座椅送風(fēng)熱環(huán)境管理論文

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摘要通過實(shí)地測(cè)量對(duì)某劇場(chǎng)座椅送風(fēng)作了研究，考察了座椅送風(fēng)的實(shí)際運(yùn)行情況和相關(guān)測(cè)點(diǎn)的溫度；同時(shí)對(duì)人員的熱舒適性進(jìn)行了問卷調(diào)查；給出了座椅送風(fēng)的一些特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞座椅送風(fēng)熱舒適

1引言

座椅送風(fēng)是近年來在影劇院、會(huì)堂及體育場(chǎng)館等固定座位的場(chǎng)所被較多運(yùn)用的一種送風(fēng)形式[1]。其送風(fēng)口和座椅相結(jié)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(qū)，有的風(fēng)口設(shè)置的座椅的背部，一次氣流送入椅背，誘導(dǎo)周圍的空氣后送出。

在底座送風(fēng)口型的座椅送風(fēng)中，送風(fēng)溫度一般低于室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度2～4℃左右，關(guān)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(huì)和室內(nèi)原有的空氣形成摻混，而是沿地面流動(dòng)，形成較冷的空氣湖。當(dāng)遇到熱源（人體）時(shí)，空氣被加熱，受浮升力作用，單向向上流動(dòng)，形成羽狀流動(dòng)，帶走熱源產(chǎn)生的余熱和余濕，同時(shí)帶走污染物，從位于房間較高位置處的排風(fēng)口排出。因此，座椅送風(fēng)可以為人員提供良好的空氣質(zhì)量[3]，是置換通風(fēng)的一種具體形式。

但由于送風(fēng)風(fēng)口的限制，座椅送風(fēng)風(fēng)量不會(huì)很大，可以承擔(dān)的負(fù)荷有限，根據(jù)國外的研究表明，在辦公室環(huán)境中，座椅送風(fēng)可以提供的最大冷量為40W/m2[4]。當(dāng)負(fù)荷加大時(shí)，可以加大通風(fēng)量，或加大送回風(fēng)溫差來維持空調(diào)要求。然而，如果加大通風(fēng)量，勢(shì)必要提高送風(fēng)的速度，會(huì)使得地面附近的新鮮空氣層加速流動(dòng)，加之其溫度較低，從而在人的足部產(chǎn)生"吹風(fēng)感"，當(dāng)送風(fēng)速度過大時(shí)，甚至?xí)疠^大范圍內(nèi)與室內(nèi)空氣的摻混，破壞良好的空氣質(zhì)量，因此前者不可取。對(duì)于后者，隨著送回風(fēng)溫差的加大，室內(nèi)的溫度梯度也會(huì)隨之加大[5]，而據(jù)ISO7730的要求，人體的對(duì)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)為垂直溫度梯度應(yīng)小于3℃/m[6]。因此若加大送回風(fēng)溫差，也可能造成不舒適。對(duì)于影劇院、會(huì)堂等人員密集的環(huán)境，我們對(duì)其室內(nèi)條件，如建筑形式、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、人員密度，使用時(shí)間等影響空調(diào)效果的因素了解有限，因此有必要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析，作出相應(yīng)的分析與評(píng)價(jià)。

2劇場(chǎng)概況

實(shí)測(cè)的大劇場(chǎng)總建筑面積為62803m3，總高度為40m。整體建筑包括大劇場(chǎng)、中劇場(chǎng)和小劇場(chǎng)等不同空間，是一個(gè)以劇院為中心的現(xiàn)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(diào)面積為35000m3，以全空氣系統(tǒng)為主。

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

圖1圓柱型座椅送風(fēng)器

3測(cè)試過程及說明

本次測(cè)試安排在劇院的一次實(shí)際演出過程中，演出過程持續(xù)了兩個(gè)多小時(shí)，空調(diào)處于正常運(yùn)行工況。測(cè)試內(nèi)容包括：每個(gè)座椅送風(fēng)口實(shí)際風(fēng)量的測(cè)量、觀眾席上不同人員附近的溫度測(cè)量、人員熱舒適問卷調(diào)查。

風(fēng)量的測(cè)量選擇了一個(gè)典型的座椅風(fēng)口進(jìn)行，采用熱球風(fēng)速儀測(cè)得風(fēng)口處送風(fēng)速度，乘以風(fēng)口的凈面積，即可算得實(shí)際送風(fēng)量。

溫度的測(cè)量是在出風(fēng)口處、人員的踝部、膝部、臂部、額部分別布置測(cè)試自計(jì)儀，測(cè)量出風(fēng)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(cè)點(diǎn)布置示意圖，表1則給出了各測(cè)點(diǎn)位置離開地面的距離。測(cè)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(cè)點(diǎn)布置

測(cè)點(diǎn)位置表1

測(cè)點(diǎn)編號(hào)12345

位置出風(fēng)踝部膝部臂部額部

熱舒適性調(diào)查在演出過程中進(jìn)行，共分類六個(gè)時(shí)間點(diǎn)，分別為：（1）入場(chǎng)時(shí)、（2）靜坐十分鐘后、（3）靜坐30分鐘后、（4）靜坐一小時(shí)后、（5）靜坐1.5小時(shí)后、（6）靜坐2小時(shí)后（演出結(jié)束前）。對(duì)這六個(gè)階段進(jìn)行熱舒適性調(diào)查，內(nèi)容包括對(duì)整體熱感覺、局部熱感覺有無吹風(fēng)感和可察覺空氣質(zhì)量的逐時(shí)投票。

4測(cè)試結(jié)果與分析

4．1風(fēng)口風(fēng)速與風(fēng)量

座椅送風(fēng)風(fēng)口為均勻開孔，但上下各排小孔處的風(fēng)速并不相同，其實(shí)測(cè)特點(diǎn)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(fēng)速約為0.2m/s，平均風(fēng)速為0.4m/s。計(jì)算得送風(fēng)風(fēng)量為48.23m3/h，和設(shè)計(jì)風(fēng)量基本一致。

4．2送風(fēng)溫度

測(cè)試過程中，送風(fēng)溫度都比較穩(wěn)定，最大值為19.3℃，最小值19.5℃，平均19.4℃，為設(shè)計(jì)送風(fēng)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(shí)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(cè)驗(yàn)點(diǎn)12345

平均溫度（℃）19.520.822.523.723.0

從這組數(shù)據(jù)可以看到，各測(cè)點(diǎn)的溫度都比較穩(wěn)定，溫度的波動(dòng)在0.8℃以下。從送風(fēng)口到人員踝部的水平距離中，溫度升高了1.3℃。在置換通風(fēng)中，空氣溫度隨著高度的增加而上升，吊頂?shù)臏囟纫话愀哂谄渌诿娴臏囟炔⑾蚱渌诿孑椛錈崃?。?dāng)室內(nèi)熱交換達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，地面將這部分輻射熱量以對(duì)流的形式傳給風(fēng)口送出的冷風(fēng)，所以地面對(duì)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(jì)，則點(diǎn)總溫升的0.37，說明地面對(duì)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(fēng)時(shí)，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(dāng)通過頂時(shí)，與人體前面的氣流匯合，使得到達(dá)額部的溫度有所降低。

根據(jù)這種溫度分布的特點(diǎn)，無法對(duì)整體氣流的溫度分布進(jìn)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(dá)到4.8℃/m。同時(shí)，可以計(jì)算空氣帶走的冷負(fù)荷：

受試人員1，為成年男子，當(dāng)日著裝為短袖襯衫、長(zhǎng)褲和皮鞋。其在室溫25℃時(shí)的統(tǒng)計(jì)散熱量為67W，座椅送風(fēng)帶走的熱量稍低于這個(gè)數(shù)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(shí)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(cè)驗(yàn)點(diǎn)12345

平均溫度（℃）19.321.723.525.023.2

從這組數(shù)據(jù)中可以看到，地面對(duì)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(gè)測(cè)試人附近，空氣溫度了發(fā)生從臂部到額部的溫度降低。因此無法對(duì)整體氣流的溫度分布進(jìn)行分析。其他特點(diǎn)與測(cè)試人1的相似，只是溫度變化的幅度加大，相應(yīng)的溫度梯度也增大了，以臂部和踝部為例，其溫度梯度達(dá)到5.5℃/m。同時(shí)，可以計(jì)算空氣帶走的冷負(fù)荷為63W。受試人員2，為成年女子，當(dāng)日著裝為短袖襯衫，長(zhǎng)筒裙和涼鞋。在室溫25℃時(shí)的統(tǒng)計(jì)散熱量為57W，由座椅送風(fēng)帶走的熱量比這個(gè)數(shù)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(shí)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(cè)驗(yàn)點(diǎn)12345

平均溫度（℃）19.621.024.524.324.2

據(jù)測(cè)試溫度的曲線來看，測(cè)試人員3的測(cè)點(diǎn)總體溫度存在起伏，總體穩(wěn)定。這是因?yàn)?，測(cè)試人3為本次實(shí)驗(yàn)的具體測(cè)試人，整個(gè)測(cè)試過程中，都需要不定期的安排測(cè)試和調(diào)查，因此其測(cè)試數(shù)據(jù)不能代表一般靜坐的測(cè)試人。但可以以時(shí)間段20：00～20：35為采樣時(shí)間，各測(cè)點(diǎn)溫度基本平穩(wěn)。

從這組數(shù)據(jù)可以看到，地面對(duì)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℃。空氣帶走的冷負(fù)荷為74.5W。受試人員3為成年男子，當(dāng)日著裝為短袖T恤衫，長(zhǎng)褲和皮涼鞋。在室溫25℃時(shí)統(tǒng)計(jì)散熱量為67W，座椅送風(fēng)帶走的熱量比這個(gè)數(shù)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(shù)整理如表5：

受試人員的特征參數(shù)表5

12345678

測(cè)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(cè)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(cè)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(xiàng)含義如下：

1．測(cè)試人序號(hào)，代表類型；

2．額部溫度（送風(fēng)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(xiàn)位置，℃/m；

5．踝部和額部的溫度梯度，℃/m；

6．送風(fēng)到踝部的升溫，℃；

7．地面處溫升所占比例，θf；

8．冷負(fù)荷（統(tǒng)計(jì)冷負(fù)荷），W。

根據(jù)各測(cè)點(diǎn)溫度變化，整理成右圖6。

圖6受試人員各測(cè)點(diǎn)溫度變化比較

根據(jù)以上的測(cè)試數(shù)據(jù)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(xiàn)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(fēng)溫升變化很大，占總升溫的0.37～0.62，符合文獻(xiàn)[8]的范圍?？紤]到送風(fēng)分流問題，只有一部分送風(fēng)氣流被加熱。則總風(fēng)量的平均溫升變小，所占總溫升的比例也隨這減小。同時(shí)，在測(cè)試過程中，溫度最高點(diǎn)不是出現(xiàn)在額部，而是出現(xiàn)在臂部，從而使得從踝部到臂部出現(xiàn)更大的溫度梯度，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)范圍。但是由于出現(xiàn)的部位一般都有衣服遮擋，因此人員感受的溫差，不是很強(qiáng)烈的冷感，使測(cè)試者感到不舒適。

對(duì)于有輕微運(yùn)動(dòng)的測(cè)試人，其溫度分布與靜坐下的有所不同，主要體現(xiàn)在額部與膝部的溫度變化小，由于測(cè)試數(shù)量的限制，這里只是一個(gè)特例，有待于進(jìn)一步研究。

4．4熱舒適性投票結(jié)果與分析

座椅送風(fēng)熱舒適調(diào)查問卷共發(fā)出9份，收回有效問卷9份。表6為投票人的序號(hào)與其當(dāng)晚的著衣特點(diǎn)，*表示沒有記錄。

熱舒適投票人的序號(hào)及特點(diǎn)表6

序號(hào)性別年齡上裝下裝其他備注

1女60長(zhǎng)袖單外衣長(zhǎng)薄褲涼鞋

2男33短袖襯衫長(zhǎng)褲皮鞋受試人員1

3女27短袖襯衫長(zhǎng)筒裙涼鞋受試人員2

4男25短袖T恤長(zhǎng)褲皮鞋受試人員3

5女51短袖襯衫中長(zhǎng)裙皮鞋

6女79短袖襯衫長(zhǎng)褲*

7男84短袖襯衫長(zhǎng)褲*

8女60短袖襯衫中長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)PMV熱感覺標(biāo)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?cè)雸?chǎng)時(shí)感覺適中或微熱，而在經(jīng)過30min左右，人員的熱感覺基本都達(dá)到適中或涼爽，隨著時(shí)間的延伸，人員的逐步增加了冷的感覺，而且習(xí)慣了這種感覺，在時(shí)間為1.5h后，感覺趨于定值，體現(xiàn)為涼爽?？梢钥闯?，對(duì)于總體的熱平衡，19.4℃的平均送風(fēng)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(diǎn)方式，對(duì)人員的額部，頸部、臂部、膝部和踝部分別進(jìn)行投票。對(duì)于額部的感覺，所有的投票人在整個(gè)過程中，都選擇適中，說明額部的感覺是適宜的。對(duì)于頸部的感覺，在剛?cè)雸?chǎng)時(shí)，大部分投票人選擇適中，而在演出進(jìn)行到30分鐘后，有2位投票人覺得較冷，在1小時(shí)后，感到冷，然后適應(yīng)。這可能是由于分流的送風(fēng)空氣，直接到達(dá)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(chǎng)時(shí)，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?？梢?，由于座椅送風(fēng)風(fēng)口離人員較近，送風(fēng)與室內(nèi)空氣參混較少，容易在人員座位下方部分產(chǎn)生不舒適。且因?yàn)樽卧O(shè)計(jì)的緣故，氣流在椅背處形成貼附直接到達(dá)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(fēng)感投票

在入場(chǎng)時(shí)，7位投票人沒有吹風(fēng)感，隨著演出進(jìn)行，其中的三位，有吹風(fēng)感，但是選擇了能夠接受，其余的人則沒有吹風(fēng)感，并保持以演出結(jié)束。其他兩投票人，選擇了有吹風(fēng)感，但是較舒服的選項(xiàng)，并且保持到結(jié)束。沒有人選擇不能接受。這說明，在設(shè)計(jì)的風(fēng)量下，該座椅送風(fēng)的送風(fēng)速度是很小的，未造成不良的感覺。

（4）可察覺的空氣質(zhì)量投票

絕大多數(shù)人對(duì)于覺察到空氣質(zhì)量選擇一般，有些投票人在整個(gè)過程中，選擇好。沒有其他選擇。這說明，置換通風(fēng)的空氣質(zhì)量還是令人滿意的。

5．結(jié)論

本次測(cè)試對(duì)一場(chǎng)演出中座椅送風(fēng)的送風(fēng)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(cè)試結(jié)果表明：

本次測(cè)試對(duì)一場(chǎng)演出中座椅送風(fēng)的送風(fēng)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(cè)試結(jié)果表明：

（1）該座椅送風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行基本良好，且在設(shè)計(jì)風(fēng)量和設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度下能將人體散發(fā)的熱量帶走，并提供了較好的空氣品質(zhì)；

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

（4）由于存在著出風(fēng)分流，座椅送風(fēng)的最高溫度不是出現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)范圍。但因?yàn)檫@些部位都有衣服遮擋，因此人員感受的溫差不是很強(qiáng)烈。

（5）座椅送風(fēng)中的氣流速度都比較小，人員未有吹風(fēng)感出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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