合川文化藝術中心劇場負荷分析與氣流組織設計

夏 虹

（重慶市設計院 重慶 400015）

合川文化藝術中心劇場負荷分析與氣流組織設計

夏 虹

（重慶市設計院 重慶 400015）

通過對合川文化藝術中心劇場冷負荷的計算及分析，筆者認為在劇場等間歇性使用且人員密集場所的大空間公共建筑中，構成空調冷負荷的主要部分是人體發熱及新風負荷；因此在空調系統的使用過程中，應根據人員密度的變化來調節系統的運行，達到節能的目的。在氣流組織設計時，宜選用傾角可調的噴口來滿足冬、夏工況的使用要求。

劇場；冷負荷分析；氣流組織；節能運行

1 建筑概況

合川文化藝術中心位于重慶市合川區，與合川區政府隔街相望。建筑面積約5萬m2，建筑功能主要包括劇場、會展、中庭及培訓中心等，其中劇場、會展、中庭均為高大空間。本文主要分析劇場空調負荷的分布負荷特征情況及氣流組織設計要點。

2 空調負荷的計算及分析

根據《公共建筑節能設計標準》及《采暖通風與空氣調節設計規范》，對集中空調系統必須進行熱負荷及逐項逐時的冷負荷計算。本工程空調熱負荷及逐時逐項冷負荷的計算軟件采用的是上海華電源信息技術有限公司與上海現代建筑設計集團有限公司開發的HDY-SMAD暖通空調負荷計算及分析軟件；室外設計參數以重慶市的氣象參數為依據；室內計算參數見表1，通過軟件的計算結果見表2。夏季總冷負荷采用綜合最大值，即從各空調區逐時冷負荷相加之后得出的數列中找出的最大值。

2.1 主要房間室內設計參數（表1）

表1

2.2 負荷計算結果（表2）

表2

圍護結構參數按照建筑節能計算報告書確定。由于劇場及會展不會同時使用，因此空調系統總冷負荷按劇場與會展中的大值與中庭相加確定。

2.3 劇場負荷特征

以下是夏季劇場舞臺及觀眾廳逐項空調冷負荷的計算值，冷負荷最大值的出現時間為16：00。由于負荷的大小與室外空氣焓值緊密相關，所以冷負荷的最大值一般也出現在室外焓值較高的時刻。

2.3.1 舞臺（表3）

面積:995.00m2；人員密度:由演出人數確定；

夏季總冷負荷(含新風/全熱)為321.1kw；

夏季新風冷負荷為107.5kw；

夏季人員冷負荷(全熱)為25.1kw；

夏季設備及其它冷負荷為138.0kw；

夏季照明冷負荷為28.1kw；

夏季圍護冷負荷為22.4kw；

夏季總濕負荷為26954.55g/h。

表3

2.3.2 觀眾廳（表4）

面積:780.00m2；人員密度:由座位數確定；

夏季總冷負荷(含新風/全熱)為414.8kw；

夏季新風冷負荷為171.8kw；

夏季人員冷負荷(全熱)為152.3kw；

夏季設備及其它冷負荷為48.5kw；

夏季照明冷負荷為9.6kw；

夏季圍護冷負荷為32.6kw；

夏季總濕負荷為166626.72g/h。

2.3.3 劇場觀眾席部分與舞臺部分夏季冷負荷的區別

從以上舞臺、觀眾廳空調冷負荷的構成比例來看，劇場觀眾席部分與舞臺部分夏季冷負荷有很大的區別。觀眾席部分的負荷特征為：人員密度大，因此人體發熱點總負荷及所需求的新風負荷比較大，舞臺部分的負荷主要由設備發熱需求的冷負荷及人員需求的新風負荷構成。對于圍護結構而言，外墻面積雖大，但一般均為無窗建筑或外窗很小，所以圍護結構的冷負荷并不大。

表4

劇場建筑是非常年運行的、間歇性使用的建筑物，人員短期密集，最大負荷出現的時間與運行時間并非一致；同時劇場是一個封閉的具有一定蓄熱能力的空間，具有較大的預冷（預熱）負荷，因此在可提前開啟空調系統，并在新風管道上設置電動控制閥，預冷及預熱的時間內將新風完全關閉，達到節約能源的目的。

3 劇場空調氣流組織設計

3.1 風口確定

劇場舞臺、觀眾廳均為高大空間，因此設計采用單風道低速全空氣系統。送風口采用噴射風口。噴口送風是依靠噴口吹出的高速射流實現送風的方式，其主要特點是送風速度高、射程遠，射流帶動室內空氣進行強烈混合，使得速度逐漸衰減，并在室內形成大的回旋氣流，從而使空調區獲得較均勻的溫度場及速度場。噴口送風特別適合于高大空間公共建筑空調工程使用。

3.2 風口的校核計算

采用不同的空調方式和氣流組織對室內溫度的分布有較大影響，分層設置空調送風可以更好地保證人員活動區域的空調效果。本設計采用噴口側送，并在側墻下部即靠近人員活動區域處集中設置空調回風口。為減少空間上部區域向空調區的熱轉移，在舞臺及觀眾廳的上部分別設置有機械排風系統用以排出建筑物上部的熱空氣。

劇場舞臺及觀眾廳的空調送風量分別為40000m3/h及60000m3/h。設計中根據與建筑專業的配合確定空調送回風管道及風口的平面布置。參照《實用供熱空調設計手冊》噴口送風速度vs：

式中的阿基米德數Ar在不同的噴口傾角時其計算公式不一致。

當β=0且送冷風時：

當β角度向下且送冷風時：

當β角度向下且送熱風時：

下面是對空調噴口布置的校核計算，以觀眾廳空調支管上風口為例(按照妥思噴口校核)，其結果滿足使用要求。

3.2.1 劇場觀眾席（空調送風量8800 m3/h）

噴口選擇：DUK系列，型式：可調式，規格：DUK-V/315，數量：10臺。

3.2.2 劇場舞臺（空調送風量10000 m3/h）

噴口選擇：DUK系列，型式：可調式，規格：DUK-V/400，數量：8臺。

通過計算得知，夏季工況供冷時的送風角度為15°，冬季工況供熱時的送風角度為45°。冬季送風角度超過最大翻轉角度30°，噴口宜接管傾斜向下15°。

4 結論

（1）在劇場觀眾廳等人員密集的大空間公共建筑中，構成空調冷負荷的主要得熱量是人體發熱量及新風熱量，這兩部分熱量分別占室內計算空調冷負荷的37%及41%左右，而通過圍圖3 熱風送風示意圖護結構傳入的熱量僅為8%。

表5 已知參數

圖1 劇場空調布置圖

表6 夏季工況

圖2 冷風送風示意圖

表7 冬季工況

（2）通過對劇場逐時計算負荷值的分析，最大負荷的出現時間是16：00，但劇場隨室外氣溫的變化而產生的波動較小，劇場總冷負荷幾乎可認為是一個定值。應當指出計算軟件對室外新風的焓值未作任何修正，這與實際情況不符，但可作為有利因素而忽略新風焓值的下降。

（3）根據人員數量的變化制定運行調節方案是系統節能的關鍵。因此劇場等人員密集場所應設置二氧化碳探測儀，并根據其濃度的變化來調節新回風比和冷凍（熱）水流量以確保系統節能運行。

（4）大空間的空調效果，需要合理的氣流組織設計來保證。若采用噴口送風，則噴口的傾角應可任意調節，尤其是冬季使用時間，應調節風口的送風角度，以防止熱射流上浮。

[1]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,2007.

[2]全國民用建筑工程設計技術措施暖通空調動力[M].北京:中國計劃出版社,2009.

責任編輯：余詠梅

懸挑構件工程變更改變配筋

1工程變更原因

某職工宿舍樓為鋼筋混凝土框架結構，因受場地限制，只能建造單排宿舍，北立面二層以上為懸挑走廊，外挑凈長1800mm，磚砌欄板120mm厚，1050mm高。由于該宿舍樓鄰近汽車運煤道路，灰塵較大，開工以后。建設單位提出在一層地面增加欄板墻基礎，把地面一層走廊以及二層以上的走廊全部封閉，走廊外側對應每間宿舍設一大窗，位置居中，窗臺面即為欄板頂面，窗口上平面為上一層走廊邊梁(連續梁)梁底，在各窗間設磚垛，兩磚垛間增設抗震構造柱。構造柱中線位置與走廊挑梁中線在同一軸線上。構造柱施工后成為原設計走廊挑梁的端支點，使走廊挑梁的受力情況由框架施工階段的懸臂梁變為圍護工程完成以后的外伸梁。

2挑梁配筋設計

原設計挑梁上部縱筋為受力主筋。主體框架施工階段，走廊挑梁的受力符合原設計意圖，但變更增加走廊圍護后，挑梁下有鋼筋混凝土抗震構造柱，且底層圍護結構增加了基礎，走廊挑梁受力形式改變。挑梁下出現了構造柱支點，懸臂梁已變為外伸梁。因此，及時聯系設計單位對該構件配筋設計進行了修改。

3工程竣工后構件狀況

目前，該工程已竣工投入使用，經定期觀測，該構件關鍵部位均無變形、裂縫等缺陷。全面考慮鋼筋混凝土構件在工程變更后，其受力形式若發生改變，應及時聯系設計單位，修改混凝土構件的配筋。

(摘自：《建筑工人》）

Load Analysis and Air Distribution Design Adopted in Building A Theater in Hechuan's Culture and Art Center

Having done calculation and analysis on theater of Hechuan Culture and Art Center,the author drew a conclusion that in public buildings with large space theaters which have high occupant density and which are not operated continually.major cooling load are heat releasing from human body and the fresh air cooling load.So the operation of HVAC system should be adjusted according to occupant density during its usage for the sake of energy.It is suggested that jets with adjustable angles to be applied to satisfy condition shift between summer and winter.

theater;cooling load analysis;air distribution;energy saving operation

TU831.2

A

1671-9107（2011）08-0035-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2011.08.035

2011-05-09

夏虹（1965-），女，重慶人，高級工程師，主要從事暖通專業的設計及技術管理工作。