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

        2018-12-11 08:47:42顧勇季汪艇王登
        建筑熱能通風(fēng)空調(diào) 2018年10期
        關(guān)鍵詞:排風(fēng)空調(diào)區(qū)域

        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(guó)唯一已運(yùn)營(yíng)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(tái)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(tái)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(duì)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(tái)特效帶來的視覺、聽覺、味覺等感官效果。針對(duì)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(tái)3516 kW離心式冷水機(jī)組和一臺(tái)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(tái)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(chǎng)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(cè)儀,當(dāng)測(cè)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?,但是封閉空間中氮?dú)鉂舛鹊纳邥?huì)擠占空氣中氧氣的濃度。根據(jù)國(guó)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(duì)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(duì)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(yíng)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?chǎng)所,設(shè)置空氣氧含量探測(cè)儀,當(dāng)測(cè)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(tái)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(tái)區(qū)利用蒸汽、液氮、水汽、熱風(fēng)等營(yíng)造煙霧彌漫、熱浪侵襲、水霧噴射、香氣四溢等舞臺(tái)特效,如圖2所示。一方面,舞臺(tái)特效受空調(diào)系統(tǒng)的氣流組織影響較大,必然會(huì)對(duì)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(duì)特效的影響,確保效果。另一種是,修改控制要求,對(duì)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(tái)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?jiǎn)挝幻娣e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?jī)?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(duì)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(tái)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(duì)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?jī)?nèi),影廳或排隊(duì)、預(yù)演區(qū)域內(nèi)。對(duì)于前者,統(tǒng)一采用VRF進(jìn)行冷卻。對(duì)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(tái)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(tái)處的控制柜發(fā)熱量則達(dá)到40 kW。

        針對(duì)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(duì)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(guó)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(duì)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(píng)審會(huì)的結(jié)論,對(duì)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(cè)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?jī)?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(duì)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(duì)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(yíng)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(píng)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(duì)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(guó)首個(gè)唯一已運(yùn)營(yíng)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(tái)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(duì)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。

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