武漢電影樂園通風空調系統設計

顧勇 季汪艇 王登

同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司

1 工程概況

武漢電影樂園項目位于武漢中央文化旅游區K-8地塊，西、北兩側緊鄰沙湖公園，南相鄰沙湖南環路，東側鄰沙湖連通渠走廊，東側紅線距離沙湖大橋61 m，總用地面積38576.93 m2，建筑高度為59.875 m，總建筑面積101552.23 m2，容積率為1.27。其中地上建筑面積48934.48 m2，地下室建筑面積52617.75 m2。建筑體量沿基地東南沙湖南環路線性展開，西北側與沙湖公園綠地開放空間相連，東南側形成連續的城市界面。主體建筑造型概念來自于楚漢文化精髓——“編鐘”。編鐘形態偎依交錯，形成兩組體量，尺度上滿足分層容納大型娛樂設施的要求。兩組體量之間形成中庭空間，利用采光天窗將自然光引入室內。該項目是全球首個室內電影文化公園，匯集全球最新頂尖電影娛樂科技，容納六大娛樂主題——包括4D影院，5D影院，飛行影院，互動影院，時空影院，體驗影院以及電影主題購物、餐飲等服務設施，是以電影體驗為主，集娛樂、商業、餐飲于一體的建筑綜合體。其主要功能區位示意見圖1。

圖1 主要功能區位示意圖

本項目作為全國唯一已運營的室內電影主題樂園，除了整體面積規模大、業態多元化、人員密集之外，還具有諸多其他新特點：各個影院的演出形式多樣，大量使用蒸汽、液氮、水汽、熱風等舞臺特效。影院內部空間造型復雜、吊頂形式多變。聲光電等特效設備、投影機等放映設備、機械臂等舞臺機械設備的發熱量大且與觀影人員在同一空間內。這些項目本身的特點對于保證室內觀影人員熱舒適、放映設備和機械設備在允許溫濕度范圍運行、消防防排煙的安全、室內聲環境等提出了特殊的要求。在滿足這些要求的同時，通風空調系統又不得影響舞臺特效帶來的視覺、聽覺、味覺等感官效果。針對這些特點和要求，本項目在通風空調設計上進行了許多新的思考和做法，充分考慮了通風空調系統與影院功能的融合設計。這些思考和做法為以后同類項目設計提供了重要參考。

2 設計概況

2.1 冷熱源

本項目總冷負荷8963 kW，冷指標89 W/m2。總熱負荷5056 kW，熱指標50 W/m2。根據節能規范要求，選用高能效比機組[1]。冷源選用兩臺3516 kW離心式冷水機組和一臺1439 kW螺桿式冷水機組，設計工況性能系數COP分別為5.5和5.1，額定工況性能系數COP分別為6.0和5.65，IPLV分別為6.4和7.5。熱源采用三臺1745 kW燃氣真空熱水鍋爐提供，熱效率≥92%。冷水機組與燃氣真空熱水鍋爐機房機組均設置在地下一層。

2.2 空調水系統

空調水系統為一次泵二管制系統，采用大溫差變流量節能設計，水泵配置見表1。冷凍水供/回水溫度為6℃/12℃，所要求的冷卻水進/出水溫度為32℃/37℃；空調熱水供回水溫度60/50℃。冷凍泵、熱水循環泵變頻運行，供回水總管之間設壓差旁通閥，主機側有限變流量，即通過冷水機組的最小流量不得低于額定流量的50%，負荷側變流量。熱媒水設電動調節閥，通過氣候補償控制器自動調節供熱設備的出水溫度。系統定壓采用高位膨脹水箱。分集水器按公共區、娛樂區劃分各自獨立環路，并加裝能量計量表。為保證水力工況平衡和便于系統調試，集水器各回路干管、各環路支管回水管上設置靜態平衡閥，末端空調箱回水管上設置比例積分電動調節閥與動態壓差平衡閥。

表1 空調水泵配置

2.3 空調風系統

中庭、影院等大空間采用全空氣低速管道系統。3D互動影院，4D影院，飛行影院及其排隊預演區等高大空間氣流組織采用旋流風口上送側下回。5D影院采用座椅送風下送側上回方式。時空影院采用下送上回方式，接至太空艙內及基坑內。體驗影院采用沿橋下布置風管筒型噴口側送側下回方式。辦公等小空間采用風機盤管加新風系統。

2.4 通風系統

按照規范和技術措施進行車庫、庫房、衛生間等區域的通風設計[2]。在飛行影院、4D影院、5D影院、互動影院、體驗影院劇場內液氮廠家根據工藝需要在部分區域設置空氣氧含量探測儀，當測得的空氣氧含量到達19.5%時，相應打開該區域的排風系統及補風系統。

2.5 防排煙系統

按照規范設置樓梯間和前室的防煙系統以及走道和辦公餐飲等小空間的排煙系統[3]。其他主要區域的排煙設計如表2所示。

表2 主要區域排煙設計

3 通風空調系統與影院功能的融合設計

3.1 液氮特效使用與通風換氣設計

為提升觀影效果及帶入感，該項目中所有影院均配備液氮特效，且使用量較大，設計日液氮使用量為51838升。雖然氮氣在大氣中大量存在，但是封閉空間中氮氣濃度的升高會擠占空氣中氧氣的濃度。根據國家規范要求，為確保人員呼吸安全，受限空間氧氣濃度不應低于19.5%[4]。

本項目暖通設計過程中，根據方案設計方及影院深化設計單位提供的各個空間每次演出的液氮消耗量、演出頻次等信息，結合空調系統最小新風量運行工況及氣流組織形式，分析室內氧氣濃度變化，所有影院一天運行后氧氣濃度均滿足規范要求。但本項目主題影院相對封閉，多日連續運行后影廳內氧氣濃度會低于規范要求。針對此問題，提出以下措施：一是，經計算給出各個影廳的連續運行天數上限，供運營方參考，見表3。二是，建議氮氣使用量最大的飛行影院每天運行結束后，開啟相應區域的排風系統及補風系統進行全面換氣。三是，在使用氮氣的場所，設置空氣氧含量探測儀，當測得的空氣氧含量到達19.5%時，相應打開該區域的排風系統及補風系統。通過這些合理的設計，可確保影廳內部人員的呼吸安全。

表3 主題影院內氧氣濃度與連續運行天數上限

3.2 舞臺雨霧特效與空調氣流組織設計

本項目各影院舞臺區利用蒸汽、液氮、水汽、熱風等營造煙霧彌漫、熱浪侵襲、水霧噴射、香氣四溢等舞臺特效，如圖2所示。一方面，舞臺特效受空調系統的氣流組織影響較大，必然會對空調氣流組織設計提出要求：回風口應遠離特效發生裝置，特效區域內風速不能過高，限值在0.2～0.5 m/s不等。另一方面，本項目特效區域空間顯熱量大，單位面積送風量大。而且影院層高在10～30 m不等，為保證人員熱舒適，多采用旋流風口頂送、球型噴口側送等送風形式，因此室內風速很容易超過特效的要求。

在與各影院特效進行密切配合后，本項目采取以下兩種解決方案：一種是，調整送回風口的位置或形式，減少回風匯流對特效的影響，確保效果。另一種是，修改控制要求，對局部特效區域暫時停止空調，待特效結束后重新啟動，并且已進行詳細計算，確?？照{關閉期間空間溫升小于2℃。

圖2 飛行影院煙霧特效

3.3 負荷分布不均與分區分層空調設計

本項目中聲光電等特效設備、投影機等放映設備、機械臂等舞臺機械設備的發熱量大，且與觀影人員處在同一空間內。項目根據方案設計方及影院深化設計單位提供的發熱量及同時使用系數，結合影院運行時間（持續時間、間歇時間等）等，進行了詳細的負荷計算，結果表明：影院單位面積設計冷負荷指標區別較大，從170 W/m2到550 W/m2不等。各個空間的熱濕比差別很大，從9000到50000不等。因此，本項目優先設置局部排風排除發熱量大的設備，并且單獨分析每個空間的空氣熱濕處理過程，作為空調箱選型的依據。

此外，對于太空影院觀影廳及5D影院觀影廳這兩個特殊空間，結合影院的空間及負荷分布特點，設置如下氣流組織形式：太空影院觀影廳層高10 m，分層空調，太空艙內局部送風，基坑全面送風，設備檢修平臺回風/排風。5D影院觀影廳層高26 m，分層空調，座椅下送風，上部回風/排風。

在空調系統劃分上，盡量細分系統，對室內負荷特性或人員新風特性不同的區域單獨設置空調系統。在一個全空氣系統內部，采用分區域、分層空調，即人員活動區空調送風，設備發熱密集區排風/回風。這些做法既保證設備正常運行及人員舒適性，又達到節能的目的。

3.4 影院設備發熱與通風散熱設計

本項目主題影院的放映和機械設備主要分布于兩個類型的空間：專用的控制/設備機房內，影廳或排隊、預演區域內。對于前者，統一采用VRF進行冷卻。對于后者，處理難度比較大，一方面，設備分布在影廳各個區域，比較分散，互動影院觀影廳內部就分布有48臺投影儀之多。另一方面，部分設備發熱量很大，飛行影院內部的投影儀發熱量為18 kW，太空影院內部設備平臺處的控制柜發熱量則達到40 kW。

針對影院內部的這類設備，按照以下兩個基本原則處理：一是，發熱量小于2 kW且分散的設備，利用空間內部的全面空調進行冷卻，設計時進行仔細復核，確保設備不在氣流組織死角。另外一個是，對于發熱量大的設備，設置局部排風措施，并根據情況設置空調送風管至設備周圍或設備腔體內，如圖3所示。

圖3 太空影院內部設備通風散熱措施

3.5 復雜建筑構造與防排煙系統設計

本工程為大型公共建筑，由于該項目建筑功能復雜、空間關系多樣等原因，依照現行國家防火技術規范關于防火分區、安全疏散的規定，難以實現本項目特定的使用功能、建筑效果及構造需求。遵照防排煙系統設置的要求，應根據空間特點、火災形式，確定各個區域合理的排煙量及排煙補風方式，特別是對于多層挑空的影院，確保人員安全疏散時間。本項目設計根據消防性能化報告及消防評審會的結論，對各個影院按照換氣次數4～13次/時不等進行排煙系統設計，并設置相應的補風系統。

另外，由于中庭是影院內部人員疏散的聚集點，為確保安全，中庭的排煙同時設置機械排煙和電動排煙窗自然排煙兩種方式，并按以下方式進行控制：中庭區域檢測到煙氣或確認火災，打開中庭區域機械排煙風機及相應閥門，并確認此時電動排煙窗已關閉。若機械排煙裝置失靈，或排煙溫度到280℃導致排煙閥關閉或風機停轉，打開中庭區域電動排煙窗進行自然排煙。通過這種方式充分保證消防安全。

3.6 內區明顯與過渡季運行節能設計

本項目內區范圍大，人員密集，燈光、特種設備負荷大，全年冷負荷大。針對該特點，全空氣系統新風量可以在最小新風量和70%～100%設計送風量之間調節，在室外空氣焓值低于室內空氣焓值時能最大限度的利用室外新風，以節約能耗。同時，各個區域合理設置排風風機，確保區域內風量平衡。

在綜合考慮空調系統運行成本和過濾器更換成本的基礎上，項目對全空氣系統過渡季增大新風量的運行策略進行經濟性分析，供運營階段參考。其中，空調系統運行耗能通過估計空調系統綜合能效比進行計算。過濾器壽命則用容塵量來評價，以初阻力的兩倍作為終阻力來獲得過濾器更換周期[5]。分析結果表明：在一定溫度范圍內，采用增大新風量的措施均可以節省總運行費用。當室外溫度低于一定值時，采用70%～100%全新風運行，不消耗冷凍水即可消除室內冷負荷，此時運行費用最省。過濾器的更換周期對于全新風節能運行策略有影響，但影響并不大。

4 結語

武漢電影樂園是全國首個唯一已運營的室內電影主題樂園，與一般的影院項目相比具有諸多新的特點。本項目在通風空調系統設計中充分考慮了與影院功能特點的融合。在保證人員呼吸安全，保證舞臺效果，保證人員熱舒適，保證放映和機械設備穩定運行，保證消防安全和貫徹運行節能措施等方面克服諸多難點，提出應對措施。該工程于2014年11月竣工，投入使用以來空調系統運行效果良好，該項目的暖通設計也斬獲了多個獎項。希望該工程在通風空調系統設計方面的思考和做法能為往后的類似工程提供借鑒和參考。