合川文化藝術(shù)中心劇場(chǎng)負(fù)荷分析與氣流組織設(shè)計(jì)

夏 虹

（重慶市設(shè)計(jì)院 重慶 400015）

合川文化藝術(shù)中心劇場(chǎng)負(fù)荷分析與氣流組織設(shè)計(jì)

夏 虹

（重慶市設(shè)計(jì)院 重慶 400015）

通過(guò)對(duì)合川文化藝術(shù)中心劇場(chǎng)冷負(fù)荷的計(jì)算及分析，筆者認(rèn)為在劇場(chǎng)等間歇性使用且人員密集場(chǎng)所的大空間公共建筑中，構(gòu)成空調(diào)冷負(fù)荷的主要部分是人體發(fā)熱及新風(fēng)負(fù)荷；因此在空調(diào)系統(tǒng)的使用過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)人員密度的變化來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能的目的。在氣流組織設(shè)計(jì)時(shí)，宜選用傾角可調(diào)的噴口來(lái)滿足冬、夏工況的使用要求。

劇場(chǎng)；冷負(fù)荷分析；氣流組織；節(jié)能運(yùn)行

1 建筑概況

合川文化藝術(shù)中心位于重慶市合川區(qū)，與合川區(qū)政府隔街相望。建筑面積約5萬(wàn)m2，建筑功能主要包括劇場(chǎng)、會(huì)展、中庭及培訓(xùn)中心等，其中劇場(chǎng)、會(huì)展、中庭均為高大空間。本文主要分析劇場(chǎng)空調(diào)負(fù)荷的分布負(fù)荷特征情況及氣流組織設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

2 空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算及分析

根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》及《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)集中空調(diào)系統(tǒng)必須進(jìn)行熱負(fù)荷及逐項(xiàng)逐時(shí)的冷負(fù)荷計(jì)算。本工程空調(diào)熱負(fù)荷及逐時(shí)逐項(xiàng)冷負(fù)荷的計(jì)算軟件采用的是上海華電源信息技術(shù)有限公司與上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司開(kāi)發(fā)的HDY-SMAD暖通空調(diào)負(fù)荷計(jì)算及分析軟件；室外設(shè)計(jì)參數(shù)以重慶市的氣象參數(shù)為依據(jù)；室內(nèi)計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1，通過(guò)軟件的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。夏季總冷負(fù)荷采用綜合最大值，即從各空調(diào)區(qū)逐時(shí)冷負(fù)荷相加之后得出的數(shù)列中找出的最大值。

2.1 主要房間室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)（表1）

表1

2.2 負(fù)荷計(jì)算結(jié)果（表2）

表2

圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)按照建筑節(jié)能計(jì)算報(bào)告書(shū)確定。由于劇場(chǎng)及會(huì)展不會(huì)同時(shí)使用，因此空調(diào)系統(tǒng)總冷負(fù)荷按劇場(chǎng)與會(huì)展中的大值與中庭相加確定。

2.3 劇場(chǎng)負(fù)荷特征

以下是夏季劇場(chǎng)舞臺(tái)及觀眾廳逐項(xiàng)空調(diào)冷負(fù)荷的計(jì)算值，冷負(fù)荷最大值的出現(xiàn)時(shí)間為16：00。由于負(fù)荷的大小與室外空氣焓值緊密相關(guān)，所以冷負(fù)荷的最大值一般也出現(xiàn)在室外焓值較高的時(shí)刻。

2.3.1 舞臺(tái)（表3）

面積:995.00m2；人員密度:由演出人數(shù)確定；

夏季總冷負(fù)荷(含新風(fēng)/全熱)為321.1kw；

夏季新風(fēng)冷負(fù)荷為107.5kw；

夏季人員冷負(fù)荷(全熱)為25.1kw；

夏季設(shè)備及其它冷負(fù)荷為138.0kw；

夏季照明冷負(fù)荷為28.1kw；

夏季圍護(hù)冷負(fù)荷為22.4kw；

夏季總濕負(fù)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(shù)確定；

夏季總冷負(fù)荷(含新風(fēng)/全熱)為414.8kw；

夏季新風(fēng)冷負(fù)荷為171.8kw；

夏季人員冷負(fù)荷(全熱)為152.3kw；

夏季設(shè)備及其它冷負(fù)荷為48.5kw；

夏季照明冷負(fù)荷為9.6kw；

夏季圍護(hù)冷負(fù)荷為32.6kw；

夏季總濕負(fù)荷為166626.72g/h。

2.3.3 劇場(chǎng)觀眾席部分與舞臺(tái)部分夏季冷負(fù)荷的區(qū)別

從以上舞臺(tái)、觀眾廳空調(diào)冷負(fù)荷的構(gòu)成比例來(lái)看，劇場(chǎng)觀眾席部分與舞臺(tái)部分夏季冷負(fù)荷有很大的區(qū)別。觀眾席部分的負(fù)荷特征為：人員密度大，因此人體發(fā)熱點(diǎn)總負(fù)荷及所需求的新風(fēng)負(fù)荷比較大，舞臺(tái)部分的負(fù)荷主要由設(shè)備發(fā)熱需求的冷負(fù)荷及人員需求的新風(fēng)負(fù)荷構(gòu)成。對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)而言，外墻面積雖大，但一般均為無(wú)窗建筑或外窗很小，所以圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷并不大。

表4

劇場(chǎng)建筑是非常年運(yùn)行的、間歇性使用的建筑物，人員短期密集，最大負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間與運(yùn)行時(shí)間并非一致；同時(shí)劇場(chǎng)是一個(gè)封閉的具有一定蓄熱能力的空間，具有較大的預(yù)冷（預(yù)熱）負(fù)荷，因此在可提前開(kāi)啟空調(diào)系統(tǒng)，并在新風(fēng)管道上設(shè)置電動(dòng)控制閥，預(yù)冷及預(yù)熱的時(shí)間內(nèi)將新風(fēng)完全關(guān)閉，達(dá)到節(jié)約能源的目的。

3 劇場(chǎng)空調(diào)氣流組織設(shè)計(jì)

3.1 風(fēng)口確定

劇場(chǎng)舞臺(tái)、觀眾廳均為高大空間，因此設(shè)計(jì)采用單風(fēng)道低速全空氣系統(tǒng)。送風(fēng)口采用噴射風(fēng)口。噴口送風(fēng)是依靠噴口吹出的高速射流實(shí)現(xiàn)送風(fēng)的方式，其主要特點(diǎn)是送風(fēng)速度高、射程遠(yuǎn)，射流帶動(dòng)室內(nèi)空氣進(jìn)行強(qiáng)烈混合，使得速度逐漸衰減，并在室內(nèi)形成大的回旋氣流，從而使空調(diào)區(qū)獲得較均勻的溫度場(chǎng)及速度場(chǎng)。噴口送風(fēng)特別適合于高大空間公共建筑空調(diào)工程使用。

3.2 風(fēng)口的校核計(jì)算

采用不同的空調(diào)方式和氣流組織對(duì)室內(nèi)溫度的分布有較大影響，分層設(shè)置空調(diào)送風(fēng)可以更好地保證人員活動(dòng)區(qū)域的空調(diào)效果。本設(shè)計(jì)采用噴口側(cè)送，并在側(cè)墻下部即靠近人員活動(dòng)區(qū)域處集中設(shè)置空調(diào)回風(fēng)口。為減少空間上部區(qū)域向空調(diào)區(qū)的熱轉(zhuǎn)移，在舞臺(tái)及觀眾廳的上部分別設(shè)置有機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)用以排出建筑物上部的熱空氣。

劇場(chǎng)舞臺(tái)及觀眾廳的空調(diào)送風(fēng)量分別為40000m3/h及60000m3/h。設(shè)計(jì)中根據(jù)與建筑專(zhuān)業(yè)的配合確定空調(diào)送回風(fēng)管道及風(fēng)口的平面布置。參照《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》噴口送風(fēng)速度vs：

式中的阿基米德數(shù)Ar在不同的噴口傾角時(shí)其計(jì)算公式不一致。

當(dāng)β=0且送冷風(fēng)時(shí)：

當(dāng)β角度向下且送冷風(fēng)時(shí)：

當(dāng)β角度向下且送熱風(fēng)時(shí)：

下面是對(duì)空調(diào)噴口布置的校核計(jì)算，以觀眾廳空調(diào)支管上風(fēng)口為例(按照妥思噴口校核)，其結(jié)果滿足使用要求。

3.2.1 劇場(chǎng)觀眾席（空調(diào)送風(fēng)量8800 m3/h）

噴口選擇：DUK系列，型式：可調(diào)式，規(guī)格：DUK-V/315，數(shù)量：10臺(tái)。

3.2.2 劇場(chǎng)舞臺(tái)（空調(diào)送風(fēng)量10000 m3/h）

噴口選擇：DUK系列，型式：可調(diào)式，規(guī)格：DUK-V/400，數(shù)量：8臺(tái)。

通過(guò)計(jì)算得知，夏季工況供冷時(shí)的送風(fēng)角度為15°，冬季工況供熱時(shí)的送風(fēng)角度為45°。冬季送風(fēng)角度超過(guò)最大翻轉(zhuǎn)角度30°，噴口宜接管傾斜向下15°。

4 結(jié)論

（1）在劇場(chǎng)觀眾廳等人員密集的大空間公共建筑中，構(gòu)成空調(diào)冷負(fù)荷的主要得熱量是人體發(fā)熱量及新風(fēng)熱量，這兩部分熱量分別占室內(nèi)計(jì)算空調(diào)冷負(fù)荷的37%及41%左右，而通過(guò)圍圖3 熱風(fēng)送風(fēng)示意圖護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量?jī)H為8%。

表5 已知參數(shù)

圖1 劇場(chǎng)空調(diào)布置圖

表6 夏季工況

圖2 冷風(fēng)送風(fēng)示意圖

表7 冬季工況

（2）通過(guò)對(duì)劇場(chǎng)逐時(shí)計(jì)算負(fù)荷值的分析，最大負(fù)荷的出現(xiàn)時(shí)間是16：00，但劇場(chǎng)隨室外氣溫的變化而產(chǎn)生的波動(dòng)較小，劇場(chǎng)總冷負(fù)荷幾乎可認(rèn)為是一個(gè)定值。應(yīng)當(dāng)指出計(jì)算軟件對(duì)室外新風(fēng)的焓值未作任何修正，這與實(shí)際情況不符，但可作為有利因素而忽略新風(fēng)焓值的下降。

（3）根據(jù)人員數(shù)量的變化制定運(yùn)行調(diào)節(jié)方案是系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵。因此劇場(chǎng)等人員密集場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置二氧化碳探測(cè)儀，并根據(jù)其濃度的變化來(lái)調(diào)節(jié)新回風(fēng)比和冷凍（熱）水流量以確保系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行。

（4）大空間的空調(diào)效果，需要合理的氣流組織設(shè)計(jì)來(lái)保證。若采用噴口送風(fēng)，則噴口的傾角應(yīng)可任意調(diào)節(jié)，尤其是冬季使用時(shí)間，應(yīng)調(diào)節(jié)風(fēng)口的送風(fēng)角度，以防止熱射流上浮。

[1]陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

[2]全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施暖通空調(diào)動(dòng)力[M].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2009.

責(zé)任編輯：余詠梅

懸挑構(gòu)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(jié)構(gòu)，因受場(chǎng)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(zhǎng)1800mm，磚砌欄板120mm厚，1050mm高。由于該宿舍樓鄰近汽車(chē)運(yùn)煤道路，灰塵較大，開(kāi)工以后。建設(shè)單位提出在一層地面增加欄板墻基礎(chǔ)，把地面一層走廊以及二層以上的走廊全部封閉，走廊外側(cè)對(duì)應(yīng)每間宿舍設(shè)一大窗，位置居中，窗臺(tái)面即為欄板頂面，窗口上平面為上一層走廊邊梁(連續(xù)梁)梁底，在各窗間設(shè)磚垛，兩磚垛間增設(shè)抗震構(gòu)造柱。構(gòu)造柱中線位置與走廊挑梁中線在同一軸線上。構(gòu)造柱施工后成為原設(shè)計(jì)走廊挑梁的端支點(diǎn)，使走廊挑梁的受力情況由框架施工階段的懸臂梁變?yōu)閲o(hù)工程完成以后的外伸梁。

2挑梁配筋設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)意圖，但變更增加走廊圍護(hù)后，挑梁下有鋼筋混凝土抗震構(gòu)造柱，且底層圍護(hù)結(jié)構(gòu)增加了基礎(chǔ)，走廊挑梁受力形式改變。挑梁下出現(xiàn)了構(gòu)造柱支點(diǎn)，懸臂梁已變?yōu)橥馍炝?。因此，及時(shí)聯(lián)系設(shè)計(jì)單位對(duì)該構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)進(jìn)行了修改。

3工程竣工后構(gòu)件狀況

目前，該工程已竣工投入使用，經(jīng)定期觀測(cè)，該構(gòu)件關(guān)鍵部位均無(wú)變形、裂縫等缺陷。全面考慮鋼筋混凝土構(gòu)件在工程變更后，其受力形式若發(fā)生改變，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系設(shè)計(jì)單位，修改混凝土構(gòu)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(jí)工程師，主要從事暖通專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)及技術(shù)管理工作。