尹暢昱 何佩峰

（杭州中聯(lián)筑境建筑設計研究院 杭州 310000）

0 引言

噴霧降溫技術最早應用于農(nóng)業(yè)領域，后來逐步應用于城市降溫，并發(fā)展成為高壓噴霧。該項技術應用于美國、西班牙、日本世博會后，逐漸成為國際上室外降溫新的手段和方法。對于噴霧蒸發(fā)冷卻降溫原理，國內外均有研究，噴霧降溫的實驗室實驗研究及數(shù)值模擬研究表明，噴霧具有一定的降溫能力，并能改善人體舒適度[1]。李成成等回顧了噴霧降溫在國內外室外場所的應用，對比了西安和上海的氣象資料，指出在中等濕度地區(qū)運用噴霧降溫會比氣候濕潤的地區(qū)效果更加明顯[2]。噴霧降溫系統(tǒng)的霧化機理方面，曹建明對噴霧設備噴射與霧化的基本理論和各種噴嘴的特點，包括液體碎裂過程、液滴尺寸分布、液滴尺寸測量、噴嘴及其特點等有詳細研究[3]。在改進噴霧降溫設備方面，黃曉慶等研究了撞擊性霧化噴嘴流量與噴霧壓力的關系，并且比較了不同類型噴嘴組合的噴霧降溫效果[4]。

噴霧降溫措施也有很多實際應用案例，如上海世博會[5]、西安世界園藝博覽會[2,6]、香港迪士尼樂園、杭州國家西溪濕地公園等。

1 噴霧降溫典型案例

上海世博中心中軸線上有一條世博軸，它是連接中國館、世博展覽館等場館的主要通道。世博軸東西寬約100m，南北長約1000m，有6 個直通負二層的采光體，其他區(qū)域上空為PTFE-A 級膜，具有一定的遮陽作用。

現(xiàn)場情況：上海世博會舉辦時間為2010年5月1日至10月31日，考慮到盛夏季節(jié)氣溫在37-38℃甚至更高，尤其在檢票處人員密集，人員排隊停留時間較長，極有可能中暑，需采取適當措施改善該處的室外環(huán)境。

設計分析：根據(jù)實驗結果和日本愛知世博會經(jīng)驗可知，在室外溫度高于30℃，且相對濕度小于70%條件下，噴霧降溫能起較明顯效果。上海世博會舉辦時間為2010年5月1日至10月31日，每天營業(yè)時間8 點-18 點，共計1840h。根據(jù)設計者在運行后檢驗，在1840h 內滿足噴霧降溫使用氣象條件的平均小時數(shù)為370h，即在世博會營業(yè)時間內平均有20%的時間可以使用噴霧降溫措施。

設計區(qū)域：噴霧降溫系統(tǒng)設計在南側檢票入口處約200m（南北向）范圍內，設計面積約20000m2。

設計效果：如圖1、2 所示，世博軸采用噴霧立柱，立柱高約4.5m，最低處噴嘴1.7m，往上每隔0.3m 布置一個噴嘴，共9 個，一根立柱四面均布置，總共36 個。噴霧立柱布置間距11m，呈矩陣布置。

圖1 噴霧立柱示意圖Fig.1 Schematic diagram of spray column

圖2 噴霧立柱布置圖Fig.2 Plan of spray column

2 噴霧降溫系統(tǒng)適用條件

根據(jù)世博軸噴霧降溫的設計經(jīng)驗，以及查閱其他相關論文，適用于用噴霧降溫系統(tǒng)的條件如下：

（1）通風且有遮陽的室外空間；

（2）場館使用時間內滿足“室外氣溫高于30℃且相對濕度在70%以下”的小時數(shù)需較多；

（3）人流量極高，停留時間較長；

（4）噴霧水需達到飲用水標準或更高；

（5）壓力管道的安全性。

3 廈門某會展噴霧降溫系統(tǒng)可行性分析

廈門某會展位于廈門市翔安區(qū)，總建筑面積約101 萬m2，主要分為兩側的東、西登錄廳、中間的的中央廊道，11 個展廳，1 個會議中心以及濱海商業(yè)、倉庫等配建設施。業(yè)主提出能否在項目中應用噴霧降溫系統(tǒng)提升室外空間的舒適度，現(xiàn)根據(jù)前文總結的噴霧降溫系統(tǒng)適用條件進行逐條分析。

3.1 通風且有遮陽的室外空間

項目中比較符合“通風且有遮陽的室外空間”條件的區(qū)域有兩個，一個是中央廊道（如圖3虛線框所示），一個是展廳中間區(qū)域（如圖3點劃線框所示）。

圖3 廈門某會展平面圖Fig.3 Plan of an exhibition in Xiamen

中央通廊高約10m，有玻璃頂，位于建筑群的中央，無法形成對穿風。若噴霧在中央通廊里，可能造成相對濕度過高，反而更不舒適，造成“蒸桑拿”的后果。

小結：目前建筑方案尚沒有完全符合“通風且有遮陽”的室外空間。

圖4 廈門某會展剖面圖Fig.4 Profile of an exhibition in Xiamen

3.2 場館使用時間內滿足“室外氣溫高于30℃且相對濕度在70%以下”的小時數(shù)

查閱廈門2019年全年8760h 的氣象參數(shù)，溫度和相對濕度如圖5、6 所示，發(fā)現(xiàn)廈門全年滿足室外氣溫高于30℃且相對濕度在70%以下的小時數(shù)為763h，占全年時間的8.7%。

圖5 廈門全年逐時溫度Fig.5 Annual hourly temperature in Xiamen

圖6 廈門全年逐時濕度Fig.6 Annual hourly humidity in Xiamen

小結：滿足噴霧降溫氣象條件的全年時長較短。

經(jīng)海量查詢得到當?shù)仡愃祈椖俊獜B門國際會展中心在2019年的全部展覽場次和時間如下表所示，共720h（每天營業(yè)時間按9:00-19:00）。

表1 2019年廈門國際會展中心展覽表Table 1 2019 Xiamen International Convention and Exhibition Center exhibition table

續(xù)表1 2019年廈門國際會展中心展覽表

假設廈門某會展開館后每年的展會頻率參照此數(shù)值，經(jīng)數(shù)據(jù)對比，場館使用時間內滿足“室外氣溫高于30℃且相對濕度在70%以下”的小時數(shù)僅80h，所以2019年會展中心在展會期間僅有11%的時間可以使用噴霧降溫措施。

小結：滿足噴霧降溫氣象條件的展會時長較短。

3.3 人流量

經(jīng)查，上海世博會觀展人次最高值103 萬人/天，最低值15 萬人/天。

廈門某會展人流量參考當?shù)仡愃祈椖俊獜B門國際會展中心。經(jīng)查，開館以來的最高記錄為第十四屆海峽旅游博覽會，3 天21.5 萬人，平均7.2萬人/天，未到上海世博會最低人流量的一半。

上海世博會的安檢入口為世博軸的前200m，該處為“被迫等待區(qū)”，人經(jīng)過該區(qū)域后向各個場館分流，人流密度迅速變小，所以后800m 無需設置噴霧降溫措施。

廈門某會展人員的安檢入口主要在登錄廳，為室內區(qū)域，人員看展主要在展廳，也為室內區(qū)域，中央廊道和展廳中間區(qū)域是登錄廳至展廳的中間過渡區(qū)域，不是“被迫等待區(qū)”，人員停留時間相對較少。

小結：從人流量考慮，不建議做噴霧降溫系統(tǒng)。

3.4 噴霧水的水質

噴嘴噴出的水粒徑會達到16μm，相當于頭發(fā)的萬分之一，已經(jīng)是肉眼幾乎不可見的尺寸。若水粒徑過大，則會濡濕頭發(fā)和地面，對人員造成不舒適。

噴霧會直接吹向人群，可能會被人直接吸入肺部，不能吸入肺部的最小尺寸約為20μm，所以水質必須達到飲用水標準或更高。尤其經(jīng)過今年的新冠疫情，人們對空氣傳播疾病的機理更加了解，對公眾場合的衛(wèi)生品質要求也更高。

為了達到高水質，需要對噴霧降溫系統(tǒng)做一套嚴格的過濾+殺菌系統(tǒng)，且需考慮備用。平時需對機房、水泵、水箱、噴嘴等的維護頻率和等級也需增加，噴霧降溫系統(tǒng)的整體造價和運營成本偏高。

小結：噴霧降溫系統(tǒng)初期投資大，維護工作大。

3.5 壓力管道的安全性

為了噴出的水粒徑達到16μm，系統(tǒng)運行工作壓力需達到6MPa，如果噴嘴質量不達標或維護不當，噴嘴可能會爆裂，內部零件飛出會對人員或建筑造成傷害，噴嘴爆裂后，噴出的高壓水柱也可能會對人員造成二次傷害。為了承受系統(tǒng)6MPa 的運行壓力，水管需采用承壓10MPa 的不銹鋼管，這也會造成系統(tǒng)造價的增加。

小結：從壓力安全性考慮，不建議做噴霧降溫系統(tǒng)。

4 結語

“使用時間短，效果不顯著，有安全隱患，有衛(wèi)生隱患，投資大，維護量大”是廈門某會展采用噴霧降溫的主要不利點。綜上分析，廈門某會展采用噴霧降溫系統(tǒng)的可行性較低，經(jīng)業(yè)主領導綜合考慮后決定，本項目不采用噴霧降溫系統(tǒng)。

噴霧降溫系統(tǒng)對于改善室外局部溫度具有比較好的效果，對于其他地區(qū)的會展類建筑，如有意向使用噴霧降溫技術，可根據(jù)本文總結的適用條件進行可行性分析。

（1）通風且有遮陽的室外空間；

（2）室外氣溫高于30℃且相對濕度在70%以下；

（3）場館使用時間內滿足第2 條的小時數(shù)需較多；

（4）人流量極高，停留時間較長；

（5）噴霧水需達到飲用水標準或更高；

（6）考慮壓力管道的安全性。