北京工业大大学奥运运会羽毛毛球场馆馆空调气流组组织设计计方案优优化与实实施北京工业大大学 杨杨英霞 陈超超 任任明亮 果海海凤中铁建设集集团有限限公司 倪真 贾学学斌 余振飞飞摘要：北京京工业大大学的羽羽毛球场场馆是北北京20008年年奥运会会的新建建场馆之之一，由由于羽毛毛球比赛赛场地对对风速要要求非常常高，要要求地面面以上99米区域域内的风风速不大大于0.2m/s。为为此，本本文利用用计算流流体力学学技术（CCFD），对对场馆内内设计工工况下的的气流组组织进行行了预测测，根据据计算结结果，对对有可能能影响场场馆内气气流组织织的观众众席座椅椅下的结结构风腔腔内的送送风方式式进行了了优化设设计，提提出了相相应的修修改方案案。现场场实测结结果表明明，比赛赛场地的的速度场场达到设设计要求求，满足足羽毛球球比赛场场地风速速不大于于0.22m/ss的要求求。关键词：奥奥运会羽羽毛球场场馆；00.2mm/s风风速；气气流组织织；方案案优化；实施1 工程概概况羽毛球比赛赛属于小小球比赛赛，场馆馆的空调调设计不不但要满满足温湿湿度的要要求，更更重要的的是必须须满足比比赛场地地对风速要要求。根根据相关关设计规规范及标标准的要要求，比比赛场地地地面以以上9米区域内内，风速速不得大大于0.2m/s11，这就给给空调系系统设计计及其运行提出了了很大的的难题。目前国内内外大多多数羽毛球球场馆的的做法是是，比赛赛时将空空调系统统关掉，以以防影响响比赛。北京工业大大学羽毛毛球场馆馆（图11）是为为20008年北北京奥运运会而建建设的室室内体育育场，主主要功能能是羽毛球球与艺术术体操用用体育馆馆，总建建筑面积积243383mm2，空调调面积2200000m2。比赛大大厅是体体育馆的的核心，包括比赛场地和观众区，观众区围绕比赛场地四周布置，分东、南、西、北四个区域，共设有7508个观众席位，其中固定席位5480个，活动席位2028个。a）场馆外外立面图图 b）场场馆内实实景图1 北京京工业大大学羽毛毛球场馆馆1.1比赛赛大厅空调调设计参参数表1所示的的是比赛赛大厅的的比赛区区和观众众席的空空调设计计参数。表1温、湿湿度设计计参数房间名称夏季冬季温度（）相对湿度（%）温度（）相对湿度（%）比赛区26601830观众席256018301.2空调调方式空调设计方方式为全全空气式式二次回回风系统统，观众众席座椅椅下送风风，上侧侧回风。即即，整个个场馆分分东、南南、西、北北四个区区域，分分别由112台组组合式空空调机组组将处理理好的空空气通过过风道系系统送至至四个区区域观众众席位下下的结构构风腔，利利用结构构风腔的的静压箱箱作用（各各区的结结构风腔腔彼此独独立），并并在结构构风腔上上面的观观众席位位下开设设了91100个个风口，并并利用可可调节旋旋流风口口送风。回回风口设设在场馆馆四周的的中间层层（8.47mm）和上上层（113.003m）。图2为场馆馆内气流流组织设设计示意意图。观众席采用座椅椅下旋流流风口送送风，集集中回风风。比赛场场地空调调通过座座位送风风气流的的涌流，来来达到空空调降温温的目的的。由图图可见，结构风腔设计是否合理，是否真正能起到静压箱的作用，是确保场馆内气流组织达到设计要求的重要影响因素。a）南、北北区观众众席送风风气流组组织示意意图b）东东、西区观众众席送风风气流组组织示意意图图2 比比赛大厅厅气流组组织示意意图2 比赛大大厅气流流组织数数值模拟拟与分析析比赛大厅是是体育馆馆的核心心部分，也也是空调调作用的的重点。而而比赛大厅厅的气流流组织处处理，是是实现大大厅人工工环境要要求的最最主要手手段。为为了考察察空调系系统设计计的气流流组织能能否实现现，本文文利用计计算流体体力学技技术（CCFD），对场馆内设计工况下的气流组织进行了数值计算。并对可能存在的问题进行了分析。2.1数学学物理模模型采用CFDD计算软软件PHHOENNICSS（20006）进进行计算算，湍流模模型采用用标准的的模型。控控制方程程包括连连续性方方程、动动量方程程、能量量方程及及、方程与与式。通用的控制制方程为为：（1）式中，为通通用变量量，代表表，等求解解变量；为密度度；为速速度矢量量；为广广义扩散散系数；为广义义源项。湍流粘性系系数 （2）对控制方程程离散求求解时采采用有限限容积法法，动量量方程采采用交错错网格，扩扩散项的的离散采采用迎风风与中心心相结合合的一阶阶精度混混合格式式(Hyybriid SScheeme)，解方方程的方方法为SSMPLLE 算算法。考虑到比赛赛大厅基基本上是是对称结结构，为为简化计计算，仅仅计算大厅厅的1/4区域域的速度度场、温温度场。计算区域及其物理模型如图3所示。2.2计算算条件（1）按分分层空调调考虑，非非空调区区域（顶顶棚）温温度设为为42，其余余壁面设设为绝热热边界条条件；（2）内部部发热量量（包括括人体、灯灯光）按按计算区区域内的的考虑；（3）旋流流风口送送风均匀匀，每个个旋流风风口送风风量8.22 m3/h，送风温温度200；（4）排风风口设在在顶棚，排排风量为为12440000 m33/h；（5）回风风口分别别布置在在大厅四四周的中中部（88.477m）和上层（113.003m）区域域处，集集中回风风。相对压压力为00.0PPa(设设大气压压P=11000000PPa)。a) 计算算区域平平面示意意图 b) 计计算区域域物理模模型图3 计算算区域示示意图2.3计算算结果分分析 图图4 aa）和bb）所示示的是X=33.4m处处Y-ZZ截面的的速度场场和温度度场分布布。从图图中可以以看出，根根据设计计条件，如如果能保保证观众众席座椅椅下91100个个旋流风风口均匀匀送风，则则能够满满足空调调系统的的设计设设计要求求。即，比赛区域地面以上9m以内区域风速基本可保证小于0.2m/s。比赛区域的温度23左右，观众席区域的温度在2224之间，整个计算区域的平均温度为23.8。 可可以看出出，结构构风腔能能否起到到静压箱箱的作用用，是确确保91100个个旋流风风口均匀匀送风的的重要影影响因素素之一，同同时也是是保证比比赛大厅厅的温度度场和速速度场满满足设计计要求的的关键所所在。a）速度场场 b）温温度场图4 设计计工况XX=333.4mm处Y-Z截面面的速度度场和温温度场3 结构风风腔气流流组织优优化3.1 存存在问题题分析结构风腔作作为静压压箱，其其几何特特性和箱箱体的进进出口特特性是影影响静压压分布均均匀性的的重要因因素。为为此，本本研究选选择较为为复杂的的南区对对应的结结构风腔腔作为分分析对象象。图55a）为为图2aa）中对对应观众众席下结结构风腔腔的X-Y平面面，I-I断面面为对称称面。对对应结构构风腔XX-Y平平面的斜斜上方观观众席上上开设了了大量直直径为=1300mm的的送风口口（图55c）。从从图5可可见，从从送风口口1、22流进结结构风腔腔的空气气流经通通道上，有有几道梁梁柱，且且形状、大大小不一一，这些些结构构构件都导导致了结结构风腔腔气流分分配不均均匀，很很难形成成静压箱箱的作用用，进而而导致各各送风口口送风不不均匀。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。鉴于分析和和数值计计算的预预测结果果，为了了进一步步确认数数值计算算结果，配配合施工工，对整整个南区区结构风风腔内气气流的实实际流动动情况进进行了验验证性检检测。a）平面示示意图 b）II-I剖剖面图5南区结结构风腔腔结构图图图6南区结结构风腔腔速度场场分布3.2 现现场实测测表2是对南南区结构构风腔内内气流的的现场实实测结果果，实测测结果与与上述预预测分析析结果基基本一致致。各区区的风量量分配与与设计所所需要的的风量相相差很大大，区11、区2、区区9的风风量远大大于设计计的风量量，而其其它区的的风量均均小于设设计值。区区1和区区2、区区9距离离送风口口最近，而而其它区区依次远远离送风风口，说说明在空空气在经经送风口口进入结结构风腔腔内后，迅迅速衰减减，气流流没有能能力达到到距离送送风口的的最远端端。需要要将区11和区22及区99的气流流进行诱诱导，使使其能达达到远端端，保证证各区风风量分配配能够达达到设计计要求，使使得各旋旋流风口口送风的的均匀。表2 南南区结构构风腔气气流分配配区域测试风量（mm3/h）各区风量占占总风量量的比例例各区设计风风量（根根据旋流流风口数数量）占占总送风风量的比比例JK4-11送风口口557744区112529922.5%6.5%区230519954.7%19.4%区30027.3%区4619811.1%29.7%区5（1）716712.8%17%区5（2）869218.5%17%区638368.2%29.7%区7659714.0%27.3%区844009.35%19.4%区923491150%6.5%JK4-22送风口口4701663.3结构构风腔气气流组织织设计优优化3.3.11设计方方案改进进与实施施根据现有结结构风腔腔存在的的气流分分配不均均匀，各各送风口口送风量量偏差较较的问题题，本研研究提出出了改善善结构风风腔内部部气流分分布特性性的设计计方案。主主要思路路是，根根据数值值计算及及现场实实测结果果，通过过在结构构风腔内内加设风风管的方方法，重重新分配配结构风风腔内各各区域的的风量及及速度。根据以上对对结构风风腔速度度场的计计算和现现场测试试，利用用CFDD技术对对结构风风腔气流流组织进进行了优优化设计计，提出出了如图图7所示示的优化化方案并并完成了了实施工工作。即即在结构构风腔内内沿气流流方向加加设风管管系统，以以改善结结构风腔腔内的气气流压力力分布，以以保证整整个区域域内的压压力分布布均匀，最最终实现现各旋流流风口的的送风均均匀。图7南区结结构风腔腔空调送送风系统统优化方方案3.3.22实施结结果评估估根据上述优优化方案案对结构构风腔的的送风系系统实施施改造后后，座椅椅下各旋流风风口空气气流动特特性得到到了明显显的改善善。笔者者对实施施改造后后的空气流流动情况况进行了了现场实实测，图8是南区结构构风腔各各旋流风风口位置置示意图图及风速速测试结结果。分分AII共9个个区域（对对应结构构风腔内内的区11区99），每每个区域域在各排排风口上上选一个个代表风风口进行行风速测测试，从从图7的的实测结结果看，各个区域域的旋流流风口风风速分布布较为均均匀，达达到了设设计预期期的速度度场要求求。图8南区结结构风腔腔各旋流流风口出出风速度度测试结结果4 场馆比比赛场地地速度场场实测2007年年9月77日111日，国家空调设备质量监督检验中心对北京工业大学奥运会羽毛球场馆比赛大厅内比赛场地的速度场进行了检测。图9是比