宋天珩

同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司

1 概述

會(huì)展建筑在促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面具有重要作用，并能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)聚集、信息傳播、提升城市形象等多重效應(yīng)。會(huì)展事業(yè)的發(fā)展有助于城市吸引投資、文化交流傳播、基礎(chǔ)投資等各個(gè)方面的發(fā)展[1]。

濟(jì)南綠地國際博覽城會(huì)展中心（如圖 1 所示）位于濟(jì)南市黃河以北，新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換先行區(qū)東側(cè)崔寨片區(qū)。青寧高速以南，規(guī)劃道路會(huì)展南路以北，G220 國道東鄭線以東，規(guī)劃道路會(huì)展中路以西。它包含會(huì)展、酒店、辦公、大型購物廣場等多種業(yè)態(tài)，是高水平的規(guī)劃建設(shè)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換區(qū)，打響從大明湖時(shí)代到黃河時(shí)代的第一槍。

圖1 展館建筑效果圖

本項(xiàng)目總用地面積444000 m2，總建筑面積196881 m2。包括1 個(gè)登錄廳，1 個(gè)超大展館，12 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)展館，會(huì)議中心，酒店及停車樓組成。其中每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)展館高13 m，展館寬 56.6 m，長 154 m，凈展面積約 9600 m2。因此需要對(duì)此類高大空間的空調(diào)形式進(jìn)行更 加深入的研究，保證了展館在今后的能夠滿足使用的需求。

2 標(biāo)準(zhǔn)展館空調(diào)送風(fēng)設(shè)計(jì)及計(jì)算

2.1 室內(nèi)、外設(shè)計(jì)參數(shù)

本項(xiàng)目位于山東省濟(jì)南市，屬于寒冷地區(qū)，其室內(nèi)外氣象參數(shù)詳見表1[2]和表2：

表1 室外氣象參數(shù)

表2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 冷熱源及空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程設(shè)置單獨(dú)的冷凍機(jī)房及鍋爐房，滿足夏季空調(diào)制冷和冬季空調(diào)制熱需求。根據(jù)本工程特點(diǎn)及負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，冷凍機(jī)房內(nèi)設(shè)置 6 臺(tái)1800RT 電驅(qū)動(dòng)定頻高壓離心式水冷冷水機(jī)組 +2 臺(tái) 400RT 380V 變頻螺桿式水冷冷水機(jī)組。鍋爐房內(nèi)設(shè)置5 臺(tái)5600 kW 燃?xì)獾偷淠婵諢崴畽C(jī)組。冷水機(jī)組設(shè)計(jì)進(jìn)出水溫度 13/6 ℃，熱水機(jī)組設(shè)計(jì)進(jìn)出水溫度45/60 ℃。冷卻塔設(shè)計(jì)進(jìn)出水溫度37/32 ℃。本項(xiàng)目空調(diào)冷熱水系統(tǒng)采用兩管制異程式?？照{(diào)冷熱水采用二級(jí)泵變流量系統(tǒng)，并根據(jù)使用功能、輸送距離劃分二級(jí)泵環(huán)路。一級(jí)泵定流量，二級(jí)泵變頻調(diào)速變流量控制，根據(jù)各系統(tǒng)末端最不利環(huán)路壓差控制運(yùn)行頻率。

2.3 展館空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 展館空調(diào)設(shè)備及運(yùn)行控制

標(biāo)準(zhǔn)展館采用分層空調(diào)方式，對(duì)展館下部人員活動(dòng)區(qū)域進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)，與全空間空調(diào)方式相比，分層空調(diào)能有效的降低空調(diào)能耗，其空調(diào)負(fù)荷可減少 30% 左右[3-4]。經(jīng)過進(jìn)一步負(fù)荷計(jì)算，展館夏季冷負(fù)荷 2498.3 kW，冬季熱負(fù)荷 16111 kW。展館采用一次回風(fēng)定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)。經(jīng)計(jì)算確定展館總送風(fēng)量為 576000 m3/ h。并將機(jī)房布置在展館兩端的專門的機(jī)房內(nèi)，空調(diào)機(jī)組主要功能段包括混合段、初、中效過濾段、表冷器段及送風(fēng)機(jī)段。另設(shè)全熱型轉(zhuǎn)輪式回收裝置，回收排風(fēng)中的冷、熱量?？紤]展館人員密度變化大，對(duì)展館內(nèi)的 CO2濃度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)污染物濃度超標(biāo)實(shí)時(shí)報(bào)警，并與新回風(fēng)閥門開度聯(lián)動(dòng)[5]?？照{(diào)機(jī)組根據(jù)送風(fēng)溫度,調(diào)節(jié)機(jī)組回水管上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,以維持室溫不變。送風(fēng)機(jī)根據(jù)回風(fēng)溫度變頻，新風(fēng)設(shè)置可調(diào)新風(fēng)比功能，新風(fēng)量根據(jù)室內(nèi)外焓差及室內(nèi)二氧化碳濃度進(jìn)行控制。且在過渡季節(jié)，全空氣系統(tǒng)最大可按 70%新風(fēng)比運(yùn)行，排風(fēng)量根據(jù)室內(nèi)外空氣壓差進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3.2 展館側(cè)送噴口布置

標(biāo)準(zhǔn)展館夏季送風(fēng)口布置在展館長邊兩側(cè)，回風(fēng)口布置在展館兩端側(cè)墻位置。送風(fēng)口采用噴口，風(fēng)口布置上下兩層。近端送風(fēng)口38 個(gè)，遠(yuǎn)端送風(fēng)口38 個(gè)。經(jīng)過相關(guān)選型計(jì)算（參考文獻(xiàn)南京會(huì)展），遠(yuǎn)端噴口中心高度9.4 m，每個(gè)送風(fēng)口的風(fēng)量為 4500 m3/ h，噴口規(guī)格 D600，出口直徑?1=403 mm。近端噴口中心高度 7.9 m，每個(gè)送風(fēng)口風(fēng)量為 3075 m3/ h，噴口規(guī)格 D600，出口直徑?1=403 mm（如圖2 所示）。送風(fēng)口的送風(fēng)角度初步按照如下考慮：夏季遠(yuǎn)端送風(fēng)口與水平方向夾角為0°，近端送風(fēng)口向下傾角為45°。冬季遠(yuǎn)端送風(fēng)口向下傾角為20°，近端送風(fēng)口向下傾角為 65°。同時(shí)為降低冬季展館頂部熱空氣堆積，保證冬季展館送風(fēng)效果，盡可能破壞展館空間的熱分層現(xiàn)象，在展館頂部吊裝增加36 臺(tái)內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)送風(fēng)量 2400 m3/ h，風(fēng)機(jī)下部送風(fēng)、上部回風(fēng)，送風(fēng)口安裝高度 12 m。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)展館氣流示意圖

3 CFD 模擬驗(yàn)證

3.1 物理模型及邊界條件。

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)展館進(jìn)行物理模型的建立，展館長寬 56.6 m，長 154 m，展館高度為13 m。遠(yuǎn)端噴口中心高度 9.4 m，每個(gè)噴口風(fēng)量為 4500 m3/ h，出口直徑?1=403mm。近端噴口中心高度7.9 m，每個(gè)送風(fēng)口風(fēng)量為3075 m3/ h，出口直徑?1=403 mm。同時(shí)為了更加真實(shí)的反映會(huì)展內(nèi)的氣流組織，在展館內(nèi)布置不同規(guī)格的展臺(tái)，高度約 6 m 高。

夏季工況中：夏季端送風(fēng)口與水平方向夾角為0°，近端送風(fēng)口向下傾角為45°，夏季送風(fēng)溫度為17.7 ℃，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為 26 ℃。夏季室內(nèi)冷負(fù)荷 1835 kW，作為恒定熱流條件，設(shè)置在展館的外墻、屋面及地面，回風(fēng)口為壓力出口邊界條件[6]。

冬季工況中：冬季遠(yuǎn)端送風(fēng)口向下傾角為20°，近端送風(fēng)口向下傾角為 65°，冬季送風(fēng)溫度為 28 ℃，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為 18 ℃。冬季室內(nèi)熱負(fù)荷 1214kW，作為恒定熱流條件，設(shè)置在展館的外墻，屋面及地面，回風(fēng)口為壓力出口邊界條件。同時(shí)在展館吊裝增加 36 臺(tái)內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)送風(fēng)量 2400 m3/h，風(fēng)機(jī)下部送風(fēng)、上部回風(fēng)，送風(fēng)口安裝高度12 m。如圖3 所示：

圖3 展館物理模型及邊界示意圖

該展館共生成非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格 255 萬，采用K-ε雙方程湍流模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算，同時(shí)速度項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式。

3.2 夏季工況模擬結(jié)果

在夏季工況下，沿展館橫向上位置的送風(fēng)速度場和溫度場如圖4 和圖5 所示。

圖4 展館橫向位置夏季速度場模擬結(jié)果

圖5 展館橫向位置夏季溫度場模擬結(jié)果

從速度結(jié)果可以看出，夏季雙層噴口可以對(duì)展館中央及兩側(cè)的空間進(jìn)行送風(fēng)。從溫度結(jié)果可以看出展館沿高度方向存在明顯的溫度分層現(xiàn)象，并且人員活動(dòng)區(qū)域的溫度在26 ℃左右，熱空氣主要堆積在屋頂，溫度在34～40 ℃。這可以說明采用分層空調(diào)對(duì)高大空間具有明顯的節(jié)能效果。

取展館2.0 m 高處的截面，研究整個(gè)展館的送風(fēng)速度場及溫度場，如圖6 和圖7 所示：

圖6 展館2.0 m 高夏季速度場模擬結(jié)果

圖7 展館2.0 m 高夏季溫度場模擬結(jié)果

從2.0 m 高處展館的送風(fēng)速度場可以看出，人員活動(dòng)區(qū)域的風(fēng)速在0.25 m/s 左右，滿足該區(qū)域的風(fēng)速要求。同時(shí)該位置溫度在26 ℃左右，由于展臺(tái)的遮擋，兩側(cè)溫度偏低，實(shí)際辦展過程中，兩側(cè)的人員活動(dòng)可以增加氣流擾動(dòng)，使得該處位置溫度更加均勻，接近設(shè)計(jì)溫度26 ℃。

3.3 冬季工況模擬結(jié)果

在冬季工況下，沿展館橫向上送風(fēng)速度場和溫度場如圖8、9 所示：

圖8 展館橫向位置冬季速度場模擬結(jié)果

圖9 展館橫向位置冬季溫度場模擬結(jié)果

冬季由于送風(fēng)溫度高于室內(nèi)溫度，送風(fēng)氣流最終均向上偏移，人員活動(dòng)區(qū)域的風(fēng)速在0.25 m/s 左右，同時(shí)溫度在18 ℃左右。所以該送風(fēng)方式可以滿足冬季人員活動(dòng)區(qū)域的溫度要求。

取展館2.0 m 高處的截面，研究整個(gè)展館的送風(fēng)速度場及溫度場，如圖 10 和圖11：

圖10 展館2.0 m 高冬季速度場模擬結(jié)果

圖11 展館2.0 m 高冬季溫度場模擬結(jié)果

從2.0 m 高處展館的送風(fēng)速度場可以看出，冬季人員活動(dòng)區(qū)域的風(fēng)速在0.25 m/s 左右，滿足該區(qū)域的風(fēng)速要求。同時(shí)該位置溫度在18 ℃左右，由于展臺(tái)的遮擋，兩側(cè)溫度偏高，風(fēng)速偏高。實(shí)際辦展過程中，兩側(cè)的人員活動(dòng)可以增加氣流擾動(dòng)，使得該處位置溫度更加均勻，接近設(shè)計(jì)溫度18 ℃。

從圖 12 中可以看出，冬季在展館頂部 12 m 高設(shè)置的增加空氣擾動(dòng)的風(fēng)機(jī)，能夠有效的將冬季堆積在屋頂?shù)臒峥諝庵匦滤腿缯桂^下部人員活動(dòng)區(qū)域。可以降低冬季的熱分層效應(yīng)，使下部人員活動(dòng)區(qū)域滿足室溫要求。

圖12 展館縱向冬季速度場模擬結(jié)果

4 結(jié)論

本文對(duì)于高大空間的展館，首先設(shè)計(jì)采用側(cè)送風(fēng)分從空調(diào)方式，在展館兩側(cè)使用雙層噴口側(cè)送風(fēng)，并確定相關(guān)送風(fēng)風(fēng)量及送風(fēng)口位置。通過計(jì)算模擬發(fā)現(xiàn)，夏季空調(diào)可僅對(duì)展館下部人員活動(dòng)區(qū)域進(jìn)行空氣處理，有效的降低整個(gè)展館空調(diào)冷負(fù)荷。冬季為了降低展館上部空間的熱量堆積，一方面將噴口角度向下傾斜，同時(shí)在展館頂部設(shè)置增加空氣擾動(dòng)的送風(fēng)風(fēng)機(jī)，進(jìn)而減弱冬季展館的熱分層現(xiàn)象，使人員活動(dòng)區(qū)域滿足室內(nèi)溫度要求。進(jìn)一步證明了該展館空調(diào)送風(fēng)方式的可靠性。