幼兒活動室空調送風方案分析

石雯宇 呂潔 楊萍

沈陽工業大學建筑與土木工程學院

0 引言

隨著經濟的發展，幼兒教育越來越受重視，幼兒教育成為社會的熱點問題，幼兒園建筑趨向于大型化。幼兒活動室作為幼兒園建筑的主要功能房間，具有大面積、低層高、多功能的建筑特點，集教學、活動、休息等功能于一體，集幼兒、成人于一室，對房間的安全性，舒適性和美觀等均有較高要求。因此，幼兒園建筑的空調送風設計不能簡單套用一般公共建筑的空調設計方案，需要綜合考慮使用需求、結構、裝修等各方面的影響因素[1]。

幼兒活動室雖然劃分為休息與活動兩個區域，但休息區采用可收納設計，在非休息時段也作為活動區使用，因此幼兒活動室對空調設計還有分區、分時段調控的需求，要求空調設備及其系統有較高的靈活性。同時，考慮到幼兒的抵抗能力較弱及幼兒與教師存在較大的身高差異，室內垂直溫度梯度及豎向速度梯度不宜過大[2]。

由以上分析結果可知，幼兒活動室的空調設計考慮因素較多，因此，有必要利用數值模擬技術輔助空調設計，并對空調的運行效果進行模擬檢驗，從而確定最佳的空調送風設計方案[3]。

由于大型幼兒園的消防等級要求高，需設置自動噴淋系統，本文以某實際幼兒園項目的幼兒活動室為研究對象，利用 revit 模擬軟件的管線綜合、多專業協同設計的功能，在保證層高的前提條件下提出三種空調設計方案，再采用 Fluent 模擬軟件對該三種方案分別進行模擬運行，通過分析和比較確定最優方案[4]。

1 備選設計方案

幼兒活動室的建筑面積為 91.2 m2，進深 12 m，開間8.4 m，層高3.6 m。房間朝南，南北分區，其中休息區位于北側，活動區位于南側。主次梁相交，尺寸分別為 500 mm×3 00 mm×1 2000 mm 和 500 mm×5 00 mm×8400 mm。空調設計參數取值見表1[5]。

表1 托兒所、幼兒園活動室、寢室夏季空調設計參數

考慮到該幼兒園為獨立建筑，未設置機房，層高低，且周圍建筑均非空調建筑，故采用多聯機系統，將室外機設于屋頂。室內機通過revit 軟件進行管線綜合來確定其送風方式和位置，依據空間占用少、凈高大、經濟的設計原則確定了三種備選方案，分別為頂送四面出風、西側送和北側送，依次對應為方案一、方案二、方案三，方案比較見表2[6]。

表2 三種方案的初投資比較

方案一的送風設備為兩臺四面出風嵌入機兩臺，型號為 RFT(D)22MX(N),方案二、三的則是兩臺低靜壓側送風管機兩臺，型號為 RFUT(D)22MX-C(N)。分析表2 可知三種方案的初投資差別不大，主要涉及設備的選型，其中方案三由于單臺設備承擔兩區負荷，的靈活性較差，不能分區調控，不宜采用，而方案一和方案二需進一步通過 Fluent 模擬檢驗其送風效果來確定最佳方案[7]。

2 比選最佳方案

2.1 模型建立

考慮空調與噴淋管道均影響空間布置和層高，故先采用 revit 軟件的管線綜合功能確定三種方案的設備和管線位置。再利用 GAMBIT 軟件建模，通過ICEM 進行網格劃分，整合實際情況以及模型精度，最終完成的模型如圖1[8]。

圖1 三種方案revit 管道綜合模擬圖

2.2 邊界條件設置

由于幼兒活動室為空調房間，為簡化計算，將熱邊界條件包含墻、梁、地、窗以及室內的床等設為絕熱邊界條件，具體設置見表3。

表3 邊界條件設置表

3 模擬結果分析及比較

模擬云圖可知由于幼兒活動室的多功能性，對模擬云圖分別截取x=1 m、y=3 m、y=11 m、z=0.4 m、z=1.2 m 等幾個典型位置進行分析。其中x=1 m 處代表更衣處，y=3 m 處代表幼兒活動區域，y=11 m 處代表幼兒休息區，z=0.4 m 處代表幼兒，z=1.2 m 處代表成人[9]。

模擬結果進一步證實方案三的可調控能力差且效果不佳，方案一與方案二的溫度比較結果見表 4，速度比較結果見表5。

表4 溫度云圖模擬分析

表5 速度云圖模擬分析

分析可知，溫度方面：方案一中僅有z=1.2 m 處的截面溫度范圍超出設計標準26 ℃，但該位置為成人的舒適范圍，故而部分位置高出設計標準 1 ℃對于成人的舒適度影響不大。方案二中五處截面的溫度皆不符合設計標準，y=3 m、z=0.4 m、z=1.2 m 處的溫度偏離尤其多，對于幼兒偏冷容易引發幼兒感冒。速度方面：兩種方案五處截面均符合設計標準，處于幼兒及成人的舒適范圍內。綜上所述可以清楚的比較出方案一為最佳方案[10]。

4 結論

通過revit 管線綜合和Fluent 模擬，對幼兒活動室提出的三種送風方案從空間占用，凈高，初投資，水平和豎向溫度分布等方面進行了分析，得出以下結論：

1）雖然側送和頂送都能形成貼附射流，但北側側送不能滿足分區調控的要求，不采用風管送風的空調系統應分區設置室內機。

2）西側側送和頂送均能夠滿足設計要求，但頂送四面出風方案在豎向和水平方向的均勻性更好。

3）revit 管線綜合功能可以協助空調設計方案的制定和從空間占用、凈高、初投資等方面進行比選，Fluent 模擬適于檢驗空調送風效果。