北京某文化宮劇院空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造方案

XX工人文化宮劇院空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造方案概述

XX工人文化宮劇院位于北京市XX區(qū)，于1989年投入使用，總建筑面積約7000m2。近年來已成為XX區(qū)對外交流的窗口，在來京的外國游客中頗為有名，每晚在此上演的《功夫傳奇》一直座無虛席，從2004年7月15日至今已連演1200余場，50多個國家的80余萬觀眾前來觀看。但由于年代久遠(yuǎn)，其建筑和設(shè)備日顯陳舊，空調(diào)系統(tǒng)也暴露出很多問題。在區(qū)工會、區(qū)政府的支持下于2006年開始立項改建。

熱工及空調(diào)方面存在的問題

1、本劇院建筑平面大，樓層少，四周及屋面裝飾大面積單層采光玻璃，存在建筑吸熱大、保溫差、空調(diào)負(fù)荷大的缺點。

2、本劇院屋面采用鋼網(wǎng)架薄殼結(jié)構(gòu)，無隔熱層，原設(shè)計舞臺排風(fēng)風(fēng)機偏小，使得舞臺上空大量燈光散熱不能及時排出室外，增加了空調(diào)冷負(fù)荷。

3、由于上世紀(jì)80年代建設(shè)初期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件限制，本劇院夏季制冷采用兩臺螺桿式冷水機組（20×104kcal/h）制冷，冬季采暖僅依靠觀眾廳內(nèi)一層四周的電暖氣。由于設(shè)備陳舊，已不能滿足劇場正常的使用要求，空調(diào)效果很差且電耗高。尤其是在舉行重要會議或文藝演出時，場外氣溫高于32℃時，場內(nèi)氣溫竟然高達(dá)29～30℃。而冬季室內(nèi)溫度往往不足18℃。

4、原來的末端送回風(fēng)系統(tǒng)還存在以下問題：

①整個觀眾區(qū)空調(diào)溫度不滿意，夏季偏高，冬季偏低，其中前排區(qū)域此問題更加突出；

②舞臺空調(diào)不足，由于燈光負(fù)荷大，且大量熱量不能及時拍出，演員演出時常常熱的汗流浹背，嚴(yán)重影響演出效果。

5、空調(diào)保溫材料選用玻璃棉。在施工中玻璃粉容易飛揚，造成人體不適，影響工程質(zhì)量。玻璃棉包裹不緊或膠紙老化開口，會造成冷量泄漏，使保溫失效，造成空調(diào)供水溫度送升高，加大了空調(diào)電耗。

6、經(jīng)現(xiàn)場實際勘察，原系統(tǒng)的新風(fēng)補入量嚴(yán)重不足，空調(diào)系統(tǒng)的運行基本上是全回風(fēng)狀態(tài)運行，無法保證劇場內(nèi)的空氣品質(zhì)。

空調(diào)系統(tǒng)的改造

冷熱源改造

由于歷史原因，該項目所在地?zé)o熱源可用，故考慮采用水源熱泵作為空調(diào)系統(tǒng)冷熱源。經(jīng)過現(xiàn)場及地質(zhì)資料的勘察，得知本劇場所在地位于永定河沖洪積扇中下部，第四系沉積厚度100米左右，含水層分多層（2-3層），巖性以砂礫石、中粗砂為主，90米含水層累計厚度20余米，主要接受上游地下水徑流補給和大氣降水的垂直入滲補給，富水條件較好，單井出水量約為2400m3/d。本項目周邊500米范圍內(nèi)無其它水源井，并且本系統(tǒng)實現(xiàn)地下水量的抽、灌平衡，因此不會造成區(qū)域地下水位下降。

經(jīng)過負(fù)荷計算，本項目峰值負(fù)荷用水量為100m3/h，故設(shè)置一口抽水井即可。綜合考慮該地區(qū)地下水源特點和場地情況，共設(shè)置三口抽灌兩用井，運行模式為一抽兩灌，抽水井、回灌井定期更換使用。

末端空調(diào)系統(tǒng)改造

崇文區(qū)工人文化宮劇院原空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)采用分區(qū)域吊頂送風(fēng)、下回風(fēng)的設(shè)計，送風(fēng)系統(tǒng)分為觀眾廳、舞臺、休息廳（門廳）三個系統(tǒng)，回風(fēng)采用土建地下風(fēng)道。針對末端空調(diào)系統(tǒng)存在的種種問題，進(jìn)行了如下改造：

舞臺區(qū)空調(diào)改造

劇場舞臺空調(diào)由于存在以下一系列特殊問題，是比較難于有效解決的：

1、

空間高大。主臺高度為18米，寬度略小于觀眾廳，臺深17米。

2、

布景繁多，形狀各異，還有網(wǎng)幕、軟景等，既阻擋氣流又不能被吹動。其上部的鋼絲電纜也錯縱復(fù)雜。

3、

燈具多，發(fā)熱量大且不確定。

4、

冬季高大外墻及高窗耗熱量大，往往形成冷氣流下降至舞臺面。

經(jīng)過分析校核，舞臺原有空調(diào)機組制冷量、送風(fēng)量明顯偏小，改造時單位面積耗冷量由原來的160W/m2增加至300W/m2。舞臺東西側(cè)墻上分別設(shè)置2個機械排風(fēng)風(fēng)機，將燈具等產(chǎn)生的熱量及時排出室外。

舞臺空調(diào)系統(tǒng)改造除滿足溫、濕度要求之外，應(yīng)保持與觀眾廳風(fēng)壓平衡，避免影響幕布的操作。舞臺部分送風(fēng)管敷設(shè)于天橋下，送風(fēng)口采用可調(diào)節(jié)雙層百葉側(cè)送與旋流風(fēng)口下送相結(jié)合的方式，在演出期間，與舞美緊密配合，在不吹動幕布、背景的前提下，按不同的送風(fēng)方式向表演區(qū)送風(fēng)，以保證演出期間的空調(diào)效果。

觀眾廳空調(diào)改造

觀眾廳內(nèi)吊頂送風(fēng)采用1000×150條形百葉，氣流分析得觀眾廳空調(diào)效果不良與下列因素有關(guān)：1.雖然觀眾廳組合式空調(diào)機組的總制冷量和總送風(fēng)量基本滿足要求，但觀眾區(qū)前排送風(fēng)量不足；2.送風(fēng)氣流射程不足,復(fù)算得知熱氣流射程僅為3.0～3.8米，氣流遠(yuǎn)不能到達(dá)座席（吊頂距地面12米）；3.地面回風(fēng)口過于偏向于后排座位，使得前排局部座位成為氣流死區(qū)。

考慮到建筑的歷史和投資、工期等因素，本劇院的改擴(kuò)建立足于原有建筑，最終的改造方案是在原有管道系統(tǒng)的基礎(chǔ)上展開的，沿用了大部分的原有主送風(fēng)和回風(fēng)道。改善觀眾廳空調(diào)效果采取的措施如下，改造后的空調(diào)平面如圖1所示：

1、

調(diào)整風(fēng)口式樣，將原條形百葉改為送風(fēng)角度可調(diào)旋流風(fēng)口，夏季葉片45-60°（座席區(qū)風(fēng)速0.12米／秒），冬季90°垂直下送。觀眾廳一層后部吊頂較低，送風(fēng)口結(jié)合原有吊頂，采用散流器下送。

2、

增加總送風(fēng)量，原設(shè)計為44000m3／h，調(diào)整為52000m3／h。

3、

更換觀眾廳前排區(qū)域上的排風(fēng)風(fēng)機。

由于風(fēng)口高于人員活動區(qū)10.9米,上述調(diào)整后的送風(fēng)口在冬季仍然不能滿足氣流射程的要求,進(jìn)一步加大送風(fēng)速度則噪聲超過劇場標(biāo)準(zhǔn)。為此，設(shè)計考慮了以下運行策略來解決這一問題：首先在演出開始前的預(yù)熱時，關(guān)閉部分送風(fēng)管道，使總共35只風(fēng)口中14只(或19)停止送風(fēng)，將風(fēng)量集中到剩余的風(fēng)口中，以此提高風(fēng)口的出風(fēng)風(fēng)速，經(jīng)過計算此時的送風(fēng)射程可達(dá)到11米，基本滿足送風(fēng)要求。同時也可顯著縮短空場的預(yù)熱時間，減緩吊頂附近熱空氣層的形成速度。演出開始后打開全部送風(fēng)口。

劇場建筑中采用頂送風(fēng)方式時面臨的又一個技術(shù)難點是觀眾廳一層與二層供熱時垂直溫度梯度較大，冬季供熱時，由于熱空氣的浮升力，往往二層溫度過高。目前新建的影劇院多采用下送風(fēng)，如座椅送風(fēng)的方式，能在很大程度上解決這一難題。采用頂送風(fēng)要完全消除熱空氣的垂直溫度梯度是不現(xiàn)實的。本項目改造時也采取了相應(yīng)的技術(shù)措施，以最大程度緩解這個矛盾：取消原設(shè)計設(shè)置在二層后部的回風(fēng)口，使用一層貼近地面處的回風(fēng)口，以加大二層區(qū)域空氣循環(huán)范圍，希望由此形成一層和二層之間間上下強制對流氣流，借此降低空氣處理機入風(fēng)溫度；空調(diào)機組必要時全新風(fēng)運行，引入不經(jīng)過加熱處理的室外冷風(fēng)，以抵消局部的熱量堆積。

空調(diào)系統(tǒng)運行模式及節(jié)能措施

由于劇場建筑使用功能上的特殊性，如觀眾廳為非連續(xù)間斷使用，每場使用2～3小時，場間休息；舞臺、化妝室、休息廳等都集中在一段時間使用，所以空調(diào)系統(tǒng)的運行時間和要求很不一致。

為了進(jìn)一步降低空調(diào)能耗，可對空調(diào)系統(tǒng)采用適當(dāng)?shù)倪\行模式。由于本劇場的主要功能為劇場演出和大型會議，故使用時間較短同時使用間隔較長。因此可采用①預(yù)冷或預(yù)熱來滿足短時間高峰負(fù)荷，減少空調(diào)設(shè)備的容量，預(yù)冷時關(guān)閉機組新風(fēng)口；②過渡季節(jié)組合式空調(diào)機組停止制冷，關(guān)閉回風(fēng)閥，全開新風(fēng)閥，同時開啟觀眾廳、舞臺上部排風(fēng)機排風(fēng)，實現(xiàn)觀眾廳的全新風(fēng)通風(fēng)。本劇院已成功運行一年，相比改造前，HYPERLINK"/zm/sea