簡述濟(jì)南大劇院暖通空調(diào)設(shè)計(jì)

劉洋

（北京市建筑設(shè)計(jì)研究院3M2，北京 100045）

1 工程概況

濟(jì)南省會(huì)文化藝術(shù)中心（大劇院）位于山東省濟(jì)南市西客站片區(qū)，為滿足承辦2013年第10屆中國藝術(shù)節(jié)的需要，大劇院及相關(guān)配套作為省會(huì)文化藝術(shù)中心項(xiàng)目一期建設(shè)的內(nèi)容，是最先建設(shè)啟動(dòng)的部分。大劇院建筑由三個(gè)觀眾廳：歌劇廳、音樂廳、多功能廳及輔助功能構(gòu)成，各主要功能分區(qū)見圖1所示。建筑面積為74776m2，建筑最高點(diǎn)標(biāo)高：47.55m。

觀眾廳座位數(shù)：歌劇廳1685座，音樂廳1512座，多功能廳476座。

A區(qū)：音樂廳；B區(qū)：多功能廳；

C區(qū)：歌劇廳；D區(qū)：消防環(huán)廊。

圖1 各功能分區(qū)分布示意圖

本文僅介紹A區(qū)和B區(qū)部分的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)。A區(qū)為地下一層和地上六層，最高點(diǎn)標(biāo)高為：39.780。B區(qū)為地下一層和地上八層，最高點(diǎn)標(biāo)高為：35.020。

2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 室內(nèi)主要區(qū)域設(shè)計(jì)參數(shù)

注：以上面積均指使用面積。

2.2 總負(fù)荷量統(tǒng)計(jì)

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3 冷熱源和空調(diào)冷熱水系統(tǒng)

3.1 冷源

在大劇院西側(cè)能源中心（能源中心由濟(jì)南同圓設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)），空調(diào)系統(tǒng)冷源采用基載主機(jī)+冰蓄冷系統(tǒng)，提供大劇院5/13℃冷凍水。主干管設(shè)置在大劇院北側(cè)消防環(huán)路地下商業(yè)最南側(cè)管廊內(nèi)，由管廊分別接入音樂廳、多功能廳及歌劇廳。采用區(qū)域蓄冷供冷可保證大劇院的用冷安全度及過渡季用冷負(fù)荷量、冬季內(nèi)區(qū)用冷負(fù)荷量，大劇院夏季最大用冷負(fù)荷為9835kW。

3.2 熱源

本工程的空調(diào)、采暖熱源為市政熱力，在大劇院西側(cè)能源中心（能源中心由濟(jì)南同圓設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)）設(shè)置二次熱交換站及熱計(jì)量，提供大劇院60/50℃空調(diào)系統(tǒng)用熱水及提供50/40℃低溫?zé)崴孛孑椛洳膳到y(tǒng)用熱水。主干管設(shè)置在大劇院北側(cè)消防環(huán)路地下商業(yè)最南側(cè)管廊內(nèi)，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(shè)計(jì)溫度為110/70℃。

3.3 空調(diào)冷熱水系統(tǒng)

大劇院空調(diào)冷熱水系統(tǒng)采用分區(qū)兩管制水系統(tǒng)，變流量運(yùn)行。分別為風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)、空氣處理機(jī)組系統(tǒng)、輻射地板系統(tǒng)。

化妝間內(nèi)區(qū)風(fēng)機(jī)盤管及個(gè)別散熱量非常高的舞臺(tái)機(jī)械及燈光音響控制室空調(diào)機(jī)組空調(diào)冷水系統(tǒng)全年使用。

風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)采暖熱水系統(tǒng)和熱輻射地板系統(tǒng)冬季全天運(yùn)行，以保證冬季夜間值班采暖的需要。

空調(diào)冷熱水系統(tǒng)均采用板式換熱器間接供冷供熱的二次循環(huán)系統(tǒng)，負(fù)荷側(cè)二次水循環(huán)泵均采用變頻泵，根據(jù)供回水壓差控制變頻泵的轉(zhuǎn)速，根據(jù)流量控制變頻泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。換熱機(jī)組一次水進(jìn)水管道上設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)二次側(cè)的出水溫度調(diào)節(jié)一次側(cè)的流量。

空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)置補(bǔ)水泵和氣壓罐定壓，在熱交換站設(shè)軟化水系統(tǒng)。系統(tǒng)由水力自控型全自動(dòng)離子交換軟水器、軟化水箱、軟水補(bǔ)水泵等組成，自來水被軟化后，用于空調(diào)系統(tǒng)的補(bǔ)水。補(bǔ)水泵受氣壓罐內(nèi)壓力變化控制啟停。

4 劇場空調(diào)設(shè)計(jì)

4.1 音樂廳觀眾廳空調(diào)系統(tǒng)

音樂廳觀眾廳總座位數(shù)位1512座，其中池座為946座，樓座為566座。其空調(diào)系統(tǒng)采用全空氣定風(fēng)量系統(tǒng)，池座總送風(fēng)量為52640m3/h，樓座總送風(fēng)量為26100m3/h。池座和樓座送風(fēng)各選兩臺(tái)空調(diào)機(jī)組，對(duì)稱設(shè)置于地下一層的空調(diào)機(jī)房內(nèi)。機(jī)組處理后的空氣經(jīng)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(qū)采用置換式通風(fēng)，送風(fēng)口設(shè)在座椅下，回排風(fēng)設(shè)在上部燈光設(shè)備發(fā)熱量集中的面光室、耳光平臺(tái)等部位，利用建筑的吊頂縫隙作為回排風(fēng)口；通過回風(fēng)溫度控制水閥開度，以保證室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度。夏季以最小新風(fēng)比運(yùn)行，因散濕量較大夏季需要二次回風(fēng)，滿足室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，過渡季全新風(fēng)運(yùn)行 (最大新風(fēng)比70%)，冬季可通過調(diào)節(jié)新風(fēng)比和加熱量送適宜溫度的冷風(fēng)以消除內(nèi)區(qū)余熱。最小新風(fēng)及過渡季全新風(fēng)排風(fēng)機(jī)設(shè)置在地下一層，從地面以上建筑側(cè)墻排出。

另外，樂池部分單獨(dú)設(shè)置一臺(tái)空調(diào)機(jī)組，設(shè)置于地下一層的空調(diào)機(jī)房內(nèi)，其送風(fēng)量為8400m3/h。機(jī)組處理后的空氣經(jīng)凈化殺菌裝置和消聲裝置送至升降樂池臺(tái)倉的側(cè)面，送風(fēng)口與回風(fēng)口左右對(duì)稱布置。送風(fēng)口采用雙層百葉，大小為1600x600；回風(fēng)口采用單層百葉，大小為1600x500。

觀眾廳池座送風(fēng)平面及剖面見圖2-1～圖2-2。

4.2 多功能廳觀眾廳空調(diào)系統(tǒng)

多功能廳觀眾廳采用全空氣定風(fēng)量系統(tǒng)，總送風(fēng)量為32000m3/h。該系統(tǒng)的組合式空氣處理機(jī)組設(shè)置于地上六層的空調(diào)機(jī)房內(nèi)，機(jī)組處理后的空氣經(jīng)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(fēng)管設(shè)置于柵頂層，選用8個(gè)筒形噴口φ300，每個(gè)風(fēng)量為875m3/h；另外兩路均采用溫控條形噴口，其大小為700x153，設(shè)置在馬道下面，均分余下的25000m3/h的風(fēng)量。觀眾廳的回風(fēng)方式為上回風(fēng)，利用柵頂?shù)目p隙作為回風(fēng)口，通過柵頂上部的總回風(fēng)管道被送回空調(diào)機(jī)組；通過回風(fēng)溫度控制水閥開度，以保證室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度。夏季以最小新風(fēng)比運(yùn)行，過渡季全新風(fēng)運(yùn)行(最大新風(fēng)比70%)，冬季可通過調(diào)節(jié)新風(fēng)比和加熱量送適宜溫度的冷風(fēng)以消除內(nèi)區(qū)余熱。最小新風(fēng)及過渡季全新風(fēng)排風(fēng)機(jī)設(shè)置在六層空調(diào)機(jī)房內(nèi)從屋頂排風(fēng)百葉排出。

5 劇場防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

這里主要介紹音樂廳及多功能廳觀眾廳排煙系統(tǒng)，其他功能區(qū)的防排煙系統(tǒng)按常規(guī)方法設(shè)計(jì)，不再一一贅述。

5.1 音樂廳觀眾廳排煙系統(tǒng)

音樂廳觀眾廳的排煙系統(tǒng)位于五層?xùn)彭攲?，根?jù)文獻(xiàn)，觀眾廳的排煙量以13次/h換氣標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，或以90m3/m2·h換氣標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，兩者取其大者。經(jīng)計(jì)算，該系統(tǒng)的總排煙量為260000m3/h，選擇4臺(tái)風(fēng)量為78000m3/h的排煙風(fēng)機(jī)，設(shè)置于五層排煙機(jī)房內(nèi)。由于觀眾廳建筑吊頂為不規(guī)則形吊頂（靠觀眾廳兩側(cè)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(gè)大小為4685x400的排煙口，在平面吊頂左右對(duì)稱各布置兩個(gè)；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(fēng)局部平面圖

圖2-2 音樂廳觀眾廳池座送風(fēng)剖面圖

樂池臺(tái)倉排煙量計(jì)算按臺(tái)倉體積的6次/h換氣計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，選擇一臺(tái)風(fēng)量為7200m3/h的排煙風(fēng)機(jī)，設(shè)置于地下一層空調(diào)機(jī)房內(nèi)，其排煙主管道與樂池回風(fēng)主管道共用。

5.2 多功能廳觀眾廳排煙系統(tǒng)

多功能廳觀眾廳的排煙系統(tǒng)位于五層?xùn)彭攲右陨稀＝?jīng)計(jì)算，該系統(tǒng)的總排煙量為97500m3/h（計(jì)算方法同音樂廳觀眾廳），選擇一臺(tái)風(fēng)量為107250m3/h的排煙風(fēng)機(jī)設(shè)置于七層空調(diào)機(jī)房內(nèi)，其風(fēng)機(jī)出口主干管與觀眾廳排風(fēng)主干管合用；在五層?xùn)彭攲拥慕Y(jié)構(gòu)頂板下及梁格內(nèi)布置8個(gè)方向朝上的800×800排煙口。

6 劇場消聲設(shè)計(jì)

根據(jù)文獻(xiàn)，濟(jì)南大劇院屬于甲等劇院，觀眾席背景噪聲應(yīng) NR25，必須進(jìn)行嚴(yán)格的噪聲振動(dòng)控制設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)選用的消聲器為阻性片式消聲器。在具體的設(shè)計(jì)中是根據(jù)送、回風(fēng)等系統(tǒng)各個(gè)頻率所需要的降噪量、風(fēng)量、風(fēng)壓、可用空間等具體情況設(shè)計(jì)或選用具體的消聲器。另外，部分直接從空調(diào)機(jī)房內(nèi)經(jīng)風(fēng)井直送樓座或池座的風(fēng)管，因?yàn)榭紤]到機(jī)房內(nèi)設(shè)備噪聲通過風(fēng)管透射的問題，要求在進(jìn)入風(fēng)管井道之前加強(qiáng)風(fēng)管隔聲，以下重點(diǎn)介紹音樂廳池座及樂池送風(fēng)的消聲設(shè)計(jì)。

6.1 音樂廳池座送風(fēng)的消聲設(shè)計(jì)

由于池座靜壓箱位于空調(diào)機(jī)房的上部，池座機(jī)組送風(fēng)路徑非常短，給消聲設(shè)計(jì)帶來很大難度?，F(xiàn)設(shè)計(jì)方案首先充分利用機(jī)房內(nèi)空間進(jìn)行消聲，在機(jī)房內(nèi)設(shè)置2個(gè)消聲靜壓箱和1節(jié)1500mm長的消聲器。但此時(shí)進(jìn)入到池座下靜壓倉內(nèi)的噪聲仍比較強(qiáng)烈，而靜壓倉與觀眾席直接相通，普通風(fēng)管和消聲器的外殼隔聲量都非常有限，因此不能采用常規(guī)消聲器，否則噪聲會(huì)直接從消聲器外殼輻射出來造成消聲“短路”現(xiàn)象。消聲設(shè)計(jì)采用設(shè)計(jì)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(gòu)造在靜壓倉內(nèi)建立隔聲消聲小室，小室內(nèi)全部進(jìn)行吸聲處理，同時(shí)在小室內(nèi)設(shè)置消聲片，以此來降低系統(tǒng)的低頻噪聲。送風(fēng)出消聲小室后再接1節(jié)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(fēng)的消聲設(shè)計(jì)

樂池位于1#空調(diào)機(jī)房的上部，樂池送風(fēng)的空調(diào)機(jī)組位于與1#空調(diào)機(jī)房僅隔一個(gè)走道的3#空調(diào)機(jī)房內(nèi)。樂池送風(fēng)管道進(jìn)入1#空調(diào)機(jī)房時(shí)，其內(nèi)部噪聲已被消除到很低的水平；而機(jī)房內(nèi)噪聲仍很強(qiáng)烈，因此該部分風(fēng)管需做二次隔聲處理，防止噪聲從機(jī)房通過風(fēng)管進(jìn)入到送回風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)。二次隔聲處理也稱為隔聲包扎，結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 隔聲包扎結(jié)構(gòu)示意圖

6.3 新風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)消聲

為降低噪聲對(duì)外環(huán)境的影響，新風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)也需進(jìn)行適當(dāng)?shù)南曁幚怼５捎谙到y(tǒng)風(fēng)量大，且風(fēng)量也不固定，因此不便在總管道上設(shè)置消聲器。采取新風(fēng)、排風(fēng)管道的大型連箱（靜壓箱）都做成消聲靜壓箱，通風(fēng)豎井內(nèi)四周都進(jìn)行吸聲處理，以盡量降低噪聲對(duì)外影響。

結(jié)語

濟(jì)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(shè)計(jì)研究院第三設(shè)計(jì)所完成施工圖及精裝修設(shè)計(jì)。由于劇場建筑的內(nèi)部功能復(fù)雜，暖通專業(yè)的設(shè)計(jì)工作難度較大，在此，結(jié)合濟(jì)南大劇院的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)劇場建筑的暖通專業(yè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)如下：

正確劃分空調(diào)系統(tǒng)，確定合理的系統(tǒng)參數(shù)劇場建筑內(nèi)典型的功能區(qū)有觀眾廳、舞臺(tái)、臺(tái)倉、公共大廳、排練廳、化妝區(qū)以及辦公管理用房等，這些功能區(qū)都應(yīng)該有獨(dú)立的空調(diào)系統(tǒng)，而且空調(diào)系統(tǒng)冬、夏季設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)該根據(jù)需要合理設(shè)定。

明確不同功能區(qū)的氣流組織形式：一般來說，座椅送風(fēng)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(cè)送風(fēng)等方式。舞臺(tái)的氣流組織形式也非常重要，規(guī)范中明確規(guī)定“舞臺(tái)送風(fēng)不得吹動(dòng)幕布及布景”。為了實(shí)現(xiàn)合理的氣流組織形式，不僅需要在空調(diào)系統(tǒng)中采取相應(yīng)的技術(shù)措施，還需要各相關(guān)專業(yè)從工程的初始階段就緊密配合，否則很難達(dá)到空調(diào)系統(tǒng)理想的使用效果。

注意特殊功能用房對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的相應(yīng)要求，由于使用時(shí)間不能和劇場同步以及大量發(fā)熱設(shè)備的存在，劇場內(nèi)的燈控室、聲控室、舞臺(tái)機(jī)械控制室等房間往往要求有獨(dú)立控制的空調(diào)系統(tǒng)，不能并入劇場的大系統(tǒng)。

機(jī)械化舞臺(tái)的臺(tái)倉也是一個(gè)比較特殊的區(qū)域，雖然在這個(gè)區(qū)域內(nèi)基本無人員活動(dòng)，但出于對(duì)演員舒適性的考慮，也要求為其設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)。

與聲學(xué)專業(yè)人員密切配合，嚴(yán)格控制空調(diào)系統(tǒng)的噪聲與振動(dòng)消聲和減振一直是劇場建筑的重要設(shè)計(jì)內(nèi)容之一，空調(diào)系統(tǒng)中有大量的振動(dòng)源和噪聲源，因此，與聲學(xué)專業(yè)的配合就必不可少。

[1]《劇場建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 57-2000，中國建筑工業(yè)出版社，2001年4月