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（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
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 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 平均温度（℃） | 19.5 | 20.8 | 22.5 | 23.7 | 23.0 |
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 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 平均温度（℃） | 19.3 | 21.7 | 23.5 | 25.0 | 23.2 |
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。
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（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 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 平均温度（℃） | 19.6 | 21.0 | 24.5 | 24.3 | 24.2 |
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
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
测试1
成年男子 | 23.0
(19.5) | 3.5
(4.8) | 6
膝一臂 | 3.2 | 1.3 | 0.37 | 56.8
(67) |
测试2
成年女子 | 23.2
(19.3) | 3.9
(5.5) | 7.5
膝一臂 | 3.5 | 2.4 | 0.62 | 63.0
(57) |
测试3
成年男子 | 24.2
(19.6) | 4.6
(4.7) | 8.8
踝一臂 | 4.2 | 1.4 | 0.3 | 74.5
(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
2 KRANTZ KOMPONENTEN. Product introduction. Germany, 2001.
3 Yuguro Li, Mats Sandberg, Laszlo Fuchs. Effects of thermal radiation on airflow with displacement ventilation: an experimental investigation. Energy & Buildings, 1993, Vo1.19.263～274
4 A.K. Melikov, J.B. Nielsen. Local thermal discomfort due to draft and vertical temperature difference in rooms with displacement ventilation. ASHRAE Transactions, 1989, Vo1.95. 1050～1057
5 Elisabeth Mundt. Displacement ventilation systems-convection flows and temperature gradients. Building and Environment, 1995, Vo1.30.129～133
6 ISO 7730, 1993. Moderate thermal environments-Determination of PMV and PD indices and specification of the conditions for thermal comfort, International Standard Organization.
7 Elisabeth Mundt. The performance of displacement ventilation system: [Ph. D thesis]. Sweden: Royal Institute of Technology, 1996.
8 Xiaoxiong Yuan, Qingyan Chen, Leon R. Glicksman. A critical review of displacement ventilation. ASHRAE Transactions, 1998, Vo1.104.78～90.
9 ASHRAE, 1992. ANSI/ASHRAE Standard 55-1992. Thermal environmental conditions for human occupancy. ASHRAE.
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