武漢電影樂園通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

顧勇 季汪艇 王登

同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司

1 工程概況

武漢電影樂園項(xiàng)目位于武漢中央文化旅游區(qū)K-8地塊，西、北兩側(cè)緊鄰沙湖公園，南相鄰沙湖南環(huán)路，東側(cè)鄰沙湖連通渠走廊，東側(cè)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(huán)路線性展開，西北側(cè)與沙湖公園綠地開放空間相連，東南側(cè)形成連續(xù)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(tài)偎依交錯(cuò)，形成兩組體量，尺度上滿足分層容納大型娛樂設(shè)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(nèi)。該項(xiàng)目是全球首個(gè)室內(nèi)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(dòng)影院，時(shí)空影院，體驗(yàn)影院以及電影主題購物、餐飲等服務(wù)設(shè)施，是以電影體驗(yàn)為主，集娛樂、商業(yè)、餐飲于一體的建筑綜合體。其主要功能區(qū)位示意見圖1。

圖1 主要功能區(qū)位示意圖

本項(xiàng)目作為全國唯一已運(yùn)營的室內(nèi)電影主題樂園，除了整體面積規(guī)模大、業(yè)態(tài)多元化、人員密集之外，還具有諸多其他新特點(diǎn)：各個(gè)影院的演出形式多樣，大量使用蒸汽、液氮、水汽、熱風(fēng)等舞臺特效。影院內(nèi)部空間造型復(fù)雜、吊頂形式多變。聲光電等特效設(shè)備、投影機(jī)等放映設(shè)備、機(jī)械臂等舞臺機(jī)械設(shè)備的發(fā)熱量大且與觀影人員在同一空間內(nèi)。這些項(xiàng)目本身的特點(diǎn)對于保證室內(nèi)觀影人員熱舒適、放映設(shè)備和機(jī)械設(shè)備在允許溫濕度范圍運(yùn)行、消防防排煙的安全、室內(nèi)聲環(huán)境等提出了特殊的要求。在滿足這些要求的同時(shí)，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)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(diǎn)和要求，本項(xiàng)目在通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)上進(jìn)行了許多新的思考和做法，充分考慮了通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)與影院功能的融合設(shè)計(jì)。這些思考和做法為以后同類項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供了重要參考。

2 設(shè)計(jì)概況

2.1 冷熱源

本項(xiàng)目總冷負(fù)荷8963 kW，冷指標(biāo)89 W/m2?？偀嶝?fù)荷5056 kW，熱指標(biāo)50 W/m2。根據(jù)節(jié)能規(guī)范要求，選用高能效比機(jī)組[1]。冷源選用兩臺3516 kW離心式冷水機(jī)組和一臺1439 kW螺桿式冷水機(jī)組，設(shè)計(jì)工況性能系數(shù)COP分別為5.5和5.1，額定工況性能系數(shù)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?xì)庹婵諢崴仩t提供，熱效率≥92%。冷水機(jī)組與燃?xì)庹婵諢崴仩t機(jī)房機(jī)組均設(shè)置在地下一層。

2.2 空調(diào)水系統(tǒng)

空調(diào)水系統(tǒng)為一次泵二管制系統(tǒng)，采用大溫差變流量節(jié)能設(shè)計(jì)，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(jìn)/出水溫度為32℃/37℃；空調(diào)熱水供回水溫度60/50℃。冷凍泵、熱水循環(huán)泵變頻運(yùn)行，供回水總管之間設(shè)壓差旁通閥，主機(jī)側(cè)有限變流量，即通過冷水機(jī)組的最小流量不得低于額定流量的50%，負(fù)荷側(cè)變流量。熱媒水設(shè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，通過氣候補(bǔ)償控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)供熱設(shè)備的出水溫度。系統(tǒng)定壓采用高位膨脹水箱。分集水器按公共區(qū)、娛樂區(qū)劃分各自獨(dú)立環(huán)路，并加裝能量計(jì)量表。為保證水力工況平衡和便于系統(tǒng)調(diào)試，集水器各回路干管、各環(huán)路支管回水管上設(shè)置靜態(tài)平衡閥，末端空調(diào)箱回水管上設(shè)置比例積分電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與動(dòng)態(tài)壓差平衡閥。

表1 空調(diào)水泵配置

2.3 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

中庭、影院等大空間采用全空氣低速管道系統(tǒng)。3D互動(dòng)影院，4D影院，飛行影院及其排隊(duì)預(yù)演區(qū)等高大空間氣流組織采用旋流風(fēng)口上送側(cè)下回。5D影院采用座椅送風(fēng)下送側(cè)上回方式。時(shí)空影院采用下送上回方式，接至太空艙內(nèi)及基坑內(nèi)。體驗(yàn)影院采用沿橋下布置風(fēng)管筒型噴口側(cè)送側(cè)下回方式。辦公等小空間采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。

2.4 通風(fēng)系統(tǒng)

按照規(guī)范和技術(shù)措施進(jìn)行車庫、庫房、衛(wèi)生間等區(qū)域的通風(fēng)設(shè)計(jì)[2]。在飛行影院、4D影院、5D影院、互動(dòng)影院、體驗(yàn)影院劇場內(nèi)液氮廠家根據(jù)工藝需要在部分區(qū)域設(shè)置空氣氧含量探測儀，當(dāng)測得的空氣氧含量到達(dá)19.5%時(shí)，相應(yīng)打開該區(qū)域的排風(fēng)系統(tǒng)及補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。

2.5 防排煙系統(tǒng)

按照規(guī)范設(shè)置樓梯間和前室的防煙系統(tǒng)以及走道和辦公餐飲等小空間的排煙系統(tǒng)[3]。其他主要區(qū)域的排煙設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 主要區(qū)域排煙設(shè)計(jì)

3 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)與影院功能的融合設(shè)計(jì)

3.1 液氮特效使用與通風(fēng)換氣設(shè)計(jì)

為提升觀影效果及帶入感，該項(xiàng)目中所有影院均配備液氮特效，且使用量較大，設(shè)計(jì)日液氮使用量為51838升。雖然氮?dú)庠诖髿庵写罅看嬖冢欠忾]空間中氮?dú)鉂舛鹊纳邥?huì)擠占空氣中氧氣的濃度。根據(jù)國家規(guī)范要求，為確保人員呼吸安全，受限空間氧氣濃度不應(yīng)低于19.5%[4]。

本項(xiàng)目暖通設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)方案設(shè)計(jì)方及影院深化設(shè)計(jì)單位提供的各個(gè)空間每次演出的液氮消耗量、演出頻次等信息，結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)最小新風(fēng)量運(yùn)行工況及氣流組織形式，分析室內(nèi)氧氣濃度變化，所有影院一天運(yùn)行后氧氣濃度均滿足規(guī)范要求。但本項(xiàng)目主題影院相對封閉，多日連續(xù)運(yùn)行后影廳內(nèi)氧氣濃度會(huì)低于規(guī)范要求。針對此問題，提出以下措施：一是，經(jīng)計(jì)算給出各個(gè)影廳的連續(xù)運(yùn)行天數(shù)上限，供運(yùn)營方參考，見表3。二是，建議氮?dú)馐褂昧孔畲蟮娘w行影院每天運(yùn)行結(jié)束后，開啟相應(yīng)區(qū)域的排風(fēng)系統(tǒng)及補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行全面換氣。三是，在使用氮?dú)獾膱鏊?，設(shè)置空氣氧含量探測儀，當(dāng)測得的空氣氧含量到達(dá)19.5%時(shí)，相應(yīng)打開該區(qū)域的排風(fēng)系統(tǒng)及補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。通過這些合理的設(shè)計(jì)，可確保影廳內(nèi)部人員的呼吸安全。

表3 主題影院內(nèi)氧氣濃度與連續(xù)運(yùn)行天數(shù)上限

3.2 舞臺雨霧特效與空調(diào)氣流組織設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目各影院舞臺區(qū)利用蒸汽、液氮、水汽、熱風(fēng)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(diào)系統(tǒng)的氣流組織影響較大，必然會(huì)對空調(diào)氣流組織設(shè)計(jì)提出要求：回風(fēng)口應(yīng)遠(yuǎn)離特效發(fā)生裝置，特效區(qū)域內(nèi)風(fēng)速不能過高，限值在0.2～0.5 m/s不等。另一方面，本項(xiàng)目特效區(qū)域空間顯熱量大，單位面積送風(fēng)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(fēng)口頂送、球型噴口側(cè)送等送風(fēng)形式，因此室內(nèi)風(fēng)速很容易超過特效的要求。

在與各影院特效進(jìn)行密切配合后，本項(xiàng)目采取以下兩種解決方案：一種是，調(diào)整送回風(fēng)口的位置或形式，減少回風(fēng)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(qū)域暫時(shí)停止空調(diào)，待特效結(jié)束后重新啟動(dòng)，并且已進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，確?？照{(diào)關(guān)閉期間空間溫升小于2℃。

圖2 飛行影院煙霧特效

3.3 負(fù)荷分布不均與分區(qū)分層空調(diào)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目中聲光電等特效設(shè)備、投影機(jī)等放映設(shè)備、機(jī)械臂等舞臺機(jī)械設(shè)備的發(fā)熱量大，且與觀影人員處在同一空間內(nèi)。項(xiàng)目根據(jù)方案設(shè)計(jì)方及影院深化設(shè)計(jì)單位提供的發(fā)熱量及同時(shí)使用系數(shù)，結(jié)合影院運(yùn)行時(shí)間（持續(xù)時(shí)間、間歇時(shí)間等）等，進(jìn)行了詳細(xì)的負(fù)荷計(jì)算，結(jié)果表明：影院單位面積設(shè)計(jì)冷負(fù)荷指標(biāo)區(qū)別較大，從170 W/m2到550 W/m2不等。各個(gè)空間的熱濕比差別很大，從9000到50000不等。因此，本項(xiàng)目優(yōu)先設(shè)置局部排風(fēng)排除發(fā)熱量大的設(shè)備，并且單獨(dú)分析每個(gè)空間的空氣熱濕處理過程，作為空調(diào)箱選型的依據(jù)。

此外，對于太空影院觀影廳及5D影院觀影廳這兩個(gè)特殊空間，結(jié)合影院的空間及負(fù)荷分布特點(diǎn)，設(shè)置如下氣流組織形式：太空影院觀影廳層高10 m，分層空調(diào)，太空艙內(nèi)局部送風(fēng)，基坑全面送風(fēng)，設(shè)備檢修平臺回風(fēng)/排風(fēng)。5D影院觀影廳層高26 m，分層空調(diào)，座椅下送風(fēng)，上部回風(fēng)/排風(fēng)。

在空調(diào)系統(tǒng)劃分上，盡量細(xì)分系統(tǒng)，對室內(nèi)負(fù)荷特性或人員新風(fēng)特性不同的區(qū)域單獨(dú)設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)。在一個(gè)全空氣系統(tǒng)內(nèi)部，采用分區(qū)域、分層空調(diào)，即人員活動(dòng)區(qū)空調(diào)送風(fēng)，設(shè)備發(fā)熱密集區(qū)排風(fēng)/回風(fēng)。這些做法既保證設(shè)備正常運(yùn)行及人員舒適性，又達(dá)到節(jié)能的目的。

3.4 影院設(shè)備發(fā)熱與通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目主題影院的放映和機(jī)械設(shè)備主要分布于兩個(gè)類型的空間：專用的控制/設(shè)備機(jī)房內(nèi)，影廳或排隊(duì)、預(yù)演區(qū)域內(nèi)。對于前者，統(tǒng)一采用VRF進(jìn)行冷卻。對于后者，處理難度比較大，一方面，設(shè)備分布在影廳各個(gè)區(qū)域，比較分散，互動(dòng)影院觀影廳內(nèi)部就分布有48臺投影儀之多。另一方面，部分設(shè)備發(fā)熱量很大，飛行影院內(nèi)部的投影儀發(fā)熱量為18 kW，太空影院內(nèi)部設(shè)備平臺處的控制柜發(fā)熱量則達(dá)到40 kW。

針對影院內(nèi)部的這類設(shè)備，按照以下兩個(gè)基本原則處理：一是，發(fā)熱量小于2 kW且分散的設(shè)備，利用空間內(nèi)部的全面空調(diào)進(jìn)行冷卻，設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行仔細(xì)復(fù)核，確保設(shè)備不在氣流組織死角。另外一個(gè)是，對于發(fā)熱量大的設(shè)備，設(shè)置局部排風(fēng)措施，并根據(jù)情況設(shè)置空調(diào)送風(fēng)管至設(shè)備周圍或設(shè)備腔體內(nèi)，如圖3所示。

圖3 太空影院內(nèi)部設(shè)備通風(fēng)散熱措施

3.5 復(fù)雜建筑構(gòu)造與防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程為大型公共建筑，由于該項(xiàng)目建筑功能復(fù)雜、空間關(guān)系多樣等原因，依照現(xiàn)行國家防火技術(shù)規(guī)范關(guān)于防火分區(qū)、安全疏散的規(guī)定，難以實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目特定的使用功能、建筑效果及構(gòu)造需求。遵照防排煙系統(tǒng)設(shè)置的要求，應(yīng)根據(jù)空間特點(diǎn)、火災(zāi)形式，確定各個(gè)區(qū)域合理的排煙量及排煙補(bǔ)風(fēng)方式，特別是對于多層挑空的影院，確保人員安全疏散時(shí)間。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)根據(jù)消防性能化報(bào)告及消防評審會(huì)的結(jié)論，對各個(gè)影院按照換氣次數(shù)4～13次/時(shí)不等進(jìn)行排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并設(shè)置相應(yīng)的補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。

另外，由于中庭是影院內(nèi)部人員疏散的聚集點(diǎn)，為確保安全，中庭的排煙同時(shí)設(shè)置機(jī)械排煙和電動(dòng)排煙窗自然排煙兩種方式，并按以下方式進(jìn)行控制：中庭區(qū)域檢測到煙氣或確認(rèn)火災(zāi)，打開中庭區(qū)域機(jī)械排煙風(fēng)機(jī)及相應(yīng)閥門，并確認(rèn)此時(shí)電動(dòng)排煙窗已關(guān)閉。若機(jī)械排煙裝置失靈，或排煙溫度到280℃導(dǎo)致排煙閥關(guān)閉或風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，打開中庭區(qū)域電動(dòng)排煙窗進(jìn)行自然排煙。通過這種方式充分保證消防安全。

3.6 內(nèi)區(qū)明顯與過渡季運(yùn)行節(jié)能設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目內(nèi)區(qū)范圍大，人員密集，燈光、特種設(shè)備負(fù)荷大，全年冷負(fù)荷大。針對該特點(diǎn)，全空氣系統(tǒng)新風(fēng)量可以在最小新風(fēng)量和70%～100%設(shè)計(jì)送風(fēng)量之間調(diào)節(jié)，在室外空氣焓值低于室內(nèi)空氣焓值時(shí)能最大限度的利用室外新風(fēng)，以節(jié)約能耗。同時(shí)，各個(gè)區(qū)域合理設(shè)置排風(fēng)風(fēng)機(jī)，確保區(qū)域內(nèi)風(fēng)量平衡。

在綜合考慮空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行成本和過濾器更換成本的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目對全空氣系統(tǒng)過渡季增大新風(fēng)量的運(yùn)行策略進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，供運(yùn)營階段參考。其中，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行耗能通過估計(jì)空調(diào)系統(tǒng)綜合能效比進(jìn)行計(jì)算。過濾器壽命則用容塵量來評價(jià)，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(jié)果表明：在一定溫度范圍內(nèi)，采用增大新風(fēng)量的措施均可以節(jié)省總運(yùn)行費(fèi)用。當(dāng)室外溫度低于一定值時(shí)，采用70%～100%全新風(fēng)運(yùn)行，不消耗冷凍水即可消除室內(nèi)冷負(fù)荷，此時(shí)運(yùn)行費(fèi)用最省。過濾器的更換周期對于全新風(fēng)節(jié)能運(yùn)行策略有影響，但影響并不大。

4 結(jié)語

武漢電影樂園是全國首個(gè)唯一已運(yùn)營的室內(nèi)電影主題樂園，與一般的影院項(xiàng)目相比具有諸多新的特點(diǎn)。本項(xiàng)目在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分考慮了與影院功能特點(diǎn)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(jī)械設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，保證消防安全和貫徹運(yùn)行節(jié)能措施等方面克服諸多難點(diǎn)，提出應(yīng)對措施。該工程于2014年11月竣工，投入使用以來空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，該項(xiàng)目的暖通設(shè)計(jì)也斬獲了多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。希望該工程在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的思考和做法能為往后的類似工程提供借鑒和參考。