简述济南大剧院暖通空调设计

摘 要：本文介绍了济南大剧院的空调冷热源和空调冷热水系统、音乐厅和多功能厅主要功能区的空调系统形式以及通风防排烟系统的设计情况,并详细说明了如何做好消声的处理.

关 键 词：音乐厅；多功能厅；暖通空调；防排烟；消声

中图分类号：TU831.3+5文献标识码：A

1工程概况

济南省会文化艺术中心（大剧院）位于山东省济南市西客站片区,为满足承办2013年第10届中国艺术节的需要,大剧院及相关配套作为省会文化艺术中心项目一期建设的内容,是最先建设启动的部分.大剧院建筑由三个观众厅：歌剧厅、音乐厅、多功能厅及辅助功能构成,各主要功能分区见图1所示.建筑面积为74776m2,建筑最高点标高：47.55m.

观众厅座位数：歌剧厅1685座,音乐厅1512座,多功能厅476座.

A区：音乐厅；B区：多功能厅；

C区：歌剧厅；D区：消防环廊.

图1各功能分区分布示意图

本文仅介绍A区和B区部分的暖通空调设计.A区为地下一层和地上六层,最高点标高为：39.780.B区为地下一层和地上八层,最高点标高为：35.020.

2空调系统设计

2.1室内主要区域设计参数

注：以上面积均指使用面积.

2.2总负荷量统计

3冷热源和空调冷热水系统

3.1冷源

在大剧院西侧能源中心（能源中心由济南同圆设计院设计）,空调系统冷源采用基载主机+冰蓄冷系统,提供大剧院5/13℃冷冻水.主干管设置在大剧院北侧消防环路地下商业最南侧管廊内,由管廊分别接入音乐厅、多功能厅及歌剧厅.采用区域蓄冷供冷可保证大剧院的用冷安全度及过渡季用冷负荷量、冬季内区用冷负荷量,大剧院夏季最大用冷负荷为9835kW.

3.2热源

本工程的空调、采暖热源为市政热力,在大剧院西侧能源中心（能源中心由济南同圆设计院设计）设置二次热交换站及热计量,提供大剧院60/50℃空调系统用热水及提供50/40℃低温热水地面辐射采暖系统用热水.主干管设置在大剧院北侧消防环路地下商业最南侧管廊内,由管廊分别接入音乐厅、多功能厅及歌剧厅.市政热媒供回水设计温度为110/70℃.

3.3空调冷热水系统

大剧院空调冷热水系统采用分区两管制水系统,变流量运行.分别为风机盘管系统、空气处理机组系统、辐射地板系统.

化妆间内区风机盘管及个别散热量非常高的舞台机械及灯光音响控制室空调机组空调冷水系统全年使用.

风机盘管空调采暖热水系统和热辐射地板系统冬季全天运行,以保证冬季夜间值班采暖的需要.

空调冷热水系统均采用板式换热器间接供冷供热的二次循环系统,负荷侧二次水循环泵均采用变频泵,根据供回水压差控制变频泵的转速,根据流量控制变频泵的运行台数.换热机组一次水进水管道上设置电动调节阀,根据二次侧的出水温度调节一次侧的流量.

空调水系统设置补水泵和气压罐定压,在热交换站设软化水系统.系统由水力自控型全自动离子交换软水器、软化水箱、软水补水泵等组成,自来水被软化后,用于空调系统的补水.补水泵受气压罐内压力变化控制启停.

4剧场空调设计

4.1音乐厅观众厅空调系统

音乐厅观众厅总座位数位1512座,其中池座为946座,楼座为566座.其空调系统采用全空气定风量系统,池座总送风量为52640m3/h,楼座总送风量为26100m3/h.池座和楼座送风各选两台空调机组,对称设置于地下一层的空调机房内.机组处理后的空气经净化杀菌装置和消声装置分别送至池座静压箱、楼座静压箱.观众厅池座和楼座固定座椅区采用置换式通风,送风口设在座椅下,回排风设在上部灯光设备发热量集中的面光室、耳光平台等部位,利用建筑的吊顶缝隙作为回排风口；通过回风温度控制水阀开度,以保证室内设计温度.夏季以最小新风比运行,因散湿量较大夏季需要二次回风,满足室内设计参数,过渡季全新风运行(最大新风比70%),冬季可通过调节新风比和加热量送适宜温度的冷风以消除内区余热.最小新风及过渡季全新风排风机设置在地下一层,从地面以上建筑侧墙排出.

另外,乐池部分单独设置一台空调机组,设置于地下一层的空调机房内,其送风量为8400m3/h.机组处理后的空气经净化杀菌装置和消声装置送至升降乐池台仓的侧面,送风口与回风口左右对称布置.送风口采用双层百叶,大小为1600x600；回风口采用单层百叶,大小为1600x500.

观众厅池座送风平面及剖面见图2-1~图2-2.

4.2多功能厅观众厅空调系统

多功能厅观众厅采用全空气定风量系统,总送风量为32000m3/h.该系统的组合式空气处理机组设置于地上六层的空调机房内,机组处理后的空气经净化杀菌装置和消声装置分三路分别送至多功能厅的上空.其中一路风管设置于栅顶层,选用8个筒形喷口φ300,每个风量为875m3/h；另外两路均采用温控条形喷口,其大小为700x153,设置在马道下面,均分余下的25000m3/h的风量.观众厅的回风方式为上回风,利用栅顶的缝隙作为回风口,通过栅顶上部的总回风管道被送回空调机组；通过回风温度控制水阀开度,以保证室内设计温度.夏季以最小新风比运行,过渡季全新风运行(最大新风比70%),冬季可通过调节新风比和加热量送适宜温度的冷风以消除内区余热.最小新风及过渡季全新风排风机设置在六层空调机房内从屋顶排风百叶排出.

5剧场防排烟系统设计

这里主要介绍音乐厅及多功能厅观众厅排烟系统,其他功能区的防排烟系统按常规方法设计,不再一一赘述.

5.1音乐厅观众厅排烟系统

音乐厅观众厅的排烟系统位于五层栅顶层,根据文献,观众厅的排烟量以13次/h换气标准计算,或以90m3/m2h换气标准计算,两者取其大者.经计算,该系统的总排烟量为260000m3/h,选择4台风量为78000m3/h的排烟风机,设置于五层排烟机房内.由于观众厅建筑吊顶为不规则形吊顶（靠观众厅两侧墙的吊顶为平面,中间突起部分的吊顶为斜平面）,排烟口采用两种形式：一是采用4个大小为4685x400的排烟口,在平面吊顶左右对称各布置两个；二是利用斜平面吊顶上的缝隙作为排烟口.

乐池台仓排烟量计算按台仓体积的6次/h换气计算.经计算,选择一台风量为7200m3/h的排烟风机,设置于地下一层空调机房内,其排烟主管道与乐池回风主管道共用.

5.2多功能厅观众厅排烟系统

多功能厅观众厅的排烟系统位于五层栅顶层以上.经计算,该系统的总排烟量为97500m3/h（计算方法同音乐厅观众厅）,选择一台风量为107250m3/h的排烟风机设置于七层空调机房内,其风机出口主干管与观众厅排风主干管合用；在五层栅顶层的结构顶板下及梁格内布置8个方向朝上的800×800排烟口.

6剧场消声设计

根据文献,济南大剧院属于甲等剧院,观众席背景噪声应NR25,必须进行严格的噪声振动控制设计.本项目中设计选用的消声器为阻性片式消声器.在具体的设计中是根据送、回风等系统各个频率所需要的降噪量、风量、风压、可用空间等具体情况设计或选用具体的消声器.另外,部分直接从空调机房内经风井直送楼座或池座的风管,因为考虑到机房内设备噪声通过风管透射的问题,要求在进入风管井道之前加强风管隔声,以下重点介绍音乐厅池座及乐池送风的消声设计.

6.1音乐厅池座送风的消声设计

由于池座静压箱位于空调机房的上部,池座机组送风路径非常短,给消声设计带来很大难度.现设计方案首先充分利用机房内空间进行消声,在机房内设置2个消声静压箱和1节1500mm长的消声器.但此时进入到池座下静压仓内的噪声仍比较强烈,而静压仓与观众席直接相通,普通风管和消声器的外壳隔声量都非常有限,因此不能采用常规消声器,否则噪声会直接从消声器外壳辐射出来造成消声“短路”现象.消声设计采用设计隔声消声小室的做法,采用具有更高隔声性能且容易施工的轻钢龙骨石膏板构造在静压仓内建立隔声消声小室,小室内全部进行吸声处理,同时在小室内设置消声片,以此来降低系统的低频噪声.送风出消声小室后再接1节消声器,主要消除高频气流再生噪声,之后送入静压仓,见图2-1及图2-2.

6.2音乐厅乐池送风的消声设计

乐池位于1#空调机房的上部,乐池送风的空调机组位于与1#空调机房仅隔一个走道的3#空调机房内.乐池送风管道进入1#空调机房时,其内部噪声已被消除到很低的水平；而机房内噪声仍很强烈,因此该部分风管需做二次隔声处理,防止噪声从机房通过风管进入到送回风系统内.二次隔声处理也称为隔声包扎,结构如图3所示：

6.3新风、排风系统消声

为降低噪声对外环境的影响,新风、排风系统也需进行适当的消声处理.但由于系统风量大,且风量也不固定,因此不便在总管道上设置消声器.采取新风、排风管道的大型连箱（静压箱）都做成消声静压箱,通风竖井内四周都进行吸声处理,以尽量降低噪声对外影响.

结语

济南大剧院的建筑方案出自著名的法国建筑师PaulAndreu,由北京市建筑设计研究院第三设计所完成施工图及精装修设计.由于剧场建筑的内部功能复杂,暖通专业的设计工作难度较大,在此,结合济南大剧院的空调系统设计,对剧场建筑的暖通专业设计要点总结如下：

正确划分空调系统,确定合理的系统参数剧场建筑内典型的功能区有观众厅、舞台、台仓、公共大厅、排练厅、化妆区以及办公管理用房等,这些功能区都应该有独立的空调系统,而且空调系统冬、夏季设计参数应该根据需要合理设定.

明确不同功能区的气流组织形式：一般来说,座椅送风已被普遍用于大型剧场的观众厅,公共大厅等高大空间通常采用喷口侧送风等方式.舞台的气流组织形式也非常重要,规范中明确规定“舞台送风不得吹动幕布及布景”.为了实现合理的气流组织形式,不仅需要在空调系统中采取相应的技术措施,还需要各相关专业从工程的初始阶段就紧密配合,否则很难达到空调系统理想的使用效果.

注意特殊功能用房对空调系统的相应要求,由于使用时间不能和剧场同步以及大量发热设备的存在,剧场内的灯控室、声控室、舞台机械控制室等房间往往要求有独立控制的空调系统,不能并入剧场的大系统.

机械化舞台的台仓也是一个比较特殊的区域,虽然在这个区域内基本无人员活动,但出于对演员舒适性的考虑,也要求为其设置空调系统.

与声学专业人员密切配合,严格控制空调系统的噪声与振动消声和减振一直是剧场建筑的重要设计内容之一,空调系统中有大量的振动源和噪声源,因此,与声学专业的配合就必不可少.