某多功能学术报告厅空调系统设计及优化

陈添寿

（宝业湖北建工集团有限公司 湖北武汉 430080）

1 工程概况

本项目为绵阳市某多功能学术报告厅，主体地上一层，地下一层，主体建筑高度12.05m，总建筑面积8887㎡，其中，地下部分建筑面积5015㎡，地上部分建筑面积3862㎡。地下主要为车库和设备用房；地上主要有2 个小会议厅、1 个多功能学术报告厅，以及主席台和观众休息、服务区域。

本项目在设计、施工过程中，因甲方等其他方面原因，空调系统设计存在一定的问题。原设计学术报告厅采用水系统集中空调，空调冷热源采用水源热泵机组，后因地质状况、资金等原因，未采用水源热泵，冷热源更为风冷热泵，空调机组采用风冷管道式空调机组。由于施工图设计周期时间较为紧张，根据甲方提供的建筑方案图纸，未进行初步设计及方案评审，直接进行施工图设计，导致空调系统方案设计受到一定的限制。

2 空调系统的划分

空调系统的划分原则［1］：依房间性质（要求、负荷、使用时间）及建筑布局，具体划分如下。（1）多功能学术报告厅：由于观众厅空间较大、人员较多、空调负荷较大、声学要求较高，设置独立的集中式全空气空调系统。（2）主席台：室内有大量的灯光设备散热，冬、夏季均需要通风降温，要求使用灵活，设置独立的集中式全空气空调系统。（3）休息厅、小会议室、门厅：根据房间的使用需要，设置独立的集中式全空气空调系统。（4）放映室采用直流式系统，寄存处采用直流变频式多联机中央空调，其中。化妆室、休息室和服装室设置新风的空调方式［2］。如此划分系统，既使用灵活，又可节约能源和运行费用。

3 空调系统的形式

该建筑集中空调夏季冷负荷为970kW，冬季空调热负荷为572kW。高大空间房间采用直膨热泵空调机组，配套的辅助用房采用直流变频式多联机空调。

全空气集中式空调系统：在空调机房内集中设置了组合式空调器，集中处理新风、回风后送入房间。新风、排风入口处设置电动密闭风阀，并与空调机组的送排风机联锁。空调季节新风、排风阀根据卫生风量设定为最小开度，回风设定为最大开度运行；在过渡季节或根据房间的使用情况，可变换新风、排风阀开度，实现全新风运行。

多联机空调系统：化妆室、休息室、服装室、放映室和寄存处设置了多联机空调系统，可根据室内的不同温度要求，自行控制，灵活调节使用。

主席台选用2 台直膨组合式空气处理机组，额定制冷量105kW，额定制热量110kW，风量20 000m3/h。气流组织采用上送下回的方式，送风口选用旋流风口TJN-R/400，安装高度10m，冬季送风距离为6.5m，夏季工况人员活动区内风速为0.31m/s，冬季工况为0.4m/s。回风口选用单层百叶，安装高度离地0.3m。

学术报告厅选用2台直膨组合式空气处理机组，额定制冷量121kW，额定制热量133kW，风量24 000m3/h。气流组织采用上送下回的方式，送风口选用旋流风口TJN-R/400-RN-315，安装高度9.5m，冬季送风距离为8.5m，夏季工况人员活动区内风速为0.32m/s，冬季工况为0.39m/s。回风口选用单层百叶，安装高度离地0.3m。

门厅选用2 台直膨组合式空气处理机组，额定制冷量79kW，额定制热量83kW，风量15 000m3/h。气流组织采用侧送顶回的方式，送风口选用球形喷口DUK-TC/400，安装高度4.5m，送风距离为12.85m，夏季工况人员活动区内风速为0.31m/s，冬季工况为0.41m/s。回风口选用单层百叶。

小会议室选用风冷管道式空调机组，额定制冷量62kW，额定制热量68kW，风量12 000m³/h。气流组织采用顶送顶回的方式，送风口选用旋流风口VDL-TC/400，安装高度4.0m，送风距离为2.85m，夏季工况人员活动区内风速为0.24m/s，冬季工况为0.33m/s。回风口选用单层百叶。

休息厅选用风冷管道式空调机组，额定制冷量52kW，额定制热量55kW，风量12 000m3/h。气流组织采用顶送顶回的方式，送风口选用旋流风口，安装高度6.4m，送风距离为6.45m，夏季工况人员活动区内风速为0.23m/s，冬季工况为0.31m/s。回风口选用单层百叶。

本项目的多功能报告厅建筑功能是按标准剧场设计的，本院在施工图设计期间，甲方要求按电影院标准进行设计。电影院属声学要求高的特殊场所（通常声学标准比剧场略低），声学标准有4 级，需由专业声学公司进行设计。同时，专业声学公司还需要配合空调系统进行声学设计，对空调系统进行消声，以满足电影院的使用要求。

4 空调系统的控制

（1）接受室内温度信号。夏季通过电动两通阀控制冷媒的流量，使室内温度恒定在24～28℃，即室内温度低于24℃，关小并调节冷媒管电动两通阀，室内温度高于28℃，开大并调节冷媒管电动两通阀，使室内温度保持在24～28℃。（2）接受送、回及新风管上的防火阀触点信号，连锁关闭对应系统风机。（3）所有控制参数均可根据系统调试运行情况适当调整设置。（4）空调风机可就地启停，也可在中控室远程指令启停。系统上的电动风阀均能在中控室显示其开度。（5）学术报告厅的空调机组兼消防补风系统。火灾发生时，着火防烟分区的烟感器将火灾信号发至消控中心，经确认后，联动启动相关的排烟风机实施排烟。同时，与该防烟分区相关的兼做补风的空调机组机组新风进口的电动调节阀全开，空调机组全新风运行。回风管和排风管上的电动防火阀全关，当烟气温度超过280℃时，多叶排烟口及排烟管路上的排烟防火阀熔断关闭，联锁关闭排烟机，停止排烟。风管上70℃防火阀关闭时，连锁风机关闭。（6）多联机系统每个房间对应的室内机设温控器，控制系统自成体系。

5 通风系统设计

（1）公共卫生间采用卫生通风器进行通风换气，换气次数12次/h。（2）多功能学术报告厅的排烟风机在过渡季节低速开启排风，以配合空调送风系统在过渡季节实现全新风运行；在空调季节时，可开启任意一台风机低速运行，保证顺利补进卫生新风量。（3）放映工作室和耳光室设置机械通风，其排风换气次数为15次/h，该房间空调系统不设置回风并保持负压。（4）消防泵房、配电房等配套辅助用房设机械排风系统，换气次数按12次/h，通过设置防火风口自然补风。

6 排烟系统设计

（1）小会议室、休息室、门厅、楼梯间等区域均采用可开启外窗自然排烟。对不满足自然排烟条件的多功能学术报告厅、主席台等均设置机械排烟系统。（2）多功能学术报告厅设置机械排烟系统，排烟量按90m3/（h·m2）和13次换气次数取最大值。平时，系统配合空调系统低速运行；火灾报警时，由消防控制系统自动或手动监控开启该防烟分区的2台排烟风机并保持高速运行。风机入口的280℃防火熔断关闭时，连锁对应系统风机关闭。（3）多功能学术报告厅主席台设置机械排烟系统；排烟量按90m3/（h·m2）和13次换气次数取最大值。系统平时关闭；火灾报警时，由消防控制系统自动或手动监控开启该防烟分区的2台排烟风机运行，进行排烟。风机入口的280℃防火阀熔断关闭时，连锁对应系统风机关闭。

7 空调系统运行效果及原因

本项目已于2017年完工并投入使用，与运营方多次沟通并了解空调系统运行效果，休息厅、小会议室、门厅等区域空调运行良好，但多功能学术报告厅空调效果未达到设计效果。在夏季，多功能学术报告厅整体空调制冷效果良好；在冬季，学术报告厅观众席若空调系统提前开启制热效果还可接受，但学术报告厅主席台空调系统制热效果较差。在冬季使用过程中，因主席台温度达不到设计要求，后期业主增加2 台分体柜式空调，环境温度虽然有所改善，但吹风感较强，舒适度降低，业主仍不是很满意。

在施工图设计空调系统方案选择时，其实设计已提出意见，本项目多功能学术报告大厅的建筑功能是按标准剧场设计的。但在施工图设计时，甲方要求按电影院标准进行设计，空调系统也按电影院功能进行设计。如果甲方按剧场使用，该空调无法完全满足剧场空调设计要求，主要表现在：空调开启后，气流会吹动幕布，可能会影响舞台效果。如果甲方按会议厅使用，舞台和观众厅在冬季制热效果会较差。

此外，还有一个重要原因是本项目的建筑方案设计、初步设计、施工图设计不是由一个设计单位完成，甲方对空调系统不重视，施工图设计院已跟甲方说明本项目的建筑方案空调系统方案不太合理，受建筑方案的限制，空调系统只能设计为上送风、下回风，这种方案会存在冬季空调热风送不下来，影响冬季空调效果的隐患，而且这种空调送风方式非常不节能，此优化设计意见最终未被采纳，甲方仍不愿意对原建筑方案进行调整。

8 空调系统分析及优化

8.1 下送风（座椅送风）

对于高大空间建筑，本项目采用上送风方式。上送风指经处理后的空气从上至下送至人员活动区域，通常与下回风或侧回风结合。由于人员活动区域为地面以上2.5m，仅此部分为有效的空调区域，2.5m以上至顶部的空调区域会造成极大的能源浪费。送风口可根据室内装饰风格和室内净高来选择，当室内净高小于4m时，可采用方形散流器；当室内净高大于4m、小于6m时，可选用双层百叶风口；当室内净高超过6m时，可选用旋流风口，并宜结合厂家样本资料进行风口设计选型计算。对于高大空间建筑的气流组织设计，若采用上送风方式，建议先通过CFD进行气流模拟，看能否满足设计要求，若不满足，需及时对空调系统设计方案进行优化或调整，避免出现设计缺陷情况。

下送风方式［3］指经处理后的空气从下至上，先经过人员活动区域，对人员活动区域以外的空间可以不在空气调节范围外，可大量减少送风量，节约能源，减少初投资及运行费用。下送风主要有座椅送风和地板送风，适用于人员密度较大的高等级场所。如本项目多功能学术报告厅的空调下送上回的送风方式相比上送下回的送风方式，是一种更加节能、空调舒适度更好的送风方式。与之前的上送下回送风方式相比，空调的送风量大大减小，空调设备容量也相应减少，相应空调系统的造价能减少15%左右。

本项目为多功能学术报告厅，属人员密集的高大空间，但受前期建筑方案的影响，无条件设置下送风及座椅送风，最后选择上送风方式，虽选用旋流风口且经厂家的计算复核，最后的空调效果不算很好。对于此类型的建筑，在方案设计阶段就需考虑空调送风方式，若采用座椅送风，需在座椅下预留一定的空间作为送风夹层，避免后期再调整影响声光效果，以及增加土建造价费用。

8.2 侧送风

侧送风方式［4］指送风口位于建筑的四周侧面，当送风口安装高度位于房间中部时，可形成分层空调，节约能源。侧送风常与侧下回风结合，送风口主要根据距离要求有双层百叶和喷口。侧送风由于送风距离远、射流长、送风温差大，会形成冷风下降、热风上升的情况，舒适感较低。

本项目观众席冬季空调效果较差，如果业主不对设计方案进行根本改变，则建议在观众厅侧面与声学配合，适当设置送风口。

8.3 地板辐射采暖

本项目主席台冬季空调采暖效果较差，主要是由于舞台较高，且送风口的风速不能太大，否则会影响舞台幕布等效果，导致冬季送风热气流上浮，不能送至人员活动区域，影响空调效果。采用全空气的上送下回送风方式，对于此类建筑使用还是受限，可以考虑其他空调形式［5］。

地板辐射采暖的工作原理是利用铺设在地板下面的闭合管路中的循环热水，使地板均匀缓慢地散发热量。由于地板辐射所需的热水温度低，地板的表面温度仅有18～32℃，与空调区域的温差较小，给人的舒适感极高。地板辐射采暖相比于全空气系统，特殊是对噪声控制要求较高的场所，不必担心因空调送风引起的噪音影响。

若主席台采用地板辐射采暖，需占用地面100～150mm的空间，在进行灯光及视觉设计时，需考虑另安装地板辐射采暖管道，不得对地面射钉或钻孔等作业，避免采暖管道破裂，对舞台后期的扩展使用造成一定的影响［6］。

9 设计总结

施工图设计阶段，设计师应选择最优的空调系统设计方案，若因建筑方案限制不能满足要求时，应积极与建筑专业协商，向甲方反馈相关信息，对各种方案进行对比，选择最优的方案，避免后期出现难以解决的问题。

对于高大空间建筑，不宜采用上送下回的空调送风方式，若受条件限制需采用时，可结合地板辐射供暖来解决冬季空调效果不佳的问题［7］。宜采用座椅送风（置换空调）、喷口侧送风（分层空调）的空调送风方式，有条件的还可采用夏季全空气空调系统与冬季地板辐射采暖系统相结合的方式，空调效果最佳，以满足多功能报告厅的不同使用功能要求。

在今后的空调系统设计过程中，对此类建筑，在方案设计阶段就需考虑空调系统形式，设备专业需与建筑、结构等专业相配合，特别是对声、光要求较高的影剧院类场所［8］，需要预留出一定的空调管道安装空间。