援外大型劇場暖通空調設計

李猛

（中國鐵路設計集團有限公司 天津 300000）

1 項目概況

該劇場是我國對外援建的重點項目，是以文藝演出為主的標志性、示范性重要建筑。總建筑面積約1.5萬m2，地下一層，地上兩層，局部三層，建筑高度26.8m。主會堂設有1500座位，并設有舞臺和現代化設備，用于組織會議，電影，文藝表演等。

中部為A區，為劇院部分。以文藝演出為主，包括舞臺、后臺、1500座觀眾廳（池座1005，樓座495）、前廳展覽及相關附屬用房。西側B區功能包括多功能廳、會議室、休息及辦公、附屬用房等。東側C區功能有貴賓室、茶室、中醫理療室、活動室、圖書室、附屬用房等。地下一層有配電室、柴油發電機房、空調機房、制冷機房、水泵房、舞臺地下臺倉部分等（效果圖見圖1）。

圖1 劇場效果圖

2 冷熱源系統設計

本工程夏季空調設計冷負荷為2015kW，建筑面積冷負荷指標為144W/m2。項目地處熱帶地區，無冬季供暖需求。

設置集中供冷系統，為變流量一級泵空調冷水系統。設計采用2臺制冷量為1042kW水冷螺桿式冷水機組，設置于地下一層制冷機房內。冷凍水供回水溫度為7/12℃，循環水量為380m3/h；冷卻水供回水溫度為32/37℃，循環水量為460m3/h。設計選用2臺冷卻能力為350m3/h的超低噪聲角型開式橫流式冷卻塔，置于本劇場的側臺屋面上。采用智能定壓補水機組對空調冷水系統進行定壓，補水點設在循環水泵的吸入口處；組合空氣處理機及風機盤管系統均采用兩管制。冷源側為定流量運行，總供回水管之間設置理想特性為直線型的常閉壓差控制旁通閥；負荷側為變流量運行，組合式空調器入口設電動兩通調節閥，風機盤管設置電動兩通開關閥。冷凍水系統各層回水分支干管上設置靜態平衡閥及自力式壓差控制閥。靜態平衡閥在系統初調節階段進行設置，實現各支路靜態平衡；自力式壓差控制閥于系統運行時保障各支路的資用壓差，實現動態水力平衡。

冷水機組及冷卻塔的回水管上加設電動調節閥，兩臺冷水機組夏季可以同時運行；過渡季根據室外氣溫及室內熱負荷，當單臺冷水機組負荷加載率低于40%時，關閉相應的電動調節閥，只需開啟1臺冷水機組、冷卻塔及對應的冷凍水泵、冷卻水泵。

3 空調系統設計

本項目功能及分區較復雜，采用了多種空調系統形式。

（1）觀眾廳、舞臺、展廳采用全空氣空調系統。觀眾廳采用頂棚上送風下回風的氣流組織方式。其中，前區層高較高，采用旋流風口頂送風，風口結合裝修設置在弧形吊頂上；樓座區一、二層均設置方形散流器，頂送風。送風氣流組織良好，觀眾區溫度分布也比較均勻。同時可以簡化回風口和回風管道的布置。

舞臺采用側送風下回風的氣流組織方式，采用球形噴口從舞臺兩側向舞臺中央送風。

展廳、主會堂大廳等大空間采用上送下回及側送下回相結合的氣流組織方式，上送風口采用散流器，設于頂棚上，側送風口采用手動式條形噴口，回風口采用單層百葉風口，設于側墻回風井上。

（2）舞臺后臺的化妝室、服裝間及日常辦公會議區的會議室、學習室、辦公室、休息廳、茶室、中醫按摩室及貴賓室均采用風機盤管加新風系統。

（3）消防控制室采用分體空調。

（4）舞臺機械控制柜室，音響信息交換機房、字幕及燈光信號機房等房間按工藝要求根據發熱量配置多聯機空調。

4 項目特點及節能設計

該項目建設地點屬于熱帶季風氣候，夏季氣溫高，空氣濕度較大。空調計算干球溫度為38℃，夏季空調計算濕球溫度為28.5℃，最熱月平均相對濕度為85%，這使該建筑的新風熱、濕負荷很大。為了降低新風系統的熱、濕負荷，全空氣系統的組合式空調器采用了轉輪式全熱交換空調機組，機組內設有轉輪熱回收器。其內部是一個以恒速轉動的轉輪，表面為具有吸濕性能的鋁箔材料制成，裝配在一個使氣流逆向而不互相干擾通過的箱體內，由傳動裝置驅動皮帶驅動。轉輪作為蓄熱芯體，新風通過轉輪的一個半圓，而同時排風通過轉輪的另一半圓，新風和排風以相反的方向交替流過轉輪。新、排風間存在著溫度差和濕度差，轉輪不斷地在高溫高濕側吸收熱量和水分，并在低溫低濕側釋放，從而進行全熱交換。

采用全熱交換機組，充分回收了排風攜帶的冷量，使新風降溫降濕，達到節能的目的（機組圖見圖2）。

圖2 全熱交換空調機組詳圖

以觀眾廳的全空氣空調系統為例。該機組送風量為50000m3/h，最小新風量為19000m3/h。

式中，η為轉輪全熱效率，該設備廠家提供為75%；

Qi為實際交換的熱量（kW）；

Qimax為最大可能交換的熱量（kW）；

i1、i2為新風進、出轉輪的焓（kJ/kg），按照觀眾廳設計溫度26℃，相對濕度 60%，經計算，i1為 92.1（kJ/kg）；

i3為排風進入轉輪的焓（kJ/kg），按照室外空調干球溫度38℃，濕球溫度 28.5℃，經計算，i3為 58.6（kJ/kg）；

GX=GP=Gmax。

經計算，i2即新風出轉輪的焓為67（kJ/kg）。

則新風換熱量Q=GX（i2-i2）=19000×1.2×（92.1-67）/3600=159（kW）。

按照該劇場一天中演出4h計算，在觀眾廳以最小新風量運行時，每天可以節約用電量636度，節能效果明顯。

該項目運行節能效果顯著，表明了在傳統項目中，通過精細計算、優化設計，并結合項目自身特點，合理配置節能設備與節能運行策略，可以起到良好的節能效果。