濟南某劇場通風空調系統設計

魏曙光

山東同圓設計集團有限公司

濟南某劇場通風空調系統設計

魏曙光

山東同圓設計集團有限公司

本文從空調負荷分析計算、空調機組選型計算、氣流組織設計等幾個方面詳細介紹了山東省會文化中心三館項目群藝館劇場空調系統設計，然后利用CFD數值模擬方法，對劇場氣流組織進行數值模擬。最后介紹了劇場排煙系統、通風系統、消聲隔振系統設計。

劇場空調負荷氣流組織數值模擬噪聲控制

山東省會文化中心三館項目由美術館、圖書館、群眾藝術館及配套用房組成，是第十屆中國藝術節的主會場。三館的建設將成為濟南市最大的文化設施集群，與山東大劇院一起組成省會文化藝術中心。其中群眾藝術館中設有多功能劇場一個，劇場觀眾廳分兩層，共設有750個座位，其中池座618個，樓座132個，按照乙等劇場的標準設計[1]。劇場屬高大空間建筑物，人員密集，負荷強度大?？照{負荷有效區所占劇場整體空間比值低，采用合理的氣流組織方式以達到高效節能的目的顯得尤為重要。本文通過空調負荷計算分析、空調系統選擇計算、氣流組織設計及模擬等幾個方面詳細介紹了此劇場通風空調系統的設計。

1 空調設計

1.1 室外氣象參數

夏季空調室外計算干球溫度34.7℃，夏季空調室外計算濕球溫度26.8℃；冬季空調室外計算干球溫度-7.7℃，冬季空調室外計算相對濕度53%，夏季室外風速2.8m/s，冬季室外風速2.9m/s。

1.2 室內設計參數

表1為室內設計參數。

1.3 空調負荷分析及計算

1）劇場觀眾區域空調負荷分析計算。劇場觀眾區域空調負荷具有以下幾個特點：①劇場外圍護結構很少，墻壁大量采用吸聲材料使得圍護結構隔熱性更高，因此通過建筑圍護結構傳熱所形成的冷熱負荷非常小。②通過與劇場燈光設計公司交流和研究其提供的資料，查閱文獻[2]得出：演出時燈光全部射向舞臺，向觀眾區的燈光輻射近似為零，即觀眾廳上部、后部、兩側的面光、追光、耳光等輻射熱均為舞臺負荷。③劇場觀眾區域人員密度大、新風需求量大，人員負荷和新風負荷在整個空調負荷占有絕對比重。劇場觀眾區空調總冷負荷為213kW，其中人員和新風負荷為195kW，占總冷負荷的91%；空調總熱負荷為165kW。

2）舞臺區域負荷分析計算。對于舞臺區域，需要按照分層空調系統進行設計。分層空調系統負荷計算冬夏季差別較大：夏季空調冷負荷由于冷空氣具有下沉特點，計算值要比普通空調系統小；冬季空調熱負荷，則仍需要按照全室采暖方式，與普通空調系統負荷計算方法相同。根據文獻[3]夏季分層空調冷負荷計算可采用經驗系數法，即對分層空調建筑物按全室空調進行冷負荷計算，然后乘以經驗系數a。a=空調區分層空調冷負荷/全室空調冷負荷，常由特定性質的高大建筑物經實測與計算得出，通常a=0.5～0.85。當缺乏數據時，可取a=0.7。經計算舞臺區空調總冷負荷為190kW；空調總熱負荷為98kW。

1.4 空調系統設計

置換通風一般應用于高大空間，且要求室內冷負荷以人員、設備和燈具為主，人員多為坐姿，活動量較小[4]。劇場觀眾廳正符合此特點，因此觀眾廳采用置換通風的一種形式多孔柱腳座椅送風系統。座椅下送風為了送風氣流分布均勻，觀眾無吹風感，滿足人體舒適性要求，送風溫度通常比室內設計溫度低2～5℃[5]，如果采用一次回風和再熱來實現會產生冷熱抵消現象，浪費能源，因此本工程采用二次回風系統。二次回風夏季處理過程如圖1。

依據座椅下送風特點，本工程送風溫差取5℃，由焓濕圖計算可得：觀眾廳二次回風系統總送風量46750m3/h，一次回風量為11540m3/h，二次回風量為20210m3/h，新風量為15000m3/h?？照{機組制冷量為245kW。設計一套空氣處理機組設于地下空調機房內。一次回風夏季處理過程如圖2。

由焓濕計算可得：觀眾廳一次回風系統總送風量為31750m3/h，組合式空調機組制冷量為343kW，空調再熱量為98kW。根據以上分析，采用二次回風系統比一次回風系統節能98kW。

舞臺區域采用獨立空調系統，設計兩套空調機組設于二層，總送風量為48000m3/h，采用分層空調、球形噴口和百葉送風口側送，低處同側集中回風系統形式。

1.5 氣流組織設計

1）劇場觀眾區域氣流組織設計。劇場觀眾區域采用置換通風的氣流組織形式。本工程所選為多孔柱腳座椅送風口，送風口為一段直徑為190mm的多孔鋼管，下部連著具有調節和消聲功能的入口裝置，型號為TCD-B/190×200，單個送風口送風量為50m3/h。經處理后的空氣以恒定溫度徐徐送出，出小孔后風速很快衰減，至腳踝處風速極小，觀眾無吹風感，吸收人體散熱散濕后進入觀眾廳上部?？諝庠谏仙^程中，部分風量通過設于劇場中部圍護結構裝飾格柵的回風口回風至空調機組，另一部分向上進入頂棚面廣橋，在起到降溫作用之后被屋頂排風機排出室外。整個觀眾區域為下送中回上排的氣流組織形式，僅在人員區維護一個較為舒適的溫濕度環境。此種氣流組織形式可以有效減小系統負荷，達到良好的通風效果和節能效益。氣流組織設計詳見圖3劇場空調系統流程圖、圖4劇場觀眾廳座椅送風剖面圖。

2）舞臺區域氣流組織設計。舞臺區域為通高建筑結構，舞臺凈高26.5m，采用分層空調設計，在舞臺的南北兩側7.8m標高處設雙層百葉送風口、9.2m標高處設溫控可調式球型噴口進行空調送風，低處同側設置集中回風，舞臺頂部設排風機機械排風。百葉送風和球形噴口送風干管處設電動閥，與演出區幕布聯動，落幕布時噴口送風關閉，百葉送風開啟，幕布打開時噴口送風開啟，百葉送風關閉，保證幕布在空調送風情況下不會擺動，不影響演出效果。

2 氣流組織模擬

為驗證設計效果，對座椅送風系統氣流組織形式進行了CFD模擬，其中舞臺針對兩種送風方式進行了模擬：百葉側送，噴口側送，模擬結果如圖5～8。

根據模擬結果分析，劇場內氣流設計較為合理，觀眾區達到了置換通風效果；舞臺區達到分層空調效果，節約空調運行能耗。

3 排煙系統設計

根據文獻[1]規定，劇場觀眾廳排煙量按兩種方法計算：①按照13次/h換氣次數計算排煙量；②按照90m3/(m2h)計算排煙量，兩者計算結果取大值。舞臺區域、臺倉區域排煙量按6次/h換氣次數計算。對于本工程觀眾廳區域體積為11800m3、面積為700m2，按照13次/h換氣次數計算所得排煙量為153400m3/h，按照90m3/(m2h)計算排煙量為63000m3/h，取兩者大，選取4臺風量為40000m3/h排煙風機。舞臺區域體積為15500m3，按照6次/h換氣次數計算排煙量為93000m3/h，選取4臺風量為24000m3/h排煙風機。

4 消聲降噪設計

劇場對噪聲控制的要求較高，為達到規范所規定的噪聲要求，在設計中采取了如下幾個措施：①空調機房設于地下一層，不與劇場緊鄰，機房內墻貼吸音材料，設多孔吸音板；空調機組設橡膠減震墊，消音隔振。②嚴格控制風管的風速，主風管風速控制在4～6m/s左右，支風管的風速控制在2～3.5m/s；回風利用圍護結構風井作為回風靜壓箱進行回風，有效地降低回風風速。③在系統消聲器的設計中采用二級消聲，空調機組的送風管出口處設置一級消聲，用以降低風機的空氣動力噪聲，消聲器的形式為消聲靜壓箱，靜壓箱內采用吸聲性能良好的玻璃棉作為吸聲材料，采用有一定穿孔率的穿孔板作為吸聲層；在空調機房分隔墻外的送回風管上設置二級消聲器，用以控制固體噪聲以及風閥的再生噪聲。

5 結論

1）根據設計的基本參數對觀眾廳的中軸剖面進行二維模擬，通過溫度場和速度場的分析，驗證了設計的合理性。人員所在區域溫度均在25℃左右，且腳踝處速度均低于0.2m/s，符合規范要求。

2）觀眾廳采用二次回風系統與一次回風系統+再熱相比，其節能效果更加明顯。

3）劇場對噪聲控制的要求較高，需要進行合理的噪聲設計。

[1]中華人民共和國建設部.劇場建筑設計規范(JGJ57-2000)[S].北京:中國建筑工業出版社,2001

[2]李惠風,王鴻章.影劇院空調設計[M].北京:中國建筑工業出版社,2007

[3]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2008

[4]孫敏生,王威,萬水娥.國家大劇院觀眾廳空調系統和氣流組織方式的設計和分析[J].暖通空調,2003,33(3):128-132

[5]范存養.大空間建筑空調設計及工程實錄[M].北京:中國建筑工業出版社,2004

The Des ign o f the Ven tila tion and A ir Cond ition ing Sys tem o f a Thea te r in Jinan

WEIShu-guang
Shandong Tongyuan Design Group Co.,Ltd.

In this paper,the design detailsofMuseum Cultural Center of Shandong Provincialwere introduced,and the air distribution of theaterwas simulated by CFD.Finally,the design of smoking evacuation system,ventilation system, noisevibration isolation system were introduced.

theater,air conditioning load,airdistribution,numericalsimulation,noise control

1003-0344（2014）03-082-3

2013-5-18

魏曙光（1982～），碩士，工程師；濟南市高新區舜華路2000號舜泰廣場11號樓四樓（250101）；E-mail:weisg1982@163.com