建築概況
主要分為3個區,其中A區包括包括一個1117座的劇場,一個280座的音樂廳及為劇場服務的門廳、休息大廳、化妝間、排練廳等,空調總面積7500 ㎡;B區一-四層為規劃展示中心,空調總面積7000 ㎡,五層為辦公用房,1500 ㎡;C區為行政審批中心,空調總面積5000 ㎡。整棟建築一般為5層。建築外形大部分採用玻璃幕牆。項目完成設計於2004年,2008年1月投入使用。
空調系統的劃分
由於該建築功能較為複雜,投入使用後的隸屬單位也較多,在建築設計時就在分區上做了考慮,空調系統也根據使用功能的需要做了多套系統。大致上按A、B、C三個區分別設定獨立的空調系統。其中A區為電製冷+鍋爐供熱的水空調系統,B區為風冷熱泵冷熱水機組的水空調系統,C區為多在線上系統。以下按各分區分別敘述。
A區
劇場舞台,觀眾廳,休息大廳,後台化妝間,音樂廳等採用冷熱水集中空調系統(三級)
空調總面積7500M2,夏季總冷負荷1850KW,面積冷指標247W/M2;冬季總熱負荷1380KW,面積熱指標184W/M2。供冷採用一台1500KW和一台450KW螺桿式電制冷機,僅音樂廳需供冷或劇場彩排等可只開啟一台小冷水機,所有區域均需供冷時兩台完全開啟,其他情況根據需要開啟。冷凍水額定供回水溫度7-12℃,冷卻水額定供回水溫度32-37℃。供熱採用一台900KW的電鍋爐和一個125M3的蓄熱水箱,夜間蓄熱,白天根據情況採用水箱釋熱或與電鍋爐聯合供熱。
劇場舞台空調採用四台組合式空調機組,對主台和側台分別送風(三級)
主台送風管布置在台口兩側,同時設噴口側送風和旋流風口下送風,每個風口前設無級調速電動風閥,可根據演出需要進行開關和調節,空調機組出風管段上設壓力感測器,根據壓力信號調節風機轉速,變風量運行。
觀眾廳一樓採用座椅送風系統每隻座位下設一個¢100的座椅送風口,每隻送風量約70M3/H。空調機組設於一樓座位下的地倉內,整個地倉作為一個送風靜壓箱,地倉內壁及底板頂板均設保溫層。系統採用新迴風比可調的控制方式,可在過度季節實現全新風運行。
觀眾廳二樓採用旋流風口下送觀眾廳二樓採用旋流風口下送,冬夏季可電動調節送風角度。系統採用新迴風比可調的控制方式,可在過度季節實現全新風運行。
休息大廳均採用組合式空調器散流器下送風
休息大廳均採用組合式空調器散流器下送風,定風量運行。
音樂廳觀眾席採用組合式空調器旋流風口下送風
系統採用新迴風比可調的控制方式,可在過度季節實現全新風運行。音樂廳舞台採用組合式空調器條縫型散流器下送風,系統採用變頻控制方式,可根據演出需要變風量運行。
後台化妝間等採用風機盤管加新風系統
吊頂式新風機設在三樓,分別送至二三層各房間。
採用可變製冷劑流量的多在線上系統
四層辦公、演出公司、五層練功房等分別採用可變製冷劑流量的多在線上系統。
後台電氣控制室,聲控光控機房,消防值班室等分別採用獨立的空調系統
放映室與聲控光控機房一起設定兩套空調系統,中央空調系統為全新風直流系統,當中央空調系統不開啟時又有工作需要時開啟獨立空調,原中央空調系統的空調器開啟風機做送風用,排風機風量滿足15次/小時換氣。
空調水系統採用二管制,閉式一次泵,變流量異程式系統
每台組合式空調器回水管上設平衡閥,其中為劇場及音樂廳內部服務的機組上設動態壓差平衡閥,其餘部位設靜態平衡閥。空調末端支管上均電動調節二通閥,風機盤管採用雙位式閥;組合式空調器等採用等百分比閥,根據室內溫度控制冷熱水流量,並設熱水最小開度限制以防凍,且電動調節二通閥與風機聯鎖,以達到節能的目的。
B區
B區一-四層為規劃展示中心,空調總面積7000 M2,夏季總冷負荷1120KW,面積冷指標160W/M2;冬季總熱負荷700KW,面積冷指標100W/M2。採用三颱風冷熱泵機組,設於屋面,每台額定供冷量420KW,額定供熱量480KW。冷水循環泵等設於地下層空調水泵房。每層設組合式空調機組散流器下送風,定風量運行。小房間採用風機盤管加新風方式,新風采用新風機處理至室內溫度後送至各房間。
B區五層為辦公用房,空調總面積1500M2,採用可變製冷劑流量的多在線上系統。
C區
C區為行政審批中心,空調總面積5000 M2,採用可變製冷劑流量的多在線上系統。
主要設計思路的分析
該項目BC區為常規的空調系統,較為簡單。整個工程成敗的關鍵在於A區,而A區的關鍵在於舞台和觀眾廳的空調設計。
舞台的空調設計
舞台空調設計的要點是處理好噪聲和干擾氣流,因為任何一點的噪聲都會對演出效果造成重大的影響,而由於大幕較為輕薄,稍大一點的氣流就會使幕布產生晃動影響視覺效果。可以說,把舞台的空調設計好了,就意味著劇場的空調成功了一半。為解決好這一難題,該項目舞台部分設計了4台組合式空調機組,設定在兩側側台的下一層,對主台和側台分別送風。機組進出風口均設定了消聲靜壓箱,進出風主管風速3.8M/S。主台設計了2台22000M3/H的組合式空調機組,送風管布置在台口兩側,為避開舞台上方的設備,高度設在約8~9米處,同時設11隻¢400噴口側送風和5隻¢400旋流風口下送風,風口流速3.2~4.4M/S。每個風口前設無級調速電動風閥,可根據演出需要進行開關和調節,空調機組出風管段上設壓力感測器,根據壓力信號調節風機轉速,變風量運行。迴風口設定在側台靠近台口部位,風口流速2.78M/S。經冬季調試運行,發現不僅舞台的溫度達到20~25℃,而且幾乎聽不到氣流的噪聲,幕布除一處緊貼出風口處稍有晃動外,也基本不影響視覺效果。可以說完全達到了設計效果。側台設計了2台11000M3/H的組合式空調機組,送風管布置在側台後側,4隻¢500的噴口側送風,風口流速4.86M/S,迴風口設定在側台後部,風口流速2.78M/S。
觀眾廳的空調設計
劇院裡,和觀眾最親密接觸的就是觀眾席了。由於觀眾廳高度達14~18米,採用常規的下送風方式將很難達到理想的空調效果,且消耗很大的能量。本項目在設計之初就與業主反覆溝通,並借鑑了其他城市類似項目的成功經驗,決定在一層觀眾廳採用置換式送風方式,送風口結合座椅設定(共775座),觀眾廳側牆上結合裝修設定幾處迴風口,頂部設排風口。計算所需新風量16000M3/H,新風冷負荷140KW,室內冷負荷146KW,採用一次迴風處理方式,系統送風量46500M3/H,送風狀態點19.5℃。考慮一定的設計裕量,選用3台18000M3/H的4排管組合式空調器,設定在一層觀眾廳後部樓座下的設備機房內。經設備處理後的空氣用送風管分三根送至觀眾廳下部的地倉內,送風管上均勻開設送風口,空氣經風口再由座椅下的送氣孔均勻送至觀眾廳。每個座椅下送氣孔的送風量為70M3/H。
觀眾廳二層的空調採用旋流風口下送的方式。新風量7000M3/H,新風冷負荷61KW,室內冷負荷71KW,採用一次迴風處理方式,系統送風量24700M3/H,送風狀態點19.6℃。
經冬季調試運行,發現一層、二層觀眾廳的溫度達到16~20℃,幾乎聽不到氣流的噪聲,僅觀眾廳前幾排與後排相比溫度略顯低。分析可能與觀眾廳前部側壁沒有設定迴風口有關。本來設計中在觀眾廳前中後部分別留有迴風口,但由於內裝單位與安裝的施工配合出現了一點問題,致使漏設一處風口,因工期緊張,調試前未來得及整改。
冷熱源設計
考慮到整個劇場空調系統很少同時使用,供冷系統設計了一大一小兩台電制冷機,僅音樂廳需供冷或劇場彩排等可只開啟一台小冷水機,所有區域均需供冷時兩台完全開啟,其他情況根據需要開啟。這樣就很好地滿足了用戶在各種情況下的需求,避免了單台機組過大,大部分時間處於低效率運行情況的發生。
該項目熱源的選擇頗費了一番周折。最初考慮了外部蒸汽熱源供熱或自備燃氣熱水爐的方案。但考慮到劇場在冬季的使用頻率並不高,使用外部蒸汽熱源需要很大一筆增容費,每次使用時又要負擔大量的管網損耗,且受到外部因素的影響較大,經濟上相當划不來。使用燃氣熱水爐,也面臨同樣的問題,由於用氣時間短,用氣總量小,燃氣公司的增容費也居高不下。最後選擇了採用電鍋爐加蓄的方式,採用一台900KW的電鍋爐和一個125M3的蓄熱水箱,夜間蓄熱,白天根據情況採用水箱釋熱或與電鍋爐聯合供熱。此方案幾乎無需額外增加電增容費,這就省掉一大筆初投資,另外利用了峰谷電價差,供電部門提供了很好的電價支持,使得運行費用也占有很大優勢。由於劇場的使用特性決定了空調的開啟具有很大的可預約性,完全可以通過蓄熱的方式實現提前供熱。
總結
劇場空調設計的關鍵在於舞台和觀眾廳。舞台採用側送加下送的方式,通過控制主風管和出風口的風速,可以很好的滿足溫度場的要求,且不會產生討厭的噪聲。觀眾廳採用座椅送風方式,不僅可以很好的解決高大空間送熱風難的問題,而且能大大節約運行能耗。觀眾在觀看演出時,感受不到氣流的存在,卻能享受到空調帶來的舒適。