顧勇 季汪艇 王登
同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司
武漢電影樂園項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,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)。該項目是全球首個室內(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,互動影院,時空影院,體驗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
本項目作為全國唯一已運營的室內(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:各個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、投影機等放映設(shè)備、機械臂等舞臺機械設(shè)備的發(fā)熱量大且與觀影人員在同一空間內(nèi)。這些項目本身的特點對于保證室內(nèi)觀影人員熱舒適、放映設(shè)備和機械設(shè)備在允許溫濕度范圍運行、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,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。針對這些特點和要求,本項目在通風(fēng)空調(diào)設(shè)計上進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。這些思考和做法為以后同類項目設(shè)計提供了重要參考。
本項目總冷負荷8963 kW,冷指標(biāo)89 W/m2??偀嶝摵?056 kW,熱指標(biāo)50 W/m2。根據(jù)節(jié)能規(guī)范要求,選用高能效比機組[1]。冷源選用兩臺3516 kW離心式冷水機組和一臺1439 kW螺桿式冷水機組,設(shè)計工況性能系數(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燃氣真空熱水鍋爐提供,熱效率≥92%。冷水機組與燃氣真空熱水鍋爐機房機組均設(shè)置在地下一層。
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,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/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)泵變頻運行,供回水總管之間設(shè)壓差旁通閥,主機側(cè)有限變流量,即通過冷水機組的最小流量不得低于額定流量的50%,負荷側(cè)變流量。熱媒水設(shè)電動調(diào)節(jié)閥,通過氣候補償控制器自動調(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)劃分各自獨立環(huán)路,并加裝能量計量表。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)置比例積分電動調(diào)節(jié)閥與動態(tài)壓差平衡閥。
表1 空調(diào)水泵配置
中庭、影院等大空間采用全空氣低速管道系統(tǒng)。3D互動影院,4D影院,飛行影院及其排隊預(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)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。
按照規(guī)范和技術(shù)措施進行車庫、庫房、衛(wèi)生間等區(qū)域的通風(fēng)設(shè)計[2]。在飛行影院、4D影院、5D影院、互動影院、體驗影院劇場內(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19.5%時,相應(yīng)打開該區(qū)域的排風(fēng)系統(tǒng)及補風(fēng)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)計如表2所示。
表2 主要區(qū)域排煙設(shè)計
為提升觀影效果及帶入感,該項目中所有影院均配備液氮特效,且使用量較大,設(shè)計日液氮使用量為51838升。雖然氮氣在大氣中大量存在,但是封閉空間中氮氣濃度的升高會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]。
本項目暖通設(shè)計過程中,根據(jù)方案設(shè)計方及影院深化設(shè)計單位提供的各個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,所有影院一天運行后氧氣濃度均滿足規(guī)范要求。但本項目主題影院相對封閉,多日連續(xù)運行后影廳內(nèi)氧氣濃度會低于規(guī)范要求。針對此問題,提出以下措施:一是,經(jīng)計算給出各個影廳的連續(xù)運行天數(shù)上限,供運營方參考,見表3。二是,建議氮氣使用量最大的飛行影院每天運行結(jié)束后,開啟相應(yīng)區(qū)域的排風(fēng)系統(tǒng)及補風(fēng)系統(tǒng)進行全面換氣。三是,在使用氮氣的場所,設(shè)置空氣氧含量探測儀,當(dāng)測得的空氣氧含量到達19.5%時,相應(yīng)打開該區(qū)域的排風(fēng)系統(tǒng)及補風(fēng)系統(tǒng)。通過這些合理的設(shè)計,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)運行天數(shù)上限
本項目各影院舞臺區(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,必然會對空調(diào)氣流組織設(shè)計提出要求:回風(fēng)口應(yīng)遠離特效發(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。
在與各影院特效進行密切配合后,本項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)域暫時停止空調(diào),待特效結(jié)束后重新啟動,并且已進行詳細計算,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
本項目中聲光電等特效設(shè)備、投影機等放映設(shè)備、機械臂等舞臺機械設(shè)備的發(fā)熱量大,且與觀影人員處在同一空間內(nèi)。項目根據(jù)方案設(shè)計方及影院深化設(shè)計單位提供的發(fā)熱量及同時使用系數(shù),結(jié)合影院運行時間(持續(xù)時間、間歇時間等)等,進行了詳細的負荷計算,結(jié)果表明:影院單位面積設(shè)計冷負荷指標(biāo)區(qū)別較大,從170 W/m2到550 W/m2不等。各個空間的熱濕比差別很大,從9000到50000不等。因此,本項目優(yōu)先設(shè)置局部排風(fēng)排除發(fā)熱量大的設(shè)備,并且單獨分析每個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影院觀影廳這兩個特殊空間,結(jié)合影院的空間及負荷分布特點,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,盡量細分系統(tǒng),對室內(nèi)負荷特性或人員新風(fēng)特性不同的區(qū)域單獨設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)。在一個全空氣系統(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)備正常運行及人員舒適性,又達到節(jié)能的目的。
本項目主題影院的放映和機械設(shè)備主要分布于兩個類型的空間:專用的控制/設(shè)備機房內(nèi),影廳或排隊、預(yù)演區(qū)域內(nèi)。對于前者,統(tǒng)一采用VRF進行冷卻。對于后者,處理難度比較大,一方面,設(shè)備分布在影廳各個區(qū)域,比較分散,互動影院觀影廳內(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)熱量則達到40 kW。
針對影院內(nèi)部的這類設(shè)備,按照以下兩個基本原則處理: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)進行冷卻,設(shè)計時進行仔細復(fù)核,確保設(shè)備不在氣流組織死角。另外一個是,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
本工程為大型公共建筑,由于該項目建筑功能復(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,難以實現(xiàn)本項目特定的使用功能、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、火災(zāi)形式,確定各個區(qū)域合理的排煙量及排煙補風(fēng)方式,特別是對于多層挑空的影院,確保人員安全疏散時間。本項目設(shè)計根據(jù)消防性能化報告及消防評審會的結(jié)論,對各個影院按照換氣次數(shù)4~13次/時不等進行排煙系統(tǒng)設(shè)計,并設(shè)置相應(yīng)的補風(fēng)系統(tǒng)。
另外,由于中庭是影院內(nèi)部人員疏散的聚集點,為確保安全,中庭的排煙同時設(shè)置機械排煙和電動排煙窗自然排煙兩種方式,并按以下方式進行控制:中庭區(qū)域檢測到煙氣或確認火災(zāi),打開中庭區(qū)域機械排煙風(fēng)機及相應(yīng)閥門,并確認此時電動排煙窗已關(guān)閉。若機械排煙裝置失靈,或排煙溫度到280℃導(dǎo)致排煙閥關(guān)閉或風(fēng)機停轉(zhuǎn),打開中庭區(qū)域電動排煙窗進行自然排煙。通過這種方式充分保證消防安全。
本項目內(nèi)區(qū)范圍大,人員密集,燈光、特種設(shè)備負荷大,全年冷負荷大。針對該特點,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)空氣焓值時能最大限度的利用室外新風(fēng),以節(jié)約能耗。同時,各個區(qū)域合理設(shè)置排風(fēng)風(fēng)機,確保區(qū)域內(nèi)風(fēng)量平衡。
在綜合考慮空調(diào)系統(tǒng)運行成本和過濾器更換成本的基礎(chǔ)上,項目對全空氣系統(tǒng)過渡季增大新風(fēng)量的運行策略進行經(jīng)濟性分析,供運營階段參考。其中,空調(diào)系統(tǒng)運行耗能通過估計空調(diào)系統(tǒng)綜合能效比進行計算。過濾器壽命則用容塵量來評價,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)省總運行費用。當(dāng)室外溫度低于一定值時,采用70%~100%全新風(fēng)運行,不消耗冷凍水即可消除室內(nèi)冷負荷,此時運行費用最省。過濾器的更換周期對于全新風(fēng)節(jié)能運行策略有影響,但影響并不大。
武漢電影樂園是全國首個唯一已運營的室內(nèi)電影主題樂園,與一般的影院項目相比具有諸多新的特點。本項目在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中充分考慮了與影院功能特點的融合。在保證人員呼吸安全,保證舞臺效果,保證人員熱舒適,保證放映和機械設(shè)備穩(wěn)定運行,保證消防安全和貫徹運行節(jié)能措施等方面克服諸多難點,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)運行效果良好,該項目的暖通設(shè)計也斬獲了多個獎項。希望該工程在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方面的思考和做法能為往后的類似工程提供借鑒和參考。