重慶某文化藝術中心空調設計

李智軍

中煤科工程集團重慶設計研究院有限公司

1 項目背景

本工程緊鄰重慶市人民公園，位于重慶市渝中區上、下半城之間。本建筑大部分為半覆土建筑，其屋頂種植地被植物和桶裝喬木等各種綠色植物，既滿足了渝中區居民文化活動的需求，又有效延續了公園面積，文化藝術中心與公園渾然一體。文化藝術中心建筑面積12298 m2，其中多功能劇場為800座中型劇場，建筑面積4150 m2。文化藝術中在251.5標高平臺以上為公園，251.5標高平臺以下為五層地下及半地下的覆土建筑。建筑效果圖如圖1所示。

圖1 建筑效果圖

2 中央空調系統設計

2.1 空調負荷及室內設計參數

空調房間室內設計參數見表1。

本建筑吊層部分屋頂覆土層設計厚度達1.50 m，且為半地下結構，為空調系統的節能創造了很好的條件。本工程的空調冷負荷采用鴻業負荷計算軟件4.0，采用的基礎資料為《重慶市公建筑節能設計標準》中推薦的數據。經逐時冷負荷計算，本工程空調冷負荷綜合最大值為：2887.5 kW，單位空調面積冷指標：188 W/m2。峰值出現在16∶00附近。

2.2 空調主機的選擇

結合重慶氣源較充足而電力緊張的現狀，空調系統冷熱源設計選用2臺16DNH040天然氣直燃型空調冷熱水機組，單機容量調節范圍為25%～100%，額定制冷工況下能效比達1.36，滿足國家有關節能規定[1]。考慮多功能劇場運行管理的獨立性，原設計擬為劇場單獨設置空調主機，但受工程投資和規劃方面的限制而放棄，這可能是本工程主機選擇的一個遺憾。天然氣直燃機房設置于吊四層（平西三街層），根據有關消防規定，直燃機房設有不小于機房地面積10%的通風泄爆口，同時設有與天然氣緊急切斷閥相聯鎖的機械排風系統。

2.3 空調系統及節能

本建筑各層均采用風機盤管或吊頂空調器加各層獨立的集中新風系統。本著節省投資及能耗并重的思路，本工程主要采用了以下一些節能措施：

1）本工程空調水系統采用2管制機械循環，立管為同程式，各層水平管為異程式。空調水系統采用一次泵系統，一次泵采用變頻調速控制。空調主機為定流量運行，末端水系統為變流量運行。空調水系統的定壓采用高位膨脹水箱方式。空調冷熱水系統的最大輸送能效比（ER）不超過0.00433，滿足節能要求[1]。

2）空調冷熱源系統采用下列自動監測和控制：

①對系統冷、熱量的瞬時值和累計值進行監測，直燃機組采用由冷量優化運行臺數控制的方式。

②直燃機組、水泵、冷卻塔等設備連鎖啟停。

③對供、回水溫度及壓差進行監測及控制。

④對主要設備（直燃機組、水泵、冷卻塔）運行狀態進行監測及故障報警。

3）空調冷卻水系統采用下列自動監測和控制：

①直燃機組運行時，冷卻水最低回水溫度的控制。

②冷卻塔風機的運行臺數控制 (未采用變速調節)。

4）空調風系統采用下列自動監測和控制：

①室內空氣溫度的監測和控制。

②設備運行狀態進行監測及故障報警。

③組合式機組和吊頂空調機組空氣過濾器超壓報警或顯示。

5）末端空調器設自控裝置，可根據房間空調參數測定值與設定值之差，利用電動三通風閥自動調節空調器新回風混合比。還可利用空調器冷、溫水管路上的電動二通閥及壓差控制閥，自動調整進入空調器的冷、溫水流量，使空調房間的室內溫度比較穩定地達到要求。末端變水量的風機盤管采用電動溫控閥和三擋風速結合的控制方式。

6）為調整各水環路的水力平衡，在系統總供回水管之間設自力式旁通壓差控制閥。同時，在各層水平環路上設有壓差控制閥，以控制各分支管路的水力平衡，使系統平穩運行。

3 多功能劇場的空調設計

經渝中區政府及文廣新局的確認，本劇場為800座中型劇場，建筑面積4150 m2。要同時滿足歌舞話劇、放映、大型會議等多功能的使用要求。劇場夏季室內設計溫度26～28℃，冬季室內設計溫度16～18℃，同時，觀眾廳人員處室內氣流速度不宜大于0.25 m/s，舞臺人員處室內氣流速度不宜大于0.20 m/s。經與舞臺專業設計單位協商，本工程針對觀眾廳和舞臺采用不同的空調氣流組織[3]。

1）觀眾廳建筑面積約 537 m2，設備負荷按13 W/m2、照明負荷按10 W/m2計入負荷計算。觀眾廳為高大空間建筑，最大空高達17 m以上，共設計座位800個，分為樓座和堂座，設計新風量為20～25 m3/(h·p)。觀眾廳計算最大冷負荷為246.42 kW，冷指標459 W/m2。

觀眾廳樓座設組合式空調機組1臺，氣流組織為上送下回。空調系統采用旋流風口頂送風，座位下設置側壁單層百葉回風口66個，回風經座位下結構夾層回到空調機房。在堂座2側各設組合式空調機組1臺，氣流組織為上送下回。空調系統采用旋流風口頂送風，座位下設置189個回風柱，回風經座位下結構夾層回到空調機房。樓座和堂座的空調機組均為定風量運行[3]。（因受建筑結構的限制，觀眾廳沒有采用分層空調形式。）

2）舞臺及側臺建筑面積約555 m2，舞臺設備負荷按50 W/m2計入負荷計算。舞臺設計單位提供的照明負荷最大可達600～700 W/m2，按250 W/m2計入負荷計算。舞臺人員密度按0.1 p/m2計算，設計新風量為30～50m3/(h·p)。舞臺計算最大冷負荷為209.45 kW，冷指標377 W/m2。

舞臺部分設置組合式空調機組1臺，氣流組織為上送下回。空調系統利用舞臺側墻上的20個￠400球形噴口送風，在兩側臺設置單層百葉回風口，回風經風管引回空調機房。為了盡可能降低空調送風氣流對演出的影響，舞臺空調機配置雙速風機，低速時送風量約為12000 m3/h，可同時滿足過渡季通風要求。空調送風球形噴口均為電控風口，可根據舞臺演出情況電動調節噴口的轉角和啟閉。同時，可調節空調機組的風機轉速，使噴口射流對演出的影響降到最小。過渡季全新風運行時，空調機組的風機低速運行，滿足通風需要[3]。

觀眾廳及舞臺的空調機組均可利用電動三通風閥自動調節新回風混合比。還可利用空調器冷、溫水管路上的電動二通閥及壓差控制閥，自動調整進入空調器的冷、溫水流量，使空調房間的室內溫度比較穩定地達到要求。排風系統均采用雙速低噪聲排風機，空調時低速排風，過渡季時高速運行，滿足通風需要。

圖2 劇場觀眾廳及舞臺的空調系統布置剖面圖

劇場觀眾廳及舞臺的空調系統布置剖面示意圖如圖2。

4 多功能劇場排煙系統

多功能劇場觀眾廳及舞臺分別設置機械排煙系統，劇場觀眾廳、舞臺凈空高度均大于6.0 m，防火分區內不再劃分防煙分區。排煙口采用常開單層百葉風口，排煙風機風量按每平方米地面積不小于60 m3/h計算。排煙風管與空調送風管在劇場頂棚下交錯不重疊布置。火災時開啟排煙風機及機械補風機，進行排煙。多功能劇場同時設置有機械排風系統，空調時低速排風，過渡季通風時高速排風。火災時多功能劇場所有平時空調和通風設備均自動關閉。

5 工程難點和問題

文化藝術中心內的多功能劇場，其空調回風采用的是座位下回風，在座位下設有結構夾層，同時在觀眾廳兩側設有回風用的雙墻結構。回風路線為：座位下回風口→座位下結構夾層→2側雙墻→空調機組。

在工程實施時，安裝單位應密切配合土建單位進行所有預留洞和預埋件的設置工作，同時土建施工時應隨時作好座位下結構夾層和兩側雙墻內的清潔工作，確保空調回風路線的暢通和清潔。這是劇場空調系統成敗的關鍵工作。

6 工程進展情況

本工程各項設計于2007年順利通過渝中區文廣新局組織的兩次專家評審，整個工程于2010年竣工驗收。已舉辦了多次大型文藝演出和報告會，建筑及空調系統使用良好，達到了設計要求。