廈門某會展噴霧降溫可行性研究分析

尹暢昱 何佩峰

（杭州中聯筑境建筑設計研究院 杭州 310000）

0 引言

噴霧降溫技術最早應用于農業領域，后來逐步應用于城市降溫，并發展成為高壓噴霧。該項技術應用于美國、西班牙、日本世博會后，逐漸成為國際上室外降溫新的手段和方法。對于噴霧蒸發冷卻降溫原理，國內外均有研究，噴霧降溫的實驗室實驗研究及數值模擬研究表明，噴霧具有一定的降溫能力，并能改善人體舒適度[1]。李成成等回顧了噴霧降溫在國內外室外場所的應用，對比了西安和上海的氣象資料，指出在中等濕度地區運用噴霧降溫會比氣候濕潤的地區效果更加明顯[2]。噴霧降溫系統的霧化機理方面，曹建明對噴霧設備噴射與霧化的基本理論和各種噴嘴的特點，包括液體碎裂過程、液滴尺寸分布、液滴尺寸測量、噴嘴及其特點等有詳細研究[3]。在改進噴霧降溫設備方面，黃曉慶等研究了撞擊性霧化噴嘴流量與噴霧壓力的關系，并且比較了不同類型噴嘴組合的噴霧降溫效果[4]。

噴霧降溫措施也有很多實際應用案例，如上海世博會[5]、西安世界園藝博覽會[2,6]、香港迪士尼樂園、杭州國家西溪濕地公園等。

1 噴霧降溫典型案例

上海世博中心中軸線上有一條世博軸，它是連接中國館、世博展覽館等場館的主要通道。世博軸東西寬約100m，南北長約1000m，有6 個直通負二層的采光體，其他區域上空為PTFE-A 級膜，具有一定的遮陽作用。

現場情況：上海世博會舉辦時間為2010年5月1日至10月31日，考慮到盛夏季節氣溫在37-38℃甚至更高，尤其在檢票處人員密集，人員排隊停留時間較長，極有可能中暑，需采取適當措施改善該處的室外環境。

設計分析：根據實驗結果和日本愛知世博會經驗可知，在室外溫度高于30℃，且相對濕度小于70%條件下，噴霧降溫能起較明顯效果。上海世博會舉辦時間為2010年5月1日至10月31日，每天營業時間8 點-18 點，共計1840h。根據設計者在運行后檢驗，在1840h 內滿足噴霧降溫使用氣象條件的平均小時數為370h，即在世博會營業時間內平均有20%的時間可以使用噴霧降溫措施。

設計區域：噴霧降溫系統設計在南側檢票入口處約200m（南北向）范圍內，設計面積約20000m2。

設計效果：如圖1、2 所示，世博軸采用噴霧立柱，立柱高約4.5m，最低處噴嘴1.7m，往上每隔0.3m 布置一個噴嘴，共9 個，一根立柱四面均布置，總共36 個。噴霧立柱布置間距11m，呈矩陣布置。

圖1 噴霧立柱示意圖Fig.1 Schematic diagram of spray column

圖2 噴霧立柱布置圖Fig.2 Plan of spray column

2 噴霧降溫系統適用條件

根據世博軸噴霧降溫的設計經驗，以及查閱其他相關論文，適用于用噴霧降溫系統的條件如下：

（1）通風且有遮陽的室外空間；

（2）場館使用時間內滿足“室外氣溫高于30℃且相對濕度在70%以下”的小時數需較多；

（3）人流量極高，停留時間較長；

（4）噴霧水需達到飲用水標準或更高；

（5）壓力管道的安全性。

3 廈門某會展噴霧降溫系統可行性分析

廈門某會展位于廈門市翔安區，總建筑面積約101 萬m2，主要分為兩側的東、西登錄廳、中間的的中央廊道，11 個展廳，1 個會議中心以及濱海商業、倉庫等配建設施。業主提出能否在項目中應用噴霧降溫系統提升室外空間的舒適度，現根據前文總結的噴霧降溫系統適用條件進行逐條分析。

3.1 通風且有遮陽的室外空間

項目中比較符合“通風且有遮陽的室外空間”條件的區域有兩個，一個是中央廊道（如圖3虛線框所示），一個是展廳中間區域（如圖3點劃線框所示）。

圖3 廈門某會展平面圖Fig.3 Plan of an exhibition in Xiamen

中央通廊高約10m，有玻璃頂，位于建筑群的中央，無法形成對穿風。若噴霧在中央通廊里，可能造成相對濕度過高，反而更不舒適，造成“蒸桑拿”的后果。

小結：目前建筑方案尚沒有完全符合“通風且有遮陽”的室外空間。

圖4 廈門某會展剖面圖Fig.4 Profile of an exhibition in Xiamen

3.2 場館使用時間內滿足“室外氣溫高于30℃且相對濕度在70%以下”的小時數

查閱廈門2019年全年8760h 的氣象參數，溫度和相對濕度如圖5、6 所示，發現廈門全年滿足室外氣溫高于30℃且相對濕度在70%以下的小時數為763h，占全年時間的8.7%。

圖5 廈門全年逐時溫度Fig.5 Annual hourly temperature in Xiamen

圖6 廈門全年逐時濕度Fig.6 Annual hourly humidity in Xiamen

小結：滿足噴霧降溫氣象條件的全年時長較短。

經海量查詢得到當地類似項目——廈門國際會展中心在2019年的全部展覽場次和時間如下表所示，共720h（每天營業時間按9:00-19:00）。

表1 2019年廈門國際會展中心展覽表Table 1 2019 Xiamen International Convention and Exhibition Center exhibition table

續表1 2019年廈門國際會展中心展覽表

假設廈門某會展開館后每年的展會頻率參照此數值，經數據對比，場館使用時間內滿足“室外氣溫高于30℃且相對濕度在70%以下”的小時數僅80h，所以2019年會展中心在展會期間僅有11%的時間可以使用噴霧降溫措施。

小結：滿足噴霧降溫氣象條件的展會時長較短。

3.3 人流量

經查，上海世博會觀展人次最高值103 萬人/天，最低值15 萬人/天。

廈門某會展人流量參考當地類似項目——廈門國際會展中心。經查，開館以來的最高記錄為第十四屆海峽旅游博覽會，3 天21.5 萬人，平均7.2萬人/天，未到上海世博會最低人流量的一半。

上海世博會的安檢入口為世博軸的前200m，該處為“被迫等待區”，人經過該區域后向各個場館分流，人流密度迅速變小，所以后800m 無需設置噴霧降溫措施。

廈門某會展人員的安檢入口主要在登錄廳，為室內區域，人員看展主要在展廳，也為室內區域，中央廊道和展廳中間區域是登錄廳至展廳的中間過渡區域，不是“被迫等待區”，人員停留時間相對較少。

小結：從人流量考慮，不建議做噴霧降溫系統。

3.4 噴霧水的水質

噴嘴噴出的水粒徑會達到16μm，相當于頭發的萬分之一，已經是肉眼幾乎不可見的尺寸。若水粒徑過大，則會濡濕頭發和地面，對人員造成不舒適。

噴霧會直接吹向人群，可能會被人直接吸入肺部，不能吸入肺部的最小尺寸約為20μm，所以水質必須達到飲用水標準或更高。尤其經過今年的新冠疫情，人們對空氣傳播疾病的機理更加了解，對公眾場合的衛生品質要求也更高。

為了達到高水質，需要對噴霧降溫系統做一套嚴格的過濾+殺菌系統，且需考慮備用。平時需對機房、水泵、水箱、噴嘴等的維護頻率和等級也需增加，噴霧降溫系統的整體造價和運營成本偏高。

小結：噴霧降溫系統初期投資大，維護工作大。

3.5 壓力管道的安全性

為了噴出的水粒徑達到16μm，系統運行工作壓力需達到6MPa，如果噴嘴質量不達標或維護不當，噴嘴可能會爆裂，內部零件飛出會對人員或建筑造成傷害，噴嘴爆裂后，噴出的高壓水柱也可能會對人員造成二次傷害。為了承受系統6MPa 的運行壓力，水管需采用承壓10MPa 的不銹鋼管，這也會造成系統造價的增加。

小結：從壓力安全性考慮，不建議做噴霧降溫系統。

4 結語

“使用時間短，效果不顯著，有安全隱患，有衛生隱患，投資大，維護量大”是廈門某會展采用噴霧降溫的主要不利點。綜上分析，廈門某會展采用噴霧降溫系統的可行性較低，經業主領導綜合考慮后決定，本項目不采用噴霧降溫系統。

噴霧降溫系統對于改善室外局部溫度具有比較好的效果，對于其他地區的會展類建筑，如有意向使用噴霧降溫技術，可根據本文總結的適用條件進行可行性分析。

（1）通風且有遮陽的室外空間；

（2）室外氣溫高于30℃且相對濕度在70%以下；

（3）場館使用時間內滿足第2 條的小時數需較多；

（4）人流量極高，停留時間較長；

（5）噴霧水需達到飲用水標準或更高；

（6）考慮壓力管道的安全性。