛入場時感覺適中或微熱，而在經過30min左右，人員的熱感覺基本都達到適中或涼爽，隨著時間的延伸，人員的逐步增加了冷的感覺，而且習慣了這種感覺，在時間為1.5h后，感覺趨于定值，體現為涼爽?？梢钥闯?，對于總體的熱平衡，19.4℃的平均送風溫度是合適的。

（2）局部熱感覺投票

人員的局部熱感覺采用五點方式，對人員的額部，頸部、臂部、膝部和踝部分別進行投票。對于額部的感覺，所有的投票人在整個過程中，都選擇適中，說明額部的感覺是適宜的。對于頸部的感覺，在剛入場時，大部分投票人選擇適中，而在演出進行到30分鐘后，有2位投票人覺得較冷，在1小時后，感到冷，然后適應。這可能是由于分流的送風空氣，直接到達頸部，因此引起了冷感。臂部感覺變化很大，但是沒有投票人感覺熱。膝部和踝部，在入場時，有幾位投票人感覺較冷，其他人感覺適中，在演出中，大家逐漸加重了冷感。可見，由于座椅送風風口離人員較近，送風與室內空氣參混較少，容易在人員座位下方部分產生不舒適。且因為座椅設計的緣故，氣流在椅背處形成貼附直接到達頸部，造成不適。

在所有的投票中，沒有感覺較熱或以上的投票。

（3）吹風感投票

在入場時，7位投票人沒有吹風感，隨著演出進行，其中的三位，有吹風感，但是選擇了能夠接受，其余的人則沒有吹風感，并保持以演出結束。其他兩投票人，選擇了有吹風感，但是較舒服的選項，并且保持到結束。沒有人選擇不能接受。這說明，在設計的風量下，該座椅送風的送風速度是很小的，未造成不良的感覺。

（4）可察覺的空氣質量投票

絕大多數人對于覺察到空氣質量選擇一般，有些投票人在整個過程中，選擇好。沒有其他選擇。這說明，置換通風的空氣質量還是令人滿意的。

5．結論

本次測試對一場演出中座椅送風的送風溫度、人員周圍的溫度分布以及人員熱舒適投票分別作了考察。測試結果表明：

本次測試對一場演出中座椅送風的送風溫度、人員周圍的溫度分布以及人員熱舒適投票分別作了考察。測試結果表明：

（1）該座椅送風系統運行基本良好，且在設計風量和設計送風溫度下能將人體散發的熱量帶走，并提供了較好的空氣品質；

（2）座椅送風的出風受到地面的加熱作用，其溫升占總體溫升的比例變化較大；

（3）座椅送風的出風存在著分流情況，一部分氣流貼附著椅背自下而上進入人員頸部，致使人員有冷感；

（4）由于存在著出風分流，座椅送風的最高溫度不是出現在額部，而是臂部。且從踝部到臂部的溫度梯度比踝部到額部的溫度梯度大，超出了標準范圍。但因為這些部位都有衣服遮擋，因此人員感受的溫差不是很強烈。

（5）座椅送風中的氣流速度都比較小，人員未有吹風感出現。

參考文獻

1范存養，大空間建筑空調設計及工程實錄，北京：中國建筑工業出版社，2001

2KRANTZKOMPONENTEN.Productintroduction.Germany,2001.

3YuguroLi,MatsSandberg,LaszloFuchs.Effectsofthermalradiationonairflowwithdisplacementventilation:anexperimentalinvestigation.Energy&Buildings,1993,Vo1.19.263～274

4A.K.Melikov,J.B.Nielsen.Localthermaldiscomfortduetodraftandverticaltemperaturedifferenceinroomswithdisplacementventilation.ASHRAETransactions,1989,Vo1.95.1050～1057

5ElisabethMundt.Displacementventilationsystems-convectionflowsandtemperaturegradients.BuildingandEnvironment,1995,Vo1.30.129～133

6ISO7730,1993.Moderatethermalenvironments-DeterminationofPMVandPDindicesandspecificationoftheconditionsforthermalcomfort,InternationalStandardOrganization.

7ElisabethMundt.Theperformanceofdisplacementventilationsystem:[Ph.Dthesis].Sweden:RoyalInstituteofTechnology,1996.

8XiaoxiongYuan,QingyanChen,LeonR.Glicksman.Acriticalreviewofdisplacementventilation.ASHRAETransactions,1998,Vo1.104.78～90.

9ASHRAE,1992.ANSI/ASHRAEStandard55-1992.Thermalenvironmentalconditionsforhumanoccupancy.ASHRAE.