1 工程概况
国家会展中心（上海）位于上海市虹桥商务区核心区，紧邻虹桥交通枢纽，由展厅、商业用房、酒店、办公用房组成，平面为四叶草形状，设计效果见图1，总建筑面积147万㎡。
图1 设计效果图
国家会展中心（上海）展厅使用面积40万㎡，由13个大展厅、3个小展厅组成。13个大展厅中的3个为超高大展厅，清华院负责设计2个、华东院负责设计1个，每个展厅长270 m（局部稍小）、宽108 m、使用面积2.75万㎡；层高40～43 m（坡屋面），桁架下弦高度（沿长轴方向）中心35 m、两侧32 m。
2 会展建筑特点
1）会展期间展商通常在租展面积内自行隔断，1～3面围合而顶部开敞，普通隔断高度一般为2～5 m不等。有的隔断高度更高。
2）展厅中部不允许像飞机场、火车站等建筑设送风柱，否则给布展、观展、撤展等带来不便，送风口只能设在屋顶或侧墙。
3）会展时段人员密度大、人员散热量大、人员所需新风冷负荷大、展览设备电气散热引起的冷负荷大。
4）展览是间断性的，即使是会展期间也有布展、撤展时间，空调不连续运行。
5）围护结构、顶部照明（展览照明展商自行解决）冷负荷占比较小。展厅冬季温度不宜太高，参观人员一般不会脱掉外衣。会展建筑这些特点使得空调系统与其他民用建筑空调系统有所不同。
3 展厅空调送风方式调研、分析
3.1 空调送风方式调研
国内展厅空调送风方式中侧送风占多数，上送风占少数（近年新建大型会展中心）；国外展厅空调送风方式中上送风占多数，侧送风占少数。
3.2 空调送风方式分析
鉴于展厅的特殊性，其国内展厅空调的送风方式多采用侧送风，原因有2个：一是不符合GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》第5.3.22条“建筑空间高度大于或等于10 m，且体积大于10 000 m³时，宜采用分层空气调节系统”的要求；二是担心冬季送热风时送不到人员活动高度。
关于分层空调（侧送风）分析：GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》第5.3.22条条文说明：“分层空调节能30％。冬季供暖工况下分层空调并不节能，特别提请设计人员注意。”分析认为：分层空调节能30％主要减少的是屋顶、侧送风口以上外窗、外墙、顶部照明灯的空调能耗。而对于该工程，占冷负荷绝大部分的新风、人员、展览设备和照明等冷负荷，不论采用哪种送风方式都对能耗没有影响。屋顶、侧送风口以上外窗和外墙、顶部照明3项之和占总冷负荷的比例不到10％，顶送风、侧送风设计工况能耗差异不会超过3％且差异只出现在夏季，由于展厅空调系统不是连续运行，能耗差异数值并不大。
关于冬季送热风效果分析：侧送风相对上送风，冬季送热风更加不利，侧送风无送风下沉作用，相对更容易上浮，另外新风热负荷占比较大，但新风热负荷已由空调机负担，所以送风温度并不高，送风温差较小，只要设计合理，可以解决送风送不到人员活动高度的问题。
综合以上2点，执行GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》第7.4.1条“空调区的气流组织设计，应根据空调区的温湿度参数、允许风速、噪声标准、空气质量、温度梯度以及空气分布特性指标（ADPI）等要求，结合内部装修、工艺或家具布置等确定；复杂空间空调区的气流组织设计，宜采用计算流体动力学（CFD）数值模拟计算”。采用CFD选择适合超大展厅空调送风方式计算夏季能耗差异，组织3个独立数值模拟计算团队采用相同的建模边界条件和输入参数、不同的软件，进行CFD数值模拟计算。
4 CFD数值模拟计算
4.1 空调设计参数
4.1.1 空调室内设计参数（见表1）
表1 空调室内设计参数
4.1.2 空调负荷计算参数（见表2）
表2 空调负荷计算参数 W/m2
注：1）人体散热、新风形成的空调冷热负荷空调机已处理，CFD模拟时不需考虑。2）冬季需另外考虑冷风渗透和外门侵入的负荷，此部分负荷为130 kW。3）模拟应选取有外围护结构的区域（例如有玻璃幕墙区域）。4）最终给出的结果为边界值，包括侧送风口的高度、侧送及顶送的送风温度及送风量、送风口有效面积边界等；展位隔断高度取3.5 m。
4.1.3 空调负荷汇总（见表3）
表3 空调负荷汇总
4.1.4 空调送风温度
空调夏季送风干球温度16.5 ℃，湿球温度15.4 ℃；冬季送风干球温度19.0 ℃。
4.2 空调送风方式CFD数值模拟计算
4.2.1 比较4种典型送风方式
分别为全部侧送风、侧送风＋风口与桁架齐平上送风、侧送风＋风口高度降低10 m上送风、全部上送风。4种典型送风方式如图2所示。
图2 4种典型送风方式
4.2.2 全部侧送风CFD模拟
两侧上下各2排送风口对向侧送，送风口水平间距3 m，高度上排14 m、下排6.5 m。全部侧送风方式温度分布如图3所示。
图3 全部侧送风方式温度分布
全部侧送风方式：由于展位隔断影响气流，中央区域展位内温度无法达到设计要求，热舒适性较差，展位隔断超过3.5 m时，影响更大。
4.2.3 侧送风＋风口与桁架齐平上送风CFD模拟
两侧上下各2排送风口对向侧送风＋中间4排送风口35 m高度上送风。侧送风口水平间距3 m，高度上排14 m、下排6.5 m。温度分布如图4所示。
图4 侧送风＋风口与桁架齐平上送风方式温度分布
侧送风＋风口与桁架齐平上送风方式，侧送风与上送风的气流场互相交叉影响，部分展位内温度无法达到设计要求。
4.2.4 侧送风＋风口高度降低10 m上送风CFD模拟
两侧上下各2排送风口相向侧送风＋中间４排送风口2 m高度（从桁架下弦降低10 m）上送风。侧送风口水平间距3 m，高度上排14 m、下排6.5 m。侧送风＋上送风（低）温度分布如图5所示。
图5 侧送风＋风口高度降低10 m上送风方式温度分布
侧送风＋风口高度降低10 m上送风方式，基本满足展位内设计温度要求，但风口由桁架下弦高度再降低10 m，施工难度大，展厅美观性较差，影响照明和消防水炮等设施使用。
4.2.5 全部上送风CFD模拟
送风口间距为9 m×9 m，高度32～35 m，风速15 m/s。全部上送风方式温度分布如图6所示。全部上送风方式冬夏季基本满足展位内设计温度要求，并可改善室内空气品质。
图6 全部上送风方式温度分布
4.2.6 上送风与侧送风夏季能耗比较
夏季能耗分层空调（侧送风）全年逐时负荷曲线、不分层空调（上送风）全年逐时负荷曲线见图7。
图7 全年逐时负荷曲线
不分层空调（上送风）与分层空调（侧送风）的全年逐时负荷曲线几乎完全相同，只是最大及最小负荷略有差异。冷负荷计算结果统计见表4。
表4 冷负荷计算结果统计
不分层空调与分层空调最大冷负荷相差2.0%，全年累计冷负荷相差1.4%。
4.2.7 送风方式、风口确定
全部上送风效果理想，虽然有2％能耗差异，但不是连续运行，从满足展厅使用需求角度考虑，确定采用全部上送风方案。
为了更好地解决超高大展厅冬季空调热风送不到人员活动高度、夏季空调送冷风风速大吹风感太明显两大难题，上送风口采用自动调节气流流型风口。
4.2.8 风口生产商冬季送风效果CFD模拟
为确保冬季送热风效果的可靠性，设计团队配合风口生产商进行了冬季送风效果CFD校核、确认，冬季竖直、水平温度分布见图8。
图8 风口生产商模拟温度分布
竖直剖面温度从屋顶向下至地面逐渐降低，自18 ℃（291 K）渐变到16.5 ℃（289.5 K）；水平剖面温度低于16 ℃（289 K）的几乎没有，温度超过16 ℃（289 K）的达到100％，靠近回风口处温度略高，为17 ℃（290 K），靠近中心区域温度最高为17.5 ℃（290.5 K），人员活动区域满足要求。
5 空调送回风设计
空调气流组织为全部上送风、侧下部回风。送风口为自动调节气流流型风口，空气处理机组出风口及回风口均设有温度传感器，风口控制器根据送风温度、送回风温差，自动调节风口处的导流叶片，进而调节气流流型。送冷风时，送风温度和回风温度（室内温度）为正偏离，导流叶片角度加大（相对于导流叶片设定角度），气流流型接近旋流风口，以控制气流射程、利用冷空气自然下降特性送至人员活动区，且气流均匀、风口正下方吹风感较小；送风温度和回风温度（室内温度）无偏离时，导流叶片角度为设定角度，气流射程长度为设定长度；送热风时，送风温度和回风温度（室内温度）为负偏离，导流叶片角度减小（相对导流叶片设定角度），气流流型接近喷口，加大气流射程，以将热风送至人员活动区。空调送风平面图、空调回风平面图、空调送回风横剖面图、空调送回风纵剖面图分别见图9～12。
注：空调机在机房，送风管在桁架内。
图9 空调送风平面图（局部）
注：馆内方格为展位隔断示意图。
图10 空调回风平面图（局部）
图11 空调送回风横剖面图
图12 空调送回风纵剖面图（局部）
6 空调效果测试
上海博览会有限责任公司委托上海同济建设工程质量检测站于2015年1月29—30日对3个超高大单层展厅进行了测试，空调系统送风量和新风量在设计工况运行、展厅空场条件下，测得展厅内温度为17.1～17.2 ℃，满足设计温度16 ℃的要求，会展时人员散热和会展设备散热更有利于室内温度达标。
全文刊登于《暖通空调》2017年第3期
作者：
清华大学建筑设计研究院有限公司 贾昭凯 韩佳宝 刘建华 刘加根 于丽华
华东建筑设计研究院有限公司 马伟骏 魏炜 张琳
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