体育场馆气流组织的评价体系Word格式文档下载.docx
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90年代，Kato等人提出了一套基于数值模拟技术的用于定量衡量房间通风效率的SVE系列指标[4-6]。
这些指标虽然给通风空调效果评价带来了一定的方便，但各种指标有时存在相互矛盾的情况，容易让使用者产生混淆。
面对众多的评价指标，一般的研究人员和设计人员不知道该如何选择。
在体育场馆等高大空间建筑中，气流组织的好坏不仅决定了观众席和比赛区的热湿条件能否分别满足要求，而且直接关系到体育场馆建筑的使用能耗。
因此，迫切需要有个合适的指标体系来对不同气流组织的优劣进行总体比较，以指导气流组织设计。
另外，以体育场馆为目标研究气流组织的评价体系，除可以服务于体育场馆建筑外，还可方便地推广到其他形式的高大空间建筑。
2常见气流组织评价指标及其不足
2.1评价指标的分类
通过分析各种气流组织评价指标，我们认为众多气流组织的评价指标可分为以下三类：
（1）热舒适指标；
（2）送风有效性指标；
（3）污染物排除有效性指标。
三类指标分别从热舒适、空气品质、污染物排除和能量利用三个方面刻画气流组织。
人的舒适状态是由许多因素决定的，如环境的声音、振动、嗅觉、视觉、色调、温度、湿度、气流速度等，而人的热感觉主要由人体的活动情况、着衣情况、空气温度、湿度、风速、平均辐射温度等因素决定。
常见的热舒适评价指标有：
预测平均评价（PMV）、预测不满意百分比（PPD）、标准有效温度（SET）、热舒适投票（TCV）、不均匀系数、空气扩散性能指标（ADPI）等[7-9]。
有关指标的详细情况可参考文献[10]。
在室内热环境评价中，目前最普遍应用的指标是PMV-PPD指标。
本文将以此指标为基础，进行体育场馆热舒适的评价。
送风有效性指标是用来反映从通风空调系统送入的空气到达空间各处的有效程度。
常见的送风有效性指标包括空气龄、换气效率、送风可及性等[11-13]。
在这些指标中，换气效率被广泛用于评价室内空气环境的送风有效性。
本文也将以此指标为基础，进行体育场馆的送风有效性评价。
污染物排除有效性既包括污染气体的排除，也包括余热余湿的排除。
常见的污染物排除有效性指标包括房间污染物含量和排空时间、排污效率和余热排除效率（又称投入能量利用系数）、污染物年龄、污染源可及性等[11,14]。
当考虑污染物的排除时，通常采用排污效率进行室内污染物排除有效性评价；
当考虑余热排除时，通常采用余热排除效率进行评价。
由于普通体育场馆通常较少单独考虑污染物的排除，因此本文将以余热排除效率为基础，对体育场馆内的余热排除有效性进行评价。
2.2常见评价指标存在的问题
在传统通风空调房间中，通常将空间划分为两部分：
工作区和非工作区。
两部分的重要程度是不同的。
因为对于一个分布指标而言，可能存在下列情况：
一种是工作区的参数值优，非工作区参数值相对较劣；
一种是工作区的参数值较劣，而非工作区参数值优。
这两种气流组织下，即使整个房间平均值相等，它们的气流组织效果也不同。
虽然工作区的概念相对于将空间各处当成同等重要看待来说，已有明显的进步，但事实上工作区无明确的定义，且无法定量操作。
即使在工作区内部，空间各处的重要性也是不同的。
因此仅用工作区的概念来描述体育场馆这种高大空间是不够的，因为此时人员在空间上的分布很不均匀。
为了把空间各点的重要性定量化，本研究小组提出了人员分布密度OD（occupieddensity）的概念[12]，用以描述人员在空间某一点或区域停留的时间长短和人员密度的多少。
3考虑人员分布的评价指标
3.1人员分布密度
假设空间内有N个人、每人在房间中停留的总时间为M小时（假设所有人员停留的总时间相同），第i个人在某区域P停留时间为Pi小时，则第i个人在区域P的空间占有率为：
（1）
而区域P的人员分布密度计算方法为：
（2）
人员分布密度是一个场指标，反映了某点的需求情况。
通过OD对空间各点的分布指标赋予不同的权重，可以使对气流组织的评价体现人员的因素[12]。
用OD和一分布指标相结合，就可形成一个反映人员需求的加权总指标。
根据分布参数的数值模拟计算结果，结合OD的概念，就可以进一步计算评价体系中的各种参数，建立特定房间的总指标。
这样就综合了分布指标和集总指标的优点，既反映各点的参数值，又是一个目标明确的单一值，可以更方便、更直观的评价气流组织。
3.2修正PMV
在热舒适性评价指标中，PMV综合了环境因素和人员状况、是最全面反映人员舒适性效果的指标，在暖通空调界得到了普遍的认可和应用，因此，我们选择PMV作为热舒适加权总指标的基础，定义加权PMV为IPMV（IntegratedPMV）：
（3）
IPMV代表了气流组织形式下舒适性满意度。
IPMV越高，说明舒适性满意度越低；
反之，IPMV越低，说明舒适性指标越好，满意度越高。
3.3修正换气效率
修正换气效率定义为时间常数和两倍的修正平均空气龄的比值，其数学描述如下：
（4）
而修正平均空气龄可以根据各人的人员分布密度值以及计算所得的空气龄进行离散加和获得：
（5）
文献[12]对两种送风形式（顶送和侧下送）的换气效率修正前后进行了对比（见表1），结果显示：
在传统的换气效率下，两种送风形式无差别，但侧下送风的方式更容易使得新风到达人员活动所在的工作区，因此在修正换气效率下，侧下送风形式明显好于顶送。
说明在考虑了人员分布的情况下，修正换气效率更能有效地比较多种送风形式。
表1高大空间两种混合通风形式的换气效率[12]
送回风形式
换气次数
（次/小时）
OD
传统换气效率
修正换气效率
A区
B区
顶送
9
0.95
0.05
0.17
0.19
侧下送
0.15
0.63
3.4修正余热排除效率
与修正换气效率类似，将修正余热排除效率定义如下：
（6）
其中，为结合了OD的房间加权平均温度，。
由于排风温度和空间加权平均温度没有绝对的大小关系，因此可能大于1，也可能小于1。
一般来说，修正余热排除效率越大，说明排风温度越高于空间加权平均温度，能量利用越有效。
4体育场馆气流组织评价体系
对于体育场馆气流组织形式，首先要考虑这种形式下的气流组织是否分别满足观众席和比赛区的不同需要，同时考虑是否保证一定的新鲜空气，另外还要看能耗情况。
因此，体育馆气流组织进行评价应兼顾各方面，必须对以上相关因素进行综合分析和研究，以获得对体育场馆气流组织的总体评价。
我们选择观众席的满意度、比赛区的满意度、修正换气效率、修正余热排除效率四种评价指标分别代表四类因素来综合评价体育场馆的气流组织形式。
4.1观众席满意度
对于体育场馆的观众席来说，气流组织设计主要是要保证观众席的舒适性要求。
如果观众席的热舒适性指标优，表示气流组织设计满足了舒适性的要求。
反之，则不满足或没有完全满足舒适性的要求。
因此，观众席气流组织形式的满意度和观众席的舒适性指标相关，我们选择IPMV指标来确定观众席的满意度。
借鉴PMV和PPD的关系，建立IPMV和观众席的满意度之间的关系如下：
（7）
4.2比赛区满意度
主要考虑比赛区的风速满意度、温度满意度、湿度满意度，并且根据它们的权重，可以得出整个比赛区的满意度。
（8）
其中，是整个比赛区气流组织的满意度；
分别为风速、温度和湿度的满意度；
分别为风速、温度和湿度在比赛区气流组织评价中的权重。
表2给出了不同功能体育场馆比赛区的各指标权重参考关系。
表2不同功能体育场馆比赛区的各指标权重
体育馆
大球比赛
中
小球比赛
高
低
游泳馆类
我们用比赛区的平均风速和超过规定风速的空间百分率pav两个指标来确定比赛区的风速满意度。
如图1，在横坐标为pav、纵坐标为比赛区平均风速构成的平面内，风速满意度只有在风速上限和pav上限组成的矩形范围内有值。
规定B区和C区具有相同的风速满意度，则图中的斜虚线代表风速满意度的等值线。
根据使用情况和实际参数的要求，确定平均风速上限和pav上限，则可以绘制出风速满意度的等值线。
用超过规定温度的空间百分率pat唯一确定温度满意度。
pat越高，温度满意度越低；
pat越低，温度满意度越高。
规定：
在pat≤5%时，温度满意度100%；
在pat>
5%时，温度满意度的得分和pat满足下列函数关系式：
（9）
同样用超过规定相对湿度的空间百分率parh唯一确定相对湿度的满意度，相对湿度满意度的得分和parh满足下列函数关系式：
（10）
图1平均风速和pav的大小决定风速满意度
4.3修正换气效率与修正余热排除效率的评分
为了和观众席满意度、比赛区满意度的评分量纲一致，以便进行多个因素的综合评分，规定修正换气效率的得分、修正余热排除效率的得分和与之对应的修正换气效率、修正余热排除效率满足函数关系式：
（11）
修正换气效率和修正余热排除效率和各自满意度的得分还需要进一步的研究，但是通过算例可以说明此处得分取值的合理性。
根据文献[12]的计算结果，个性化送风例子的修正换气次数为0.871，置换通风例子的修正换气次数为0.907，按式（11）计算修正换气效率得分分别为73和75。
4.4气流组织综合评分
对于每种评价指标，根据重要程度的不同，赋予一定的权重，令表示的第i个指标的权重，则构成了权重向量，并满足。
权重向量A在评价体系中起着重要作用，它的取值直接影响甚至改变气流组织形式的最后选择。
根据模糊数学的理论，确定权重向量的方法有专家法、经验分析法、统计法、层次分析法、矩阵分析法、综合法等几种[15,16]。
用权重向量乘以各项指标的得分，即可得到该种气流组织形式最后的得分：
（12）
对于任何一种气流组织设计，都可根据以上的评价方法，采用以下的步骤（图2）进行综合评分。
以实现单个体育场馆的多种气流组织形式的比较、不同体育场馆气流组织形式的设计效果的比较。
图2体育场气流组织形式评价流程
5评价体系的应用实例
5.1二维模拟小球比赛馆
建立小球比赛馆二维模型（图3），设计气流组织形式为
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