某多功能學術報告廳空調系統設計及優化

陳添壽

（寶業湖北建工集團有限公司 湖北武漢 430080）

1 工程概況

本項目為綿陽市某多功能學術報告廳，主體地上一層，地下一層，主體建筑高度12.05m，總建筑面積8887㎡，其中，地下部分建筑面積5015㎡，地上部分建筑面積3862㎡。地下主要為車庫和設備用房；地上主要有2 個小會議廳、1 個多功能學術報告廳，以及主席臺和觀眾休息、服務區域。

本項目在設計、施工過程中，因甲方等其他方面原因，空調系統設計存在一定的問題。原設計學術報告廳采用水系統集中空調，空調冷熱源采用水源熱泵機組，后因地質狀況、資金等原因，未采用水源熱泵，冷熱源更為風冷熱泵，空調機組采用風冷管道式空調機組。由于施工圖設計周期時間較為緊張，根據甲方提供的建筑方案圖紙，未進行初步設計及方案評審，直接進行施工圖設計，導致空調系統方案設計受到一定的限制。

2 空調系統的劃分

空調系統的劃分原則［1］：依房間性質（要求、負荷、使用時間）及建筑布局，具體劃分如下。（1）多功能學術報告廳：由于觀眾廳空間較大、人員較多、空調負荷較大、聲學要求較高，設置獨立的集中式全空氣空調系統。（2）主席臺：室內有大量的燈光設備散熱，冬、夏季均需要通風降溫，要求使用靈活，設置獨立的集中式全空氣空調系統。（3）休息廳、小會議室、門廳：根據房間的使用需要，設置獨立的集中式全空氣空調系統。（4）放映室采用直流式系統，寄存處采用直流變頻式多聯機中央空調，其中。化妝室、休息室和服裝室設置新風的空調方式［2］。如此劃分系統，既使用靈活，又可節約能源和運行費用。

3 空調系統的形式

該建筑集中空調夏季冷負荷為970kW，冬季空調熱負荷為572kW。高大空間房間采用直膨熱泵空調機組，配套的輔助用房采用直流變頻式多聯機空調。

全空氣集中式空調系統：在空調機房內集中設置了組合式空調器，集中處理新風、回風后送入房間。新風、排風入口處設置電動密閉風閥，并與空調機組的送排風機聯鎖。空調季節新風、排風閥根據衛生風量設定為最小開度，回風設定為最大開度運行；在過渡季節或根據房間的使用情況，可變換新風、排風閥開度，實現全新風運行。

多聯機空調系統：化妝室、休息室、服裝室、放映室和寄存處設置了多聯機空調系統，可根據室內的不同溫度要求，自行控制，靈活調節使用。

主席臺選用2 臺直膨組合式空氣處理機組，額定制冷量105kW，額定制熱量110kW，風量20 000m3/h。氣流組織采用上送下回的方式，送風口選用旋流風口TJN-R/400，安裝高度10m，冬季送風距離為6.5m，夏季工況人員活動區內風速為0.31m/s，冬季工況為0.4m/s。回風口選用單層百葉，安裝高度離地0.3m。

學術報告廳選用2臺直膨組合式空氣處理機組，額定制冷量121kW，額定制熱量133kW，風量24 000m3/h。氣流組織采用上送下回的方式，送風口選用旋流風口TJN-R/400-RN-315，安裝高度9.5m，冬季送風距離為8.5m，夏季工況人員活動區內風速為0.32m/s，冬季工況為0.39m/s。回風口選用單層百葉，安裝高度離地0.3m。

門廳選用2 臺直膨組合式空氣處理機組，額定制冷量79kW，額定制熱量83kW，風量15 000m3/h。氣流組織采用側送頂回的方式，送風口選用球形噴口DUK-TC/400，安裝高度4.5m，送風距離為12.85m，夏季工況人員活動區內風速為0.31m/s，冬季工況為0.41m/s。回風口選用單層百葉。

小會議室選用風冷管道式空調機組，額定制冷量62kW，額定制熱量68kW，風量12 000m3/h。氣流組織采用頂送頂回的方式，送風口選用旋流風口VDL-TC/400，安裝高度4.0m，送風距離為2.85m，夏季工況人員活動區內風速為0.24m/s，冬季工況為0.33m/s。回風口選用單層百葉。

休息廳選用風冷管道式空調機組，額定制冷量52kW，額定制熱量55kW，風量12 000m3/h。氣流組織采用頂送頂回的方式，送風口選用旋流風口，安裝高度6.4m，送風距離為6.45m，夏季工況人員活動區內風速為0.23m/s，冬季工況為0.31m/s。回風口選用單層百葉。

本項目的多功能報告廳建筑功能是按標準劇場設計的，本院在施工圖設計期間，甲方要求按電影院標準進行設計。電影院屬聲學要求高的特殊場所（通常聲學標準比劇場略低），聲學標準有4 級，需由專業聲學公司進行設計。同時，專業聲學公司還需要配合空調系統進行聲學設計，對空調系統進行消聲，以滿足電影院的使用要求。

4 空調系統的控制

（1）接受室內溫度信號。夏季通過電動兩通閥控制冷媒的流量，使室內溫度恒定在24～28℃，即室內溫度低于24℃，關小并調節冷媒管電動兩通閥，室內溫度高于28℃，開大并調節冷媒管電動兩通閥，使室內溫度保持在24～28℃。（2）接受送、回及新風管上的防火閥觸點信號，連鎖關閉對應系統風機。（3）所有控制參數均可根據系統調試運行情況適當調整設置。（4）空調風機可就地啟停，也可在中控室遠程指令啟停。系統上的電動風閥均能在中控室顯示其開度。（5）學術報告廳的空調機組兼消防補風系統。火災發生時，著火防煙分區的煙感器將火災信號發至消控中心，經確認后，聯動啟動相關的排煙風機實施排煙。同時，與該防煙分區相關的兼做補風的空調機組機組新風進口的電動調節閥全開，空調機組全新風運行。回風管和排風管上的電動防火閥全關，當煙氣溫度超過280℃時，多葉排煙口及排煙管路上的排煙防火閥熔斷關閉，聯鎖關閉排煙機，停止排煙。風管上70℃防火閥關閉時，連鎖風機關閉。（6）多聯機系統每個房間對應的室內機設溫控器，控制系統自成體系。

5 通風系統設計

（1）公共衛生間采用衛生通風器進行通風換氣，換氣次數12次/h。（2）多功能學術報告廳的排煙風機在過渡季節低速開啟排風，以配合空調送風系統在過渡季節實現全新風運行；在空調季節時，可開啟任意一臺風機低速運行，保證順利補進衛生新風量。（3）放映工作室和耳光室設置機械通風，其排風換氣次數為15次/h，該房間空調系統不設置回風并保持負壓。（4）消防泵房、配電房等配套輔助用房設機械排風系統，換氣次數按12次/h，通過設置防火風口自然補風。

6 排煙系統設計

（1）小會議室、休息室、門廳、樓梯間等區域均采用可開啟外窗自然排煙。對不滿足自然排煙條件的多功能學術報告廳、主席臺等均設置機械排煙系統。（2）多功能學術報告廳設置機械排煙系統，排煙量按90m3/（h·m2）和13次換氣次數取最大值。平時，系統配合空調系統低速運行；火災報警時，由消防控制系統自動或手動監控開啟該防煙分區的2臺排煙風機并保持高速運行。風機入口的280℃防火熔斷關閉時，連鎖對應系統風機關閉。（3）多功能學術報告廳主席臺設置機械排煙系統；排煙量按90m3/（h·m2）和13次換氣次數取最大值。系統平時關閉；火災報警時，由消防控制系統自動或手動監控開啟該防煙分區的2臺排煙風機運行，進行排煙。風機入口的280℃防火閥熔斷關閉時，連鎖對應系統風機關閉。

7 空調系統運行效果及原因

本項目已于2017年完工并投入使用，與運營方多次溝通并了解空調系統運行效果，休息廳、小會議室、門廳等區域空調運行良好，但多功能學術報告廳空調效果未達到設計效果。在夏季，多功能學術報告廳整體空調制冷效果良好；在冬季，學術報告廳觀眾席若空調系統提前開啟制熱效果還可接受，但學術報告廳主席臺空調系統制熱效果較差。在冬季使用過程中，因主席臺溫度達不到設計要求，后期業主增加2 臺分體柜式空調，環境溫度雖然有所改善，但吹風感較強，舒適度降低，業主仍不是很滿意。

在施工圖設計空調系統方案選擇時，其實設計已提出意見，本項目多功能學術報告大廳的建筑功能是按標準劇場設計的。但在施工圖設計時，甲方要求按電影院標準進行設計，空調系統也按電影院功能進行設計。如果甲方按劇場使用，該空調無法完全滿足劇場空調設計要求，主要表現在：空調開啟后，氣流會吹動幕布，可能會影響舞臺效果。如果甲方按會議廳使用，舞臺和觀眾廳在冬季制熱效果會較差。

此外，還有一個重要原因是本項目的建筑方案設計、初步設計、施工圖設計不是由一個設計單位完成，甲方對空調系統不重視，施工圖設計院已跟甲方說明本項目的建筑方案空調系統方案不太合理，受建筑方案的限制，空調系統只能設計為上送風、下回風，這種方案會存在冬季空調熱風送不下來，影響冬季空調效果的隱患，而且這種空調送風方式非常不節能，此優化設計意見最終未被采納，甲方仍不愿意對原建筑方案進行調整。

8 空調系統分析及優化

8.1 下送風（座椅送風）

對于高大空間建筑，本項目采用上送風方式。上送風指經處理后的空氣從上至下送至人員活動區域，通常與下回風或側回風結合。由于人員活動區域為地面以上2.5m，僅此部分為有效的空調區域，2.5m以上至頂部的空調區域會造成極大的能源浪費。送風口可根據室內裝飾風格和室內凈高來選擇，當室內凈高小于4m時，可采用方形散流器；當室內凈高大于4m、小于6m時，可選用雙層百葉風口；當室內凈高超過6m時，可選用旋流風口，并宜結合廠家樣本資料進行風口設計選型計算。對于高大空間建筑的氣流組織設計，若采用上送風方式，建議先通過CFD進行氣流模擬，看能否滿足設計要求，若不滿足，需及時對空調系統設計方案進行優化或調整，避免出現設計缺陷情況。

下送風方式［3］指經處理后的空氣從下至上，先經過人員活動區域，對人員活動區域以外的空間可以不在空氣調節范圍外，可大量減少送風量，節約能源，減少初投資及運行費用。下送風主要有座椅送風和地板送風，適用于人員密度較大的高等級場所。如本項目多功能學術報告廳的空調下送上回的送風方式相比上送下回的送風方式，是一種更加節能、空調舒適度更好的送風方式。與之前的上送下回送風方式相比，空調的送風量大大減小，空調設備容量也相應減少，相應空調系統的造價能減少15%左右。

本項目為多功能學術報告廳，屬人員密集的高大空間，但受前期建筑方案的影響，無條件設置下送風及座椅送風，最后選擇上送風方式，雖選用旋流風口且經廠家的計算復核，最后的空調效果不算很好。對于此類型的建筑，在方案設計階段就需考慮空調送風方式，若采用座椅送風，需在座椅下預留一定的空間作為送風夾層，避免后期再調整影響聲光效果，以及增加土建造價費用。

8.2 側送風

側送風方式［4］指送風口位于建筑的四周側面，當送風口安裝高度位于房間中部時，可形成分層空調，節約能源。側送風常與側下回風結合，送風口主要根據距離要求有雙層百葉和噴口。側送風由于送風距離遠、射流長、送風溫差大，會形成冷風下降、熱風上升的情況，舒適感較低。

本項目觀眾席冬季空調效果較差，如果業主不對設計方案進行根本改變，則建議在觀眾廳側面與聲學配合，適當設置送風口。

8.3 地板輻射采暖

本項目主席臺冬季空調采暖效果較差，主要是由于舞臺較高，且送風口的風速不能太大，否則會影響舞臺幕布等效果，導致冬季送風熱氣流上浮，不能送至人員活動區域，影響空調效果。采用全空氣的上送下回送風方式，對于此類建筑使用還是受限，可以考慮其他空調形式［5］。

地板輻射采暖的工作原理是利用鋪設在地板下面的閉合管路中的循環熱水，使地板均勻緩慢地散發熱量。由于地板輻射所需的熱水溫度低，地板的表面溫度僅有18～32℃，與空調區域的溫差較小，給人的舒適感極高。地板輻射采暖相比于全空氣系統，特殊是對噪聲控制要求較高的場所，不必擔心因空調送風引起的噪音影響。

若主席臺采用地板輻射采暖，需占用地面100～150mm的空間，在進行燈光及視覺設計時，需考慮另安裝地板輻射采暖管道，不得對地面射釘或鉆孔等作業，避免采暖管道破裂，對舞臺后期的擴展使用造成一定的影響［6］。

9 設計總結

施工圖設計階段，設計師應選擇最優的空調系統設計方案，若因建筑方案限制不能滿足要求時，應積極與建筑專業協商，向甲方反饋相關信息，對各種方案進行對比，選擇最優的方案，避免后期出現難以解決的問題。

對于高大空間建筑，不宜采用上送下回的空調送風方式，若受條件限制需采用時，可結合地板輻射供暖來解決冬季空調效果不佳的問題［7］。宜采用座椅送風（置換空調）、噴口側送風（分層空調）的空調送風方式，有條件的還可采用夏季全空氣空調系統與冬季地板輻射采暖系統相結合的方式，空調效果最佳，以滿足多功能報告廳的不同使用功能要求。

在今后的空調系統設計過程中，對此類建筑，在方案設計階段就需考慮空調系統形式，設備專業需與建筑、結構等專業相配合，特別是對聲、光要求較高的影劇院類場所［8］，需要預留出一定的空調管道安裝空間。