座椅送风热环境管理论文

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摘要通过实地测量对某剧场座椅送风作了研究，考察了座椅送风的实际运行情况和相关测点的温度；同时对人员的热舒适性进行了问卷调查；给出了座椅送风的一些特点。

关键词座椅送风热舒适

1引言

座椅送风是近年来在影剧院、会堂及体育场馆等固定座位的场所被较多运用的一种送风形式[1]。其送风口和座椅相结合，有的即为座椅的底座，将处理过的空气直接送入人体就座区，有的风口设置的座椅的背部，一次气流送入椅背，诱导周围的空气后送出。

在底座送风口型的座椅送风中，送风温度一般低于室内设计温度2～4℃左右，关以很低的速度送出（一般小于0.5m/s）[2]。由于速度小且温度低，因此送入空气不会和室内原有的空气形成掺混，而是沿地面流动，形成较冷的空气湖。当遇到热源（人体）时，空气被加热，受浮升力作用，单向向上流动，形成羽状流动，带走热源产生的余热和余湿，同时带走污染物，从位于房间较高位置处的排风口排出。因此，座椅送风可以为人员提供良好的空气质量[3]，是置换通风的一种具体形式。

但由于送风风口的限制，座椅送风风量不会很大，可以承担的负荷有限，根据国外的研究表明，在办公室环境中，座椅送风可以提供的最大冷量为40W/m2[4]。当负荷加大时，可以加大通风量，或加大送回风温差来维持空调要求。然而，如果加大通风量，势必要提高送风的速度，会使得地面附近的新鲜空气层加速流动，加之其温度较低，从而在人的足部产生"吹风感"，当送风速度过大时，甚至会引起较大范围内与室内空气的掺混，破坏良好的空气质量，因此前者不可取。对于后者，随着送回风温差的加大，室内的温度梯度也会随之加大[5]，而据ISO7730的要求，人体的对热舒适标准为垂直温度梯度应小于3℃/m[6]。因此若加大送回风温差，也可能造成不舒适。对于影剧院、会堂等人员密集的环境，我们对其室内条件，如建筑形式、围护结构、人员密度，使用时间等影响空调效果的因素了解有限，因此有必要进行现场测试分析，作出相应的分析与评价。

2剧场概况

实测的大剧场总建筑面积为62803m3，总高度为40m。整体建筑包括大剧场、中剧场和小剧场等不同空间，是一个以剧院为中心的现代化综合性建筑，分为地下2层、中段6层和拱顶2层。其中空调面积为35000m3，以全空气系统为主。

大剧场共有1800座，池座要用座椅下送风，送风口为圆柱形座椅送风器，直径140mm，高190mm，其上开有均匀布置的圆孔，开孔率为40%。该风口起到支撑座椅和送风的双重作用（见图1）。

图1圆柱型座椅送风器

3测试过程及说明

本次测试安排在剧院的一次实际演出过程中，演出过程持续了两个多小时，空调处于正常运行工况。测试内容包括：每个座椅送风口实际风量的测量、观众席上不同人员附近的温度测量、人员热舒适问卷调查。

风量的测量选择了一个典型的座椅风口进行，采用热球风速仪测得风口处送风速度，乘以风口的净面积，即可算得实际送风量。

温度的测量是在出风口处、人员的踝部、膝部、臂部、额部分别布置测试自计仪，测量出风及人体敏感部位处的温度。图2给出了受试人员周围的温度测点布置示意图，表1则给出了各测点位置离开地面的距离。测试中，共选择了三名观众作为受试人员。由于每名受试人员的放热有所差别，因此人员附近的温度也是不同的。

图2温度测点布置

测点位置表1

测点编号12345

位置出风踝部膝部臂部额部

热舒适性调查在演出过程中进行，共分类六个时间点，分别为：（1）入场时、（2）静坐十分钟后、（3）静坐30分钟后、（4）静坐一小时后、（5）静坐1.5小时后、（6）静坐2小时后（演出结束前）。对这六个阶段进行热舒适性调查，内容包括对整体热感觉、局部热感觉有无吹风感和可察觉空气质量的逐时投票。

4测试结果与分析

4．1风口风速与风量

座椅送风风口为均匀开孔，但上下各排小孔处的风速并不相同，其实测特点为上大下小。最上排小孔处的速度约为0.8m/s，最下排小孔处的风速约为0.2m/s，平均风速为0.4m/s。计算得送风风量为48.23m3/h，和设计风量基本一致。

4．2送风温度

测试过程中，送风温度都比较稳定，最大值为19.3℃，最小值19.5℃，平均19.4℃，为设计送风温度。

4．3受试人员附近温度分布

（1）受试人员1温度分布

图3给出了受试人员1附近的温度随时间的变化值。表2给出了受试人员1附近的温度的平均值。

图3受试人员1附近的温度分布

受试人员1附近温度的平均值表2

受试人员1测验点12345

平均温度（℃）19.520.822.523.723.0

从这组数据可以看到，各测点的温度都比较稳定，温度的波动在0.8℃以下。从送风口到人员踝部的水平距离中，温度升高了1.3℃。在置换通风中，空气温度随着高度的增加而上升，吊顶的温度一般高于其他壁面的温度并向其他壁面辐射热量。当室内热交换达到稳态时，地面将这部分辐射热量以对流的形式传给风口送出的冷风，所以地面对出流空气有加热的作用[7]。从踝部到膝部0.4m的距离中，温度升高了1.3℃，从膝部到臂部0.2m的距离中，温度升高了1.2℃，相反的，从臂部到额部0.5米的距离中，温度降低了0.7℃。整体温度升高了3.5℃，其中地面温升按1.3℃计，则点总温升的0.37，说明地面对空气的加热作用不大。

人臂部到额部的温度降低，可能是送风时，一部分冷空气在椅子背部形成向上的气流，由于这部分气流不接触热源，因此温度基本没有升高，当通过顶时，与人体前面的气流汇合，使得到达额部的温度有所降低。

根据这种温度分布的特点，无法对整体气流的温度分布进行分析。但是可以看到，温度梯度在臂部以下还是很大的，以臂部和踝部为例，其温度梯度达到4.8℃/m。同时，可以计算空气带走的冷负荷：

受试人员1，为成年男子，当日着装为短袖衬衫、长裤和皮鞋。其在室温25℃时的统计散热量为67W，座椅送风带走的热量稍低于这个数值。

（2）受试人员2温度分布

图4给出了受试人员2附近的温度随时间的变化值。表3给出了受试人员2附近的温度的平均值。

图4受试人员2附近的温度分布

受试人员2附近温度的平均值表3

受试人员1测验点12345

平均温度（℃）19.321.723.525.023.2

从这组数据中可以看到，地面对空气的加热作用较大，约为2.4℃，从踝部到膝部0.4m的距离中，温度升高了1.8℃，从膝部到臂部0.2的距离中，温度升高了1.5℃，相反的，从臂部到额部0.5m的距离中，温度降低了1.8℃。整体温度升高了3.9℃，地面温升占总温升的0.62。

在这个测试人附近，空气温度了发生从臂部到额部的温度降低。因此无法对整体气流的温度分布进行分析。其他特点与测试人1的相似，只是温度变化的幅度加大，相应的温度梯度也增大了，以臂部和踝部为例，其温度梯度达到5.5℃/m。同时，可以计算空气带走的冷负荷为63W。受试人员2，为成年女子，当日着装为短袖衬衫，长筒裙和凉鞋。在室温25℃时的统计散热量为57W，由座椅送风带走的热量比这个数值略高。

（3）受试人员3温度分布

图5给出了受试人员3附近的温度随时间的变化值。表4给出了受试人员3附近的温度的平均值。

图5受试人员3附近的温度分布

受试人员3附近温度的平均值表4受试人员1测验点12345

平均温度（℃）19.621.024.524.324.2

据测试温度的曲线来看，测试人员3的测点总体温度存在起伏，总体稳定。这是因为，测试人3为本次实验的具体测试人，整个测试过程中，都需要不定期的安排测试和调查，因此其测试数据不能代表一般静坐的测试人。但可以以时间段20：00～20：35为采样时间，各测点温度基本平稳。

从这组数据可以看到，地面对空气的加热作用一般，约为1.4℃，从踝部到膝部0.4m的距离中，温度升高很大3.5℃，从膝部到臂部0.2℃的距离中，温度下降0.2℃，从臂部到额部0.5m的距离中，温度降低了0.1℃。整体温度升高了4.6℃。空气带走的冷负荷为74.5W。受试人员3为成年男子，当日着装为短袖T恤衫，长裤和皮凉鞋。在室温25℃时统计散热量为67W，座椅送风带走的热量比这个数值略高。

（4）比较与分析

为了便于比较分析，受试人员1、2、3的特征参数整理如表5：

受试人员的特征参数表5

12345678

测试1

成年男子23.0

(19.5)3.5

(4.8)6

膝一臂3.21.30.3756.8

(67)

测试2

成年女子23.2

(19.3)3.9

(5.5)7.5

膝一臂3.52.40.6263.0

(57)

测试3

成年男子24.2

(19.6)4.6

(4.7)8.8

踝一臂4.21.40.374.5

(67)

其中各项含义如下：

1．测试人序号，代表类型；

2．额部温度（送风温度），℃；

3．踝部和额部的温差，（踝部和臂部的温差），℃；

4．最大温度梯度，出现位置，℃/m；

5．踝部和额部的温度梯度，℃/m；

6．送风到踝部的升温，℃；

7．地面处温升所占比例，θf；

8．冷负荷（统计冷负荷），W。

根据各测点温度变化，整理成右图6。

图6受试人员各测点温度变化比较

根据以上的测试数据图表，可以得到，在一般静坐条件下，踝部和额部最大温差小于4℃，但是最高温度不是出现在额部。这可能是由于存在自椅背向上的贴附气流而形成的。地面部分的送风温升变化很大，占总升温的0.37～0.62，符合文献[8]的范围。考虑到送风分流问题，只有一部分送风气流被加热。则总风量的平均温升变小，所占总温升的比例也随这减小。同时，在测试过程中，温度最高点不是出现在额部，而是出现在臂部，从而使得从踝部到臂部出现更大的温度梯度，远高于标准范围。但是由于出现的部位一般都有衣服遮挡，因此人员感受的温差，不是很强烈的冷感，使测试者感到不舒适。

对于有轻微运动的测试人，其温度分布与静坐下的有所不同，主要体现在额部与膝部的温度变化小，由于测试数量的限制，这里只是一个特例，有待于进一步研究。

4．4热舒适性投票结果与分析

座椅送风热舒适调查问卷共发出9份，收回有效问卷9份。表6为投票人的序号与其当晚的着衣特点，*表示没有记录。

热舒适投票人的序号及特点表6

序号性别年龄上装下装其他备注

1女60长袖单外衣长薄裤凉鞋

2男33短袖衬衫长裤皮鞋受试人员1

3女27短袖衬衫长筒裙凉鞋受试人员2

4男25短袖T恤长裤皮鞋受试人员3

5女51短袖衬衫中长裙皮鞋

6女79短袖衬衫长裤*

7男84短袖衬衫长裤*

8女60短袖衬衫中长裙凉鞋

9女21短袖连衣裙凉鞋

（1）热感觉投票

热感觉投票，采用标准PMV热感觉标尺[9]。

从热感觉的投票，可以看到，大部人员总体感觉凉爽。在刚入场时感觉适中或微热，而在经过30min左右，人员的热感觉基本都达到适中或凉爽，随着时间的延伸，人员的逐步增加了冷的感觉，而且习惯了这种感觉，在时间为1.5h后，感觉趋于定值，体现为凉爽。可以看出，对于总体的热平衡，19.4℃的平均送风温度是合适的。

（2）局部热感觉投票

人员的局部热感觉采用五点方式，对人员的额部，颈部、臂部、膝部和踝部分别进行投票。对于额部的感觉，所有的投票人在整个过程中，都选择适中，说明额部的感觉是适宜的。对于颈部的感觉，在刚入场时，大部分投票人选择适中，而在演出进行到30分钟后，有2位投票人觉得较冷，在1小时后，感到冷，然后适应。这可能是由于分流的送风空气，直接到达颈部，因此引起了冷感。臂部感觉变化很大，但是没有投票人感觉热。膝部和踝部，在入场时，有几位投票人感觉较冷，其他人感觉适中，在演出中，大家逐渐加重了冷感。可见，由于座椅送风风口离人员较近，送风与室内空气参混较少，容易在人员座位下方部分产生不舒适。且因为座椅设计的缘故，气流在椅背处形成贴附直接到达颈部，造成不适。

在所有的投票中，没有感觉较热或以上的投票。

（3）吹风感投票

在入场时，7位投票人没有吹风感，随着演出进行，其中的三位，有吹风感，但是选择了能够接受，其余的人则没有吹风感，并保持以演出结束。其他两投票人，选择了有吹风感，但是较舒服的选项，并且保持到结束。没有人选择不能接受。这说明，在设计的风量下，该座椅送风的送风速度是很小的，未造成不良的感觉。

（4）可察觉的空气质量投票

绝大多数人对于觉察到空气质量选择一般，有些投票人在整个过程中，选择好。没有其他选择。这说明，置换通风的空气质量还是令人满意的。

5．结论

本次测试对一场演出中座椅送风的送风温度、人员周围的温度分布以及人员热舒适投票分别作了考察。测试结果表明：

本次测试对一场演出中座椅送风的送风温度、人员周围的温度分布以及人员热舒适投票分别作了考察。测试结果表明：

（1）该座椅送风系统运行基本良好，且在设计风量和设计送风温度下能将人体散发的热量带走，并提供了较好的空气品质；

（2）座椅送风的出风受到地面的加热作用，其温升占总体温升的比例变化较大；

（3）座椅送风的出风存在着分流情况，一部分气流贴附着椅背自下而上进入人员颈部，致使人员有冷感；

（4）由于存在着出风分流，座椅送风的最高温度不是出现在额部，而是臂部。且从踝部到臂部的温度梯度比踝部到额部的温度梯度大，超出了标准范围。但因为这些部位都有衣服遮挡，因此人员感受的温差不是很强烈。

（5）座椅送风中的气流速度都比较小，人员未有吹风感出现。

参考文献

1范存养，大空间建筑空调设计及工程实录，北京：中国建筑工业出版社，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.