某多功能學(xué)術(shù)報告廳空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化

陳添壽

（寶業(yè)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(xué)術(shù)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(shè)備用房；地上主要有2 個小會議廳、1 個多功能學(xué)術(shù)報告廳，以及主席臺和觀眾休息、服務(wù)區(qū)域。

本項目在設(shè)計、施工過程中，因甲方等其他方面原因，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計存在一定的問題。原設(shè)計學(xué)術(shù)報告廳采用水系統(tǒng)集中空調(diào)，空調(diào)冷熱源采用水源熱泵機組，后因地質(zhì)狀況、資金等原因，未采用水源熱泵，冷熱源更為風(fēng)冷熱泵，空調(diào)機組采用風(fēng)冷管道式空調(diào)機組。由于施工圖設(shè)計周期時間較為緊張，根據(jù)甲方提供的建筑方案圖紙，未進行初步設(shè)計及方案評審，直接進行施工圖設(shè)計，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計受到一定的限制。

2 空調(diào)系統(tǒng)的劃分

空調(diào)系統(tǒng)的劃分原則［1］：依房間性質(zhì)（要求、負(fù)荷、使用時間）及建筑布局，具體劃分如下。（1）多功能學(xué)術(shù)報告廳：由于觀眾廳空間較大、人員較多、空調(diào)負(fù)荷較大、聲學(xué)要求較高，設(shè)置獨立的集中式全空氣空調(diào)系統(tǒng)。（2）主席臺：室內(nèi)有大量的燈光設(shè)備散熱，冬、夏季均需要通風(fēng)降溫，要求使用靈活，設(shè)置獨立的集中式全空氣空調(diào)系統(tǒng)。（3）休息廳、小會議室、門廳：根據(jù)房間的使用需要，設(shè)置獨立的集中式全空氣空調(diào)系統(tǒng)。（4）放映室采用直流式系統(tǒng)，寄存處采用直流變頻式多聯(lián)機中央空調(diào)，其中?；瘖y室、休息室和服裝室設(shè)置新風(fēng)的空調(diào)方式［2］。如此劃分系統(tǒng)，既使用靈活，又可節(jié)約能源和運行費用。

3 空調(diào)系統(tǒng)的形式

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

全空氣集中式空調(diào)系統(tǒng)：在空調(diào)機房內(nèi)集中設(shè)置了組合式空調(diào)器，集中處理新風(fēng)、回風(fēng)后送入房間。新風(fēng)、排風(fēng)入口處設(shè)置電動密閉風(fēng)閥，并與空調(diào)機組的送排風(fēng)機聯(lián)鎖。空調(diào)季節(jié)新風(fēng)、排風(fēng)閥根據(jù)衛(wèi)生風(fēng)量設(shè)定為最小開度，回風(fēng)設(shè)定為最大開度運行；在過渡季節(jié)或根據(jù)房間的使用情況，可變換新風(fēng)、排風(fēng)閥開度，實現(xiàn)全新風(fēng)運行。

多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)：化妝室、休息室、服裝室、放映室和寄存處設(shè)置了多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)，可根據(jù)室內(nèi)的不同溫度要求，自行控制，靈活調(diào)節(jié)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(fēng)量20 000m3/h。氣流組織采用上送下回的方式，送風(fēng)口選用旋流風(fēng)口TJN-R/400，安裝高度10m，冬季送風(fēng)距離為6.5m，夏季工況人員活動區(qū)內(nèi)風(fēng)速為0.31m/s，冬季工況為0.4m/s?；仫L(fēng)口選用單層百葉，安裝高度離地0.3m。

學(xué)術(shù)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(fēng)量24 000m3/h。氣流組織采用上送下回的方式，送風(fēng)口選用旋流風(fēng)口TJN-R/400-RN-315，安裝高度9.5m，冬季送風(fēng)距離為8.5m，夏季工況人員活動區(qū)內(nèi)風(fēng)速為0.32m/s，冬季工況為0.39m/s?；仫L(fēng)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(fēng)量15 000m3/h。氣流組織采用側(cè)送頂回的方式，送風(fēng)口選用球形噴口DUK-TC/400，安裝高度4.5m，送風(fēng)距離為12.85m，夏季工況人員活動區(qū)內(nèi)風(fēng)速為0.31m/s，冬季工況為0.41m/s。回風(fēng)口選用單層百葉。

小會議室選用風(fēng)冷管道式空調(diào)機組，額定制冷量62kW，額定制熱量68kW，風(fēng)量12 000m3/h。氣流組織采用頂送頂回的方式，送風(fēng)口選用旋流風(fēng)口VDL-TC/400，安裝高度4.0m，送風(fēng)距離為2.85m，夏季工況人員活動區(qū)內(nèi)風(fēng)速為0.24m/s，冬季工況為0.33m/s?；仫L(fēng)口選用單層百葉。

休息廳選用風(fēng)冷管道式空調(diào)機組，額定制冷量52kW，額定制熱量55kW，風(fēng)量12 000m3/h。氣流組織采用頂送頂回的方式，送風(fēng)口選用旋流風(fēng)口，安裝高度6.4m，送風(fēng)距離為6.45m，夏季工況人員活動區(qū)內(nèi)風(fēng)速為0.23m/s，冬季工況為0.31m/s?；仫L(fēng)口選用單層百葉。

本項目的多功能報告廳建筑功能是按標(biāo)準(zhǔn)劇場設(shè)計的，本院在施工圖設(shè)計期間，甲方要求按電影院標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計。電影院屬聲學(xué)要求高的特殊場所（通常聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)比劇場略低），聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)有4 級，需由專業(yè)聲學(xué)公司進行設(shè)計。同時，專業(yè)聲學(xué)公司還需要配合空調(diào)系統(tǒng)進行聲學(xué)設(shè)計，對空調(diào)系統(tǒng)進行消聲，以滿足電影院的使用要求。

4 空調(diào)系統(tǒng)的控制

（1）接受室內(nèi)溫度信號。夏季通過電動兩通閥控制冷媒的流量，使室內(nèi)溫度恒定在24～28℃，即室內(nèi)溫度低于24℃，關(guān)小并調(diào)節(jié)冷媒管電動兩通閥，室內(nèi)溫度高于28℃，開大并調(diào)節(jié)冷媒管電動兩通閥，使室內(nèi)溫度保持在24～28℃。（2）接受送、回及新風(fēng)管上的防火閥觸點信號，連鎖關(guān)閉對應(yīng)系統(tǒng)風(fēng)機。（3）所有控制參數(shù)均可根據(jù)系統(tǒng)調(diào)試運行情況適當(dāng)調(diào)整設(shè)置。（4）空調(diào)風(fēng)機可就地啟停，也可在中控室遠程指令啟停。系統(tǒng)上的電動風(fēng)閥均能在中控室顯示其開度。（5）學(xué)術(shù)報告廳的空調(diào)機組兼消防補風(fēng)系統(tǒng)?；馂?zāi)發(fā)生時，著火防煙分區(qū)的煙感器將火災(zāi)信號發(fā)至消控中心，經(jīng)確認(rèn)后，聯(lián)動啟動相關(guān)的排煙風(fēng)機實施排煙。同時，與該防煙分區(qū)相關(guān)的兼做補風(fēng)的空調(diào)機組機組新風(fēng)進口的電動調(diào)節(jié)閥全開，空調(diào)機組全新風(fēng)運行?；仫L(fēng)管和排風(fēng)管上的電動防火閥全關(guān)，當(dāng)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(guān)閉，聯(lián)鎖關(guān)閉排煙機，停止排煙。風(fēng)管上70℃防火閥關(guān)閉時，連鎖風(fēng)機關(guān)閉。（6）多聯(lián)機系統(tǒng)每個房間對應(yīng)的室內(nèi)機設(shè)溫控器，控制系統(tǒng)自成體系。

5 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

（1）公共衛(wèi)生間采用衛(wèi)生通風(fēng)器進行通風(fēng)換氣，換氣次數(shù)12次/h。（2）多功能學(xué)術(shù)報告廳的排煙風(fēng)機在過渡季節(jié)低速開啟排風(fēng)，以配合空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)在過渡季節(jié)實現(xiàn)全新風(fēng)運行；在空調(diào)季節(jié)時，可開啟任意一臺風(fēng)機低速運行，保證順利補進衛(wèi)生新風(fēng)量。（3）放映工作室和耳光室設(shè)置機械通風(fēng)，其排風(fēng)換氣次數(shù)為15次/h，該房間空調(diào)系統(tǒng)不設(shè)置回風(fēng)并保持負(fù)壓。（4）消防泵房、配電房等配套輔助用房設(shè)機械排風(fēng)系統(tǒng)，換氣次數(shù)按12次/h，通過設(shè)置防火風(fēng)口自然補風(fēng)。

6 排煙系統(tǒng)設(shè)計

（1）小會議室、休息室、門廳、樓梯間等區(qū)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(xué)術(shù)報告廳、主席臺等均設(shè)置機械排煙系統(tǒng)。（2）多功能學(xué)術(shù)報告廳設(shè)置機械排煙系統(tǒng)，排煙量按90m3/（h·m2）和13次換氣次數(shù)取最大值。平時，系統(tǒng)配合空調(diào)系統(tǒng)低速運行；火災(zāi)報警時，由消防控制系統(tǒng)自動或手動監(jiān)控開啟該防煙分區(qū)的2臺排煙風(fēng)機并保持高速運行。風(fēng)機入口的280℃防火熔斷關(guān)閉時，連鎖對應(yīng)系統(tǒng)風(fēng)機關(guān)閉。（3）多功能學(xué)術(shù)報告廳主席臺設(shè)置機械排煙系統(tǒng)；排煙量按90m3/（h·m2）和13次換氣次數(shù)取最大值。系統(tǒng)平時關(guān)閉；火災(zāi)報警時，由消防控制系統(tǒng)自動或手動監(jiān)控開啟該防煙分區(qū)的2臺排煙風(fēng)機運行，進行排煙。風(fēng)機入口的280℃防火閥熔斷關(guān)閉時，連鎖對應(yīng)系統(tǒng)風(fēng)機關(guān)閉。

7 空調(diào)系統(tǒng)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(diào)系統(tǒng)運行效果，休息廳、小會議室、門廳等區(qū)域空調(diào)運行良好，但多功能學(xué)術(shù)報告廳空調(diào)效果未達到設(shè)計效果。在夏季，多功能學(xué)術(shù)報告廳整體空調(diào)制冷效果良好；在冬季，學(xué)術(shù)報告廳觀眾席若空調(diào)系統(tǒng)提前開啟制熱效果還可接受，但學(xué)術(shù)報告廳主席臺空調(diào)系統(tǒng)制熱效果較差。在冬季使用過程中，因主席臺溫度達不到設(shè)計要求，后期業(yè)主增加2 臺分體柜式空調(diào)，環(huán)境溫度雖然有所改善，但吹風(fēng)感較強，舒適度降低，業(yè)主仍不是很滿意。

在施工圖設(shè)計空調(diào)系統(tǒng)方案選擇時，其實設(shè)計已提出意見，本項目多功能學(xué)術(shù)報告大廳的建筑功能是按標(biāo)準(zhǔn)劇場設(shè)計的。但在施工圖設(shè)計時，甲方要求按電影院標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，空調(diào)系統(tǒng)也按電影院功能進行設(shè)計。如果甲方按劇場使用，該空調(diào)無法完全滿足劇場空調(diào)設(shè)計要求，主要表現(xiàn)在：空調(diào)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(shè)計、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計不是由一個設(shè)計單位完成，甲方對空調(diào)系統(tǒng)不重視，施工圖設(shè)計院已跟甲方說明本項目的建筑方案空調(diào)系統(tǒng)方案不太合理，受建筑方案的限制，空調(diào)系統(tǒng)只能設(shè)計為上送風(fēng)、下回風(fēng)，這種方案會存在冬季空調(diào)熱風(fēng)送不下來，影響冬季空調(diào)效果的隱患，而且這種空調(diào)送風(fēng)方式非常不節(jié)能，此優(yōu)化設(shè)計意見最終未被采納，甲方仍不愿意對原建筑方案進行調(diào)整。

8 空調(diào)系統(tǒng)分析及優(yōu)化

8.1 下送風(fēng)（座椅送風(fēng)）

對于高大空間建筑，本項目采用上送風(fēng)方式。上送風(fēng)指經(jīng)處理后的空氣從上至下送至人員活動區(qū)域，通常與下回風(fēng)或側(cè)回風(fēng)結(jié)合。由于人員活動區(qū)域為地面以上2.5m，僅此部分為有效的空調(diào)區(qū)域，2.5m以上至頂部的空調(diào)區(qū)域會造成極大的能源浪費。送風(fēng)口可根據(jù)室內(nèi)裝飾風(fēng)格和室內(nèi)凈高來選擇，當(dāng)室內(nèi)凈高小于4m時，可采用方形散流器；當(dāng)室內(nèi)凈高大于4m、小于6m時，可選用雙層百葉風(fēng)口；當(dāng)室內(nèi)凈高超過6m時，可選用旋流風(fēng)口，并宜結(jié)合廠家樣本資料進行風(fēng)口設(shè)計選型計算。對于高大空間建筑的氣流組織設(shè)計，若采用上送風(fēng)方式，建議先通過CFD進行氣流模擬，看能否滿足設(shè)計要求，若不滿足，需及時對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案進行優(yōu)化或調(diào)整，避免出現(xiàn)設(shè)計缺陷情況。

下送風(fēng)方式［3］指經(jīng)處理后的空氣從下至上，先經(jīng)過人員活動區(qū)域，對人員活動區(qū)域以外的空間可以不在空氣調(diào)節(jié)范圍外，可大量減少送風(fēng)量，節(jié)約能源，減少初投資及運行費用。下送風(fēng)主要有座椅送風(fēng)和地板送風(fēng)，適用于人員密度較大的高等級場所。如本項目多功能學(xué)術(shù)報告廳的空調(diào)下送上回的送風(fēng)方式相比上送下回的送風(fēng)方式，是一種更加節(jié)能、空調(diào)舒適度更好的送風(fēng)方式。與之前的上送下回送風(fēng)方式相比，空調(diào)的送風(fēng)量大大減小，空調(diào)設(shè)備容量也相應(yīng)減少，相應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)的造價能減少15%左右。

本項目為多功能學(xué)術(shù)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(shè)置下送風(fēng)及座椅送風(fēng)，最后選擇上送風(fēng)方式，雖選用旋流風(fēng)口且經(jīng)廠家的計算復(fù)核，最后的空調(diào)效果不算很好。對于此類型的建筑，在方案設(shè)計階段就需考慮空調(diào)送風(fēng)方式，若采用座椅送風(fēng)，需在座椅下預(yù)留一定的空間作為送風(fēng)夾層，避免后期再調(diào)整影響聲光效果，以及增加土建造價費用。

8.2 側(cè)送風(fēng)

側(cè)送風(fēng)方式［4］指送風(fēng)口位于建筑的四周側(cè)面，當(dāng)送風(fēng)口安裝高度位于房間中部時，可形成分層空調(diào)，節(jié)約能源。側(cè)送風(fēng)常與側(cè)下回風(fēng)結(jié)合，送風(fēng)口主要根據(jù)距離要求有雙層百葉和噴口。側(cè)送風(fēng)由于送風(fēng)距離遠、射流長、送風(fēng)溫差大，會形成冷風(fēng)下降、熱風(fēng)上升的情況，舒適感較低。

本項目觀眾席冬季空調(diào)效果較差，如果業(yè)主不對設(shè)計方案進行根本改變，則建議在觀眾廳側(cè)面與聲學(xué)配合，適當(dāng)設(shè)置送風(fēng)口。

8.3 地板輻射采暖

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

地板輻射采暖的工作原理是利用鋪設(shè)在地板下面的閉合管路中的循環(huán)熱水，使地板均勻緩慢地散發(fā)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(diào)區(qū)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(tǒng)，特殊是對噪聲控制要求較高的場所，不必?fù)?dān)心因空調(diào)送風(fēng)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(shè)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(yè)，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(shè)計總結(jié)

施工圖設(shè)計階段，設(shè)計師應(yīng)選擇最優(yōu)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案，若因建筑方案限制不能滿足要求時，應(yīng)積極與建筑專業(yè)協(xié)商，向甲方反饋相關(guān)信息，對各種方案進行對比，選擇最優(yōu)的方案，避免后期出現(xiàn)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(diào)送風(fēng)方式，若受條件限制需采用時，可結(jié)合地板輻射供暖來解決冬季空調(diào)效果不佳的問題［7］。宜采用座椅送風(fēng)（置換空調(diào)）、噴口側(cè)送風(fēng)（分層空調(diào)）的空調(diào)送風(fēng)方式，有條件的還可采用夏季全空氣空調(diào)系統(tǒng)與冬季地板輻射采暖系統(tǒng)相結(jié)合的方式，空調(diào)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(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中，對此類建筑，在方案設(shè)計階段就需考慮空調(diào)系統(tǒng)形式，設(shè)備專業(yè)需與建筑、結(jié)構(gòu)等專業(yè)相配合，特別是對聲、光要求較高的影劇院類場所［8］，需要預(yù)留出一定的空調(diào)管道安裝空間。