簡述濟南大劇院暖通空調設計

劉洋

（北京市建筑設計研究院3M2，北京 100045）

1 工程概況

濟南省會文化藝術中心（大劇院）位于山東省濟南市西客站片區，為滿足承辦2013年第10屆中國藝術節的需要，大劇院及相關配套作為省會文化藝術中心項目一期建設的內容，是最先建設啟動的部分。大劇院建筑由三個觀眾廳：歌劇廳、音樂廳、多功能廳及輔助功能構成，各主要功能分區見圖1所示。建筑面積為74776m2，建筑最高點標高：47.55m。

觀眾廳座位數：歌劇廳1685座，音樂廳1512座，多功能廳476座。

A區：音樂廳；B區：多功能廳；

C區：歌劇廳；D區：消防環廊。

圖1 各功能分區分布示意圖

本文僅介紹A區和B區部分的暖通空調設計。A區為地下一層和地上六層，最高點標高為：39.780。B區為地下一層和地上八層，最高點標高為：35.020。

2 空調系統設計

2.1 室內主要區域設計參數

注：以上面積均指使用面積。

2.2 總負荷量統計

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3 冷熱源和空調冷熱水系統

3.1 冷源

在大劇院西側能源中心（能源中心由濟南同圓設計院設計），空調系統冷源采用基載主機+冰蓄冷系統，提供大劇院5/13℃冷凍水。主干管設置在大劇院北側消防環路地下商業最南側管廊內，由管廊分別接入音樂廳、多功能廳及歌劇廳。采用區域蓄冷供冷可保證大劇院的用冷安全度及過渡季用冷負荷量、冬季內區用冷負荷量，大劇院夏季最大用冷負荷為9835kW。

3.2 熱源

本工程的空調、采暖熱源為市政熱力，在大劇院西側能源中心（能源中心由濟南同圓設計院設計）設置二次熱交換站及熱計量，提供大劇院60/50℃空調系統用熱水及提供50/40℃低溫熱水地面輻射采暖系統用熱水。主干管設置在大劇院北側消防環路地下商業最南側管廊內，由管廊分別接入音樂廳、多功能廳及歌劇廳。市政熱媒供回水設計溫度為110/70℃。

3.3 空調冷熱水系統

大劇院空調冷熱水系統采用分區兩管制水系統，變流量運行。分別為風機盤管系統、空氣處理機組系統、輻射地板系統。

化妝間內區風機盤管及個別散熱量非常高的舞臺機械及燈光音響控制室空調機組空調冷水系統全年使用。

風機盤管空調采暖熱水系統和熱輻射地板系統冬季全天運行，以保證冬季夜間值班采暖的需要。

空調冷熱水系統均采用板式換熱器間接供冷供熱的二次循環系統，負荷側二次水循環泵均采用變頻泵，根據供回水壓差控制變頻泵的轉速，根據流量控制變頻泵的運行臺數。換熱機組一次水進水管道上設置電動調節閥，根據二次側的出水溫度調節一次側的流量。

空調水系統設置補水泵和氣壓罐定壓，在熱交換站設軟化水系統。系統由水力自控型全自動離子交換軟水器、軟化水箱、軟水補水泵等組成，自來水被軟化后，用于空調系統的補水。補水泵受氣壓罐內壓力變化控制啟停。

4 劇場空調設計

4.1 音樂廳觀眾廳空調系統

音樂廳觀眾廳總座位數位1512座，其中池座為946座，樓座為566座。其空調系統采用全空氣定風量系統，池座總送風量為52640m3/h，樓座總送風量為26100m3/h。池座和樓座送風各選兩臺空調機組，對稱設置于地下一層的空調機房內。機組處理后的空氣經凈化殺菌裝置和消聲裝置分別送至池座靜壓箱、樓座靜壓箱。觀眾廳池座和樓座固定座椅區采用置換式通風，送風口設在座椅下，回排風設在上部燈光設備發熱量集中的面光室、耳光平臺等部位，利用建筑的吊頂縫隙作為回排風口；通過回風溫度控制水閥開度，以保證室內設計溫度。夏季以最小新風比運行，因散濕量較大夏季需要二次回風，滿足室內設計參數，過渡季全新風運行 (最大新風比70%)，冬季可通過調節新風比和加熱量送適宜溫度的冷風以消除內區余熱。最小新風及過渡季全新風排風機設置在地下一層，從地面以上建筑側墻排出。

另外，樂池部分單獨設置一臺空調機組，設置于地下一層的空調機房內，其送風量為8400m3/h。機組處理后的空氣經凈化殺菌裝置和消聲裝置送至升降樂池臺倉的側面，送風口與回風口左右對稱布置。送風口采用雙層百葉，大小為1600x600；回風口采用單層百葉，大小為1600x500。

觀眾廳池座送風平面及剖面見圖2-1～圖2-2。

4.2 多功能廳觀眾廳空調系統

多功能廳觀眾廳采用全空氣定風量系統，總送風量為32000m3/h。該系統的組合式空氣處理機組設置于地上六層的空調機房內，機組處理后的空氣經凈化殺菌裝置和消聲裝置分三路分別送至多功能廳的上空。其中一路風管設置于柵頂層，選用8個筒形噴口φ300，每個風量為875m3/h；另外兩路均采用溫控條形噴口，其大小為700x153，設置在馬道下面，均分余下的25000m3/h的風量。觀眾廳的回風方式為上回風，利用柵頂的縫隙作為回風口，通過柵頂上部的總回風管道被送回空調機組；通過回風溫度控制水閥開度，以保證室內設計溫度。夏季以最小新風比運行，過渡季全新風運行(最大新風比70%)，冬季可通過調節新風比和加熱量送適宜溫度的冷風以消除內區余熱。最小新風及過渡季全新風排風機設置在六層空調機房內從屋頂排風百葉排出。

5 劇場防排煙系統設計

這里主要介紹音樂廳及多功能廳觀眾廳排煙系統，其他功能區的防排煙系統按常規方法設計，不再一一贅述。

5.1 音樂廳觀眾廳排煙系統

音樂廳觀眾廳的排煙系統位于五層柵頂層，根據文獻，觀眾廳的排煙量以13次/h換氣標準計算，或以90m3/m2·h換氣標準計算，兩者取其大者。經計算，該系統的總排煙量為260000m3/h，選擇4臺風量為78000m3/h的排煙風機，設置于五層排煙機房內。由于觀眾廳建筑吊頂為不規則形吊頂（靠觀眾廳兩側墻的吊頂為平面，中間突起部分的吊頂為斜平面），排煙口采用兩種形式：一是采用4個大小為4685x400的排煙口，在平面吊頂左右對稱各布置兩個；二是利用斜平面吊頂上的縫隙作為排煙口。

圖2-1 音樂廳觀眾廳池座送風局部平面圖

圖2-2 音樂廳觀眾廳池座送風剖面圖

樂池臺倉排煙量計算按臺倉體積的6次/h換氣計算。經計算，選擇一臺風量為7200m3/h的排煙風機，設置于地下一層空調機房內，其排煙主管道與樂池回風主管道共用。

5.2 多功能廳觀眾廳排煙系統

多功能廳觀眾廳的排煙系統位于五層柵頂層以上。經計算，該系統的總排煙量為97500m3/h（計算方法同音樂廳觀眾廳），選擇一臺風量為107250m3/h的排煙風機設置于七層空調機房內，其風機出口主干管與觀眾廳排風主干管合用；在五層柵頂層的結構頂板下及梁格內布置8個方向朝上的800×800排煙口。

6 劇場消聲設計

根據文獻，濟南大劇院屬于甲等劇院，觀眾席背景噪聲應 NR25，必須進行嚴格的噪聲振動控制設計。本項目中設計選用的消聲器為阻性片式消聲器。在具體的設計中是根據送、回風等系統各個頻率所需要的降噪量、風量、風壓、可用空間等具體情況設計或選用具體的消聲器。另外，部分直接從空調機房內經風井直送樓座或池座的風管，因為考慮到機房內設備噪聲通過風管透射的問題，要求在進入風管井道之前加強風管隔聲，以下重點介紹音樂廳池座及樂池送風的消聲設計。

6.1 音樂廳池座送風的消聲設計

由于池座靜壓箱位于空調機房的上部，池座機組送風路徑非常短，給消聲設計帶來很大難度。現設計方案首先充分利用機房內空間進行消聲，在機房內設置2個消聲靜壓箱和1節1500mm長的消聲器。但此時進入到池座下靜壓倉內的噪聲仍比較強烈，而靜壓倉與觀眾席直接相通，普通風管和消聲器的外殼隔聲量都非常有限，因此不能采用常規消聲器，否則噪聲會直接從消聲器外殼輻射出來造成消聲“短路”現象。消聲設計采用設計隔聲消聲小室的做法，采用具有更高隔聲性能且容易施工的輕鋼龍骨石膏板構造在靜壓倉內建立隔聲消聲小室，小室內全部進行吸聲處理，同時在小室內設置消聲片，以此來降低系統的低頻噪聲。送風出消聲小室后再接1節消聲器，主要消除高頻氣流再生噪聲，之后送入靜壓倉，見圖2-1及圖2-2。

6.2 音樂廳樂池送風的消聲設計

樂池位于1#空調機房的上部，樂池送風的空調機組位于與1#空調機房僅隔一個走道的3#空調機房內。樂池送風管道進入1#空調機房時，其內部噪聲已被消除到很低的水平；而機房內噪聲仍很強烈，因此該部分風管需做二次隔聲處理，防止噪聲從機房通過風管進入到送回風系統內。二次隔聲處理也稱為隔聲包扎，結構如圖3所示：

圖3 隔聲包扎結構示意圖

6.3 新風、排風系統消聲

為降低噪聲對外環境的影響，新風、排風系統也需進行適當的消聲處理。但由于系統風量大，且風量也不固定，因此不便在總管道上設置消聲器。采取新風、排風管道的大型連箱（靜壓箱）都做成消聲靜壓箱，通風豎井內四周都進行吸聲處理，以盡量降低噪聲對外影響。

結語

濟南大劇院的建筑方案出自著名的法國建筑師Paul Andreu，由北京市建筑設計研究院第三設計所完成施工圖及精裝修設計。由于劇場建筑的內部功能復雜，暖通專業的設計工作難度較大，在此，結合濟南大劇院的空調系統設計，對劇場建筑的暖通專業設計要點總結如下：

正確劃分空調系統，確定合理的系統參數劇場建筑內典型的功能區有觀眾廳、舞臺、臺倉、公共大廳、排練廳、化妝區以及辦公管理用房等，這些功能區都應該有獨立的空調系統，而且空調系統冬、夏季設計參數應該根據需要合理設定。

明確不同功能區的氣流組織形式：一般來說，座椅送風已被普遍用于大型劇場的觀眾廳，公共大廳等高大空間通常采用噴口側送風等方式。舞臺的氣流組織形式也非常重要，規范中明確規定“舞臺送風不得吹動幕布及布景”。為了實現合理的氣流組織形式，不僅需要在空調系統中采取相應的技術措施，還需要各相關專業從工程的初始階段就緊密配合，否則很難達到空調系統理想的使用效果。

注意特殊功能用房對空調系統的相應要求，由于使用時間不能和劇場同步以及大量發熱設備的存在，劇場內的燈控室、聲控室、舞臺機械控制室等房間往往要求有獨立控制的空調系統，不能并入劇場的大系統。

機械化舞臺的臺倉也是一個比較特殊的區域，雖然在這個區域內基本無人員活動，但出于對演員舒適性的考慮，也要求為其設置空調系統。

與聲學專業人員密切配合，嚴格控制空調系統的噪聲與振動消聲和減振一直是劇場建筑的重要設計內容之一，空調系統中有大量的振動源和噪聲源，因此，與聲學專業的配合就必不可少。

[1]《劇場建筑設計規范》JGJ 57-2000，中國建筑工業出版社，2001年4月