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某剧场座椅送风热环境实测研究

　　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。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，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。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，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。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35000 m3，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。

　　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：入场时、静坐十分钟后、静坐30分钟后、静坐一小时后、静坐小时后、静坐2小时后。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/s，最下排小孔处的风速约为/s，平均风速为/s。计算得送风风量为/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℃，最小值℃，平均℃，为设计送风温度。
　　4．3 受试人员附近温度分布
　　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
　　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℃以下。从送风口到人员踝部的水平距离中，温度升高了℃。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。从踝部到膝部的距离中，温度升高了℃，从膝部到臂部的距离中，温度升高了℃，相反的，从臂部到额部米的距离中，温度降低了℃。整体温度升高了℃，其中地面温升按℃计，则点总温升的，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℃/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。
　　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
　　从这组数据中可以看到，地面对空气的加热作用较大，约为℃，从踝部到膝部的距离中，温度升高了℃，从膝部到臂部的距离中，温度升高了℃，相反的，从臂部到额部的距离中，温度降低了℃。整体温度升高了℃，地面温升占总温升的。
　　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℃/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。

　　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
　　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℃，从踝部到膝部的距离中，温度升高很大℃，从膝部到臂部℃的距离中，温度下降℃，从臂部到额部的距离中，温度降低了℃。整体温度升高了℃。空气带走的冷负荷为。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。
　　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
()
()6
膝一臂
(67)测试2
成年女子
()
()
膝一臂
(57)测试3
成年男子
()
()
踝一臂
(67)
　　其中各项含义
　　1． 测试人序号，代表类型；
　　2． 额部温度，℃；
　　3． 踝部和额部的温差，，℃；
　　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，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～，符合文献的范围。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13女27短袖衬衫　长筒裙凉鞋受试人员24男25短袖T恤　　长　裤皮鞋受试人员35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　
　　热感觉投票

　　热感觉投票，采用标准PMV热感觉标尺。
　　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，在时间为后，感觉趋于定值，体现为凉爽。可以看出，对于总体的热平衡，℃的平均送风温度是合适的。
　　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。
　　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。
　　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：
　　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；
　　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；
　　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；
　　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。
　　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
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