杭州剧院观众厅空调风系统改造设计

摘要： 本文分析了杭州剧院观众厅原有空调系统温度场分布存在的不足，提出了若干技术措施，通过设计和运行调试，找到了较优的解决方案，为类似的改造工程积累了经验和教训。

关键词： 剧院 空调系统 改造

1. 概况

杭州剧院始建于1978年，它是周恩来总理生前在1972年亲自批准建造的一座大型综合性艺术剧院。建成后的23年来，杭州剧院共接待了1000多个国内外艺术团体的3000多场演出，电影放映场次累计2万余场，多年来一直是杭州最为重要和知名的文化设施。由于年久，建筑和设备日显陈旧，在省委、省政府的支持下1998年开始立项改扩建。

2. 改造的目标

由于上世纪70年代建设初期的技术经济条件限制和设备的老化，原来的杭州剧院的中央空调系统存在以下不足：

1) 观众区前排座位尤其是乐池空调温度不满意，夏季偏高，冬季偏低；

2) 冬季楼座和池座垂直温度梯度过大，池座不热，楼座过热。据了解，冬天观众在池座穿棉袄时而楼座观众却热得连穿衬衫都穿不住。

3) 舞台空调不足。

杭州剧院空调系统的改造主要是针对以上问题展开的，但限于篇幅，本文仅讨论与前述二条相关的问题。

3. 改造方案

杭州剧院观众厅原设计空调风系统采用吊顶送风，分区域下回风的设计。空调送风系统分为楼座系统、池座前排系统和池座后排系统三个系统，回风则楼座为独立的系统，池座前排和后排回风共用一套土建地下风道，吊顶送风和回风均为350x300固定百叶。吊顶风口的分布如平面图1。气流分析得知乐池区和前排区域空调效果不良与下列因素有关：1)池座前部送风量不足；2)送风气流射程不足,复算得知热气流射程仅为2.5-3米，气流远不能到达座席(吊顶距地面13米)；3)地面回风口过于偏向于后排座位，使得前排局部座位成为气流死区。

考虑到建筑的历史和投资、工期等因素，杭州剧院的改扩建立足于原有建筑，决定了空调系统无法改为采用座椅下送风方式。最终的改造方案是在原有管道系统的基础上展开的，沿用了大部分的原有主送风和回风道。

问题1的解决，改善前排和乐池空调效果采取的措施有：

1) 增加前排座位的总送风量，原设计为27000立方米/时，调整为36000立方米/时。

2) 在乐池上空增加送风口，原设计为一排共3只600x300百叶风口，改为Φ400风口二排共10只。

3) 在乐池内增设1500x600 回风口二只，避免低于地平面的乐池成为气流死区，该回风口与地下土建回风道接通，引导气流进入乐池内。

4) 调整风口式样，前二排靠近乐池的区域改用送风角度可调旋流风口，夏季道叶片45-60°(座席区风速0.12米/秒)，冬季90°垂直下送。后面若干排送风口结合原有吊顶，采用带导流叶片的条形喷口。这些风口在冬季的射程为5.6米(此时风口噪声Lwa32dB,NC26，送风温差8℃)。

修改后的管道平面见图2。由于风口高于人员活动区11.9米,上述调整后的送风口在冬季仍然不能满足气流射程的要求,进一步加大送风速度则噪声超过剧场标准。为此，设计考虑了以下运行策略来解决这一问题：首先在演出开始前的预热时，通过电动装置关闭部分送风管道，使总共30只风口中14只(或19)停止送风，将风量集中到剩余的风口中，以此提高风口的出风风速，经过计算此时的送风射程可达到11米，基本满足送风要求。同时应可显著缩短空场的预热时间，减缓吊顶附近热空气层的形成速度。演出开始后再电动打开全部送风口。

问题2的解决：池座与楼座的热空调垂直温度梯度本质上是由热空气浮升力引起的，这是在剧场建筑中采用顶送风方式时面临的又一个技术难点。目前新建的影剧院多采用下送风，如座椅送风的方式，能在很大程度上解决这一难题。采用顶送风要完全消除热空气的垂直温度梯度是不现实的。以下是本项目改造时采取的技术措施，以期最大程度缓解这个矛盾：

1) 取消原设计设置在楼座后部的回风口，将回风口改在池座贴近地面处，以加大楼座区空气循环范围，希望由此形成楼座和池座间上下强制对流气流，并借此降低楼座空气处理机入风温度。

2) 楼座空气处理机视楼座温度，增减空气加热量，必要时全新风运行，引入不经过加热处理的室外冷风，以抵消楼座区局部的热量堆积。

3) 对吊顶上设置的排风口重新排布，加强了楼座区域的排风量和总排风量，以排出吊顶附近的热气层。

4. 运行测试

杭州剧院改扩建竣工距今已有15个月，在2002年6月和2003年1月对空调系统的供冷和供热工况进行测试，总共测试了5种运行模式，见表1。测试日室外气温分别为34℃和2℃左右，其中4号运行模式,由于当天排风机电源故障,与2、3、5项测试不是在同一天进行。所有数据的记录是在公开演出中进行的。由于楼宇自控系统尚未开通，水侧电动调节阀开度无法调节，阀门均处于全开状态，温度控制暂时改为风机开环变频调节。乐池温度由于演出原因，未能测试。测试结果见表2。可见，供冷工况时室内温度是令人满意的，供热工况，在同样的设备配置下，采用不同的运行方式对室内温度分布产生的影响是显著的。最坏的运行模式下，室内不同区域的最大温差达11.6℃，经过初步优化后，温差减小为4.9℃。

表1. 空调系统运行模式表

表2. 不同运行模式下的室内温度分布

5. 总结

1) 通过采用若干技术措施，结合运行模式的初步优化，杭州剧院空调送风系统的改造总体达到了预期的目标，夏季室内温度分布均匀，主观感觉舒适，冬季楼座、池座温差显注减小。同时测试表明，这一目标是在良好的噪声控制水平下实现的，全部空调通风设备同时满负荷运行时附加室内噪声符合NR30评价曲线；变频运行时符合NR25评价曲线。

2) 测试表明，冬季空调系统的运行效果与设备的运行方式有极大的关系，因此，在实验总结的基础上，通过楼宇自控系统建立一套合理的系统调控模式是必须的。

3) 冬季演出中室内空调热负荷很小，通过改变水侧电动阀开度，减小送风温差，加大送风量(风机工频)的方法，可望在现有的3、4号运行模式下进一步提高前排、乐池区域的室温，并减小室内垂直温度梯度，但具体能否达到目的仍须试验验证。

4) 由于3、4号运行模式测试时关闭池座二台空气处理机的新风门，导致前排池座空气品质下降，前排部分观众反映空气混浊，因此，即使在楼座引入全新风，池座前排的空气处理机仍需引入适量的新风。

5) 本项目采用了综合的技术措施后冬季空调垂直温度梯度控制在可以接受的范围内，但系统的能耗与座椅下送风或地板加热方式相比仍是不理想的。设想将吊顶排出的热空气中的热量通过热回收技术提取到池座前排空调系统中，将改善冬季空调能源利用率。

本文是对杭州剧院改扩建工程的总结，希望能对类似的改造项目提供值得借鉴的经验和教训。