东方艺术中心空调设计

·46· 设计参考 暖通空调HV&AC2008年第38卷第6期 东方艺术中心空调设计 现代建筑设计集团华东建筑设计研究院有限公司赵磊☆ 吴玲红虞霞马伟骏 摘要介绍了东方艺术中心空调设计中的冷热源选择、观众厅及舞台等空调系统形式的 特点、空调通风系统消声设计难点分析、防排烟系统性能化分析、自动控制系统特点等。 关键词 冷热源 CFD模拟置换式空调低频消声火灾风险评估优化控制 HVACsystemdesignforShanghaiOrientalArtCenter ByZhooLe：k，WuLmghong，YuXtoond№Wequn AbstractPresentstheselectionofcold／heatsources，characteristicsoftheairconditioningsystem especiallyfortheauditoriumandthestage，difficultproblemanalysisofnoisecontrolfortheairconditioning andventilatingsystem，performance．basedanalysisforthesmokecontrolsystemandcharacteristicsofthe automaticcontrolsystem，etc． Keywordscold／heatsource，CFDsimulation，displacementairconditioningsystem，low-frequency noisecontrol，fireriskassessment，optimalcontrol ★EastChinaArchitecturalDesign＆ResearchInstituteCo．，Ltd．，Shanghai，China 赵牵 主要设计业绩 'E海蘸务中心 >苏州体胄tl，心 卜必国宾始 >青岛夫剧院 >上海·卣商城 1 工程概况 东方艺术中心坐落于上海浦东世纪广场，基地 面积23616ITl2，总建筑面积40000ITl2，其中空调 面积约210001T12。地下2层、地上5层(包括1个 夹层)。作为一级公共文化建筑，主要有3个观演 场所：能容纳四管管弦乐队和120人合唱团同时演 出的2000座交响乐厅；供西方歌剧、中国戏曲和 现代话剧演出的1060座剧场；可进行歌睦、弦乐 四重奏以及进行学术交流的300座小演奏厅。另 设与剧场配套的化妆间若干、合唱排练厅、舞蹈排 练厅、乐队排练厅、综合演播厅等，再配套相关的公 共设施，例如展厅、音乐书店、餐厅和艺术交流部分 (包括艺术阅览室、多媒体中心和培训中心)。东方 艺术中心的建筑 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计由法国ADPi和华东建 筑设计研究院联合承担，结构及机电设备设计由华 东建筑设计研究院承担。工程设计始于2001年， 2004年6月建成并投入使用，其外景见图1。 图1东方艺术中心外景 2室内空气设计参数‘13(见表1) 3 空调冷热源设计及主要设备选择 在方案及初步设计阶段，综合比较普通电制 ☆赵磊，男，1967年12月生，大学，学十，高级工程师 200002上海市汉口路151号华东建筑设计研究院有限公司 (021)63217420—6510 E-mail：leizhao@ecadi．eom 收稿日期：2008—04-01 修心日期：2008-05-05 万方数据 暖通空调HV&AC2008年第38卷第6期 设计参考 ·47· 冷、冰蓄冷、直燃溴化锂吸收式制冷多种方案，根据 初投资与运行费用的分析及建筑景观对不设烟囱 的要求，选择常规电制冷空调及电蓄热锅炉作为空 调冷热源，电蓄热锅炉容量为1500kW／台×2 台，夜间蓄存145℃高温热水供白天使用。 3．1空调冷、热负荷：根据计算，本工程空调系统 的冷负荷约为4750kW，冷指标为118w／mz；热 负荷约为3050kW，热指标为76W／m2。 3．2 冷热源配置与主要配套设备技术性能见 表2。 表2冷热源与配套设备性能 3．3采用四管制二次泵变频空调水系统，用动态 压差温控平衡阀调节系统各水路平衡。冷热水系 统各设一套闭式定压膨胀水箱，置于制冷机房内。 4空调风系统 4．1考虑到剧场观众厅是一个高大空间，上热下 冷的垂直温度梯度分布现象十分普遍，故在观众厅 楼座和池座分别设置两套采用座位置换通风方式 的空调系统，并选择不同送风温度(楼座19℃，池 座20℃)，人均送风量55m3／h。对于大空间剧场 建筑，由于传统的空调气流设计手法难以对设计效 果进行直观预测评价，笔者利用计算流体力学 CFD技术[2]对观众厅的速度场、温度场、C02浓度 场进行了模拟。此外，工程经验和CFD技术的有 机结合有助于调整系统和设计参数。通过设计优 化解决了交响乐厅舞台和观众厅后排等空调不利 区域的气流组织难 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，使整个观众厅的温度场、湿 度场分布更均匀，使观众更舒适。实际使用后，楼 座与池座温差不大于1℃。歌剧厅活动区温度场 及速度场的模拟结果详见文献[-33，温度实测结 果L4J见图2，3。 图2楼座温度实测(数据单位：℃) 4．2配合舞台工艺布置，在侧台设置置换式空调 风口，解决冬季侧台演员候场时感觉较冷的难题。 此外，在主舞台两侧各设带电动风阀的侧送和下送 万方数据 ·48· 设计参考 暖通空调HV&AC2008年第38卷第6期 舞台 出口 出口 图3池座温度实测(数据单位：℃) 风口，配合舞台设施及场景设置风口，防止布景和 幕布飘动。 4．3在排练厅等对噪声控制要求较高的场所，选 用地面孔板送风和侧面置换送风的方式，风速较低 且新风易直接到达人员工作区域。高大空间辅以 热水地板供暖系统。 4．4对于培训教室等，考虑各房间温度调节和噪 声控制要求，选用单风道VAV系统。 4．5各化妆间、办公室等选择风机盘管系统，并在 过渡季增加新风，节能运行。 4．6为使座椅置换送风口满足使用要求，笔者会 同生产厂家多次研制相关产品。为使风口送风均 匀，在出风口设锥形孔口送风，如图4所示；在座椅 下的送风静压箱内设兼有调节风量和集尘作用的 调节装置。经实测，该产品各项参数均达到设计预 期，实际使用效果较好，后陆续在其他类似工程中 得到推广使用。 锥形孔板 I 12塑 I 调节装置 箱 图4座椅置换送风口及调节装置 5空调通风系统消声‘5】 5．1 风机噪声。风机噪声是通风空调系统中最主 要的噪声源，它主要由空气动力噪声和机械噪声组 成，前者比后者更显突出。工程中一般采用离心式 风机，噪声频谱中以低中频为主。观众厅所用空调 风机的声功率级应由经专业认证的生产厂家提供， 根据风机所在环境以及测点所在位置，可以换算出 相应倍频程中心频率的声压级L。值。经综合比较 分析各类型离心式风机，选择低中频噪声相对较低 的机翼型风机作空调通风用。 5．2风管系统中噪声自然衰减量计算，包括直通 管、弯头、三通、变径管、风口、气流进入室内的噪声 衰减等。 5．3气流的再生噪声计算，包括直通管、弯头、三 通、变径管、阀门的气流再生噪声等。当风速较高 时应考虑再生噪声。风管内的风速应按表3所示 进行控制。 表3风管内风速控制值 5．4通风消声系统中的低频消声保证措施。由于 剧场空凋系统所用风机为后倾机翼型离心风机，其 低频噪声控制相对困难。要确保低频段达到NR 曲线标准要求，若选用常规的ZPl00或ZP200型 片式消声器就难以保证有足够的消声量；如选用抗 性消声器中的迷宫式或静压箱型，前者阻力损失太 大，后者则因体积太大无相应的安装空间而常受到 限制。所以在阻抗复合式消声器的基础上，配合厂 家研发成功DKZA型消声器，克服了低频消声量 不足的弊端。经测试分析，该型消声器在250Hz 以下的低频段可提高3dB左右的消声量，其阻力 损失与ZP200型基本相同。两者之间的消声性能 比较见表4。 表4 DKZA型与ZP200型消声器的 消声量(插入损失)比较 帕 插人损失 倍频程中心频率／Hz !! !!!!!!!塑!!塑!!塑!!塑!!塑 DKZA型5．38．4 17．624．730．322．621．019．3 垫!!!型!：!!：!!!：!!i：!ii：!!!：!!!：!!!：1 5．5为满足隔声隔振要求，服务剧场的空调通风 机房设于地下2层或地下1层周边区，远离剧场。 机房作全室隔声、吸声处理。隔声材料由高面密度 或高低高面密度多层复合夹层材料构成。吸声材 料根据噪声源的频率特性来选择，为多孔材料。同 万方数据 暖通空调HV&AC2008年第38卷第6期 设计参考 ·49· 时，相关设备及管道也设有减振、隔振措施。 5．6消声系统设计计算。计算多级消声器消声量 时，考虑了后级消声器的性能衰减，并更多关注送 风管路的消声计算。采用侧面和上部集中回风，也 特别注意集中回风口的消声处理，以防止设备噪声 通过回风管传入剧场。 5．7针对中低频噪声，优先选用阻抗复合式消声 器。由于静压箱对消除低频噪声相对有效，所以在 管路上根据实际情况设置消声静压箱(实测截面比 为3：1时，效果较好)。由于风管截面放大倍数有 限且局部阻力相对较大，在设计选用中权衡设置。 低频消声理论上可选用反频谱的干涉型消声器，但 目前由于成本及可靠性原因未在工程上使用。 6防排烟系统 6．1 参考《东方艺术中心一火灾风险评估》[6](通 过上海市消防局组织的评审)，对原根据上海市《民 用建筑防排烟技术规程》[7]和国家《高层民用建筑 设计防火 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》[8]设计的防排烟系统进行修改，调 整(加大)排烟量。公众大厅根据火灾CFD模拟设 置自然排烟口。 6．2《东方艺术中心一火灾风险评估》[6]主要通过 表5所示的总疏散时间(RSET，包括火灾探测、报 警的预警时间，消防设备响应时间和逃生行程时 间)和火灾不危及人员的有效疏散时间(ASE丁，温 度不能伤及人，能见度应能辨认疏散通道，毒性水 平不能危及生命)的比对，确定排烟量。 表5总疏散时间(RSET)和有效疏散时间(ASET) 音乐厅 小表演厅2层 1层 2层 预罾时间／s 104 60 响应时间／s 60 60 行程时间／s 167 234 164 总疏散时间(RSEn／s 331 398 310 有效疏散时IiI(ASED／s>1000(122mS／s)>1000(122一Is)230(18m3／s) >1000(60mSIs)500(60m3Is)350(40m3Is) 400(60一／s) 安全因子(ASET／RSET)>3．02 1．26 1．29 1I}塑量塑!!匠』!! 注：有效疏散时间一栏中括号内数据为排烟量。 由表5可见，当排烟量为60m3／s时，音乐厅I 层的有效疏散时间大于1000s，大于总疏散时间 (331s)，有较高的安全性。其余区域分析类同。 7自动控制系统 7．1设楼宇自控系统。制冷机房设冷热源群控子 站，部分空调风机变频调节节能运行，空调二次水 泵根据系统负荷变频调节系统流量。 7．2观众厅等空调系统采用二次回风空调系统， 控制较复杂。编制合理的自动控制系统流程，使用 模糊控制技术，设定优先级实现多目标优化控 制[9]。在演出过程中室内温度、湿度和空气质量等 要同时满足舒适度要求。多个控制目标存在相互 耦合，满足一个目标的同时也会对其他目标的实现 产生影响。各个控制目标设定优先级，即优先满足 级别高的控制目标并最终实现多目标优化控制。 本工程中，在空调机组启动时，温度控制优先于空 气质量控制，即为节约能源，空调机组开启时，新风 阀为最小开度(夏季工况)，保持新风阀开度不变， 调节二次回风阀和冷水阀使温度尽快达到设定值； 在室内温湿度基本达到设定要求后，改空气质量为 优先级，即此时如发生C02浓度超标报警事件，首 先调节新风阀改善空气质量。将风阀和水阀作为 整体考虑，进行协调控制。系统启动时空气状态与 设定值偏差较大，为尽快向设定值靠近，将二次回 风阀固定在一较小开度，主要调节冷水阀；待系统 运行一段时间，空气状态已进入设定范围后，此时 开大二次回风阀，减小冷水阀开度，最大限度地利 用二次回风节约能量。由于水阀调节较风阀容易 且对空气状态的影响速度快，所以用二次回风阀进 行“粗调”，选择某一开度后暂时不再改变，继而用 冷水阀进行“细调”，使空气状态尽快向设定值靠 近。这样将风阀调节与水阀调节的优势结合起来， 避免因阀门动作频繁造成系统的不稳定，使控制效 果达到最优，能耗最少，同时确保观众的舒适性。 8空调运行效果 8．1东方艺术中心于2004年6月建成并投入使 用。先后对各场所的空调温度、湿度、声学及其他 相关指标的实测结果表明均达到了原设计标准。 8．2因演出场所空调使用可靠性要求高，操作及 管理需较高的综合素质，空调自动控制系统正在实 际使用中按原设计要求进一步调试、提高和完善。 参考文献： Eli中国建筑西南设计研究院．JGJ57—2000剧场建筑 设计规范[s]．北京：中国建筑工业出版社，2001 E2-1谭洪卫，赵磊．剧场建筑的空调气流设计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 及CFD 辅助设计技术应用Ec-I／／全国暖通空调制冷2004年 学术年会 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 集，2004 (下转第13页) 万方数据 暖通空调HV&_AC2008年第38卷第6期 设计参考 ·】3· 污染物和建筑污染物两部分，更加符合不同人员密 度的建筑新风需求量情况。计算结果表明，将人均 30m3／h的新风量标准用于我国高人员密度办公 室，人均新风量多了10m3／h左右。采用新方法可 降低新风能耗近30％。 2)现行法按各通风分区最大人数累计值计算 人员数量。新方法则引入了平均人数和人员参差 系数等概念，更加符合办公楼人员流动的实际情 况。 3)新方法推出呼吸区、区域空气分布效率等 概念。设计时要考虑新风是否被送到人员呼吸区， 部分新风是否被旁通出去，排至室外，没有起到稀 释污染物的作用。从而给出了提高新风有效利用 率的思路。 4)新方法用区域通风效率、临界分区、系统通 风效率等建立起区域、最不利(临界)区域与系统等 各通风效率之间的关系，以确保最不利区域的新风 需求。同时也告诉设计人员应降低临界分区的新 风比(提高其通风效率)。如设计不当，会使系统新 风量过大，新风过量的通风分区过多。 5)变风量空调系统可分为单通道多分区系统 和双通道多分区系统。双通道多分区系统因为有 二次回风，可再循环利用新风过量分区中未用完的 新风，提高系统通风效率。但双通道系统也存在着 缺点，如串联式风机动力型末端装置内置风机能耗 大，价格高；双风机双风道系统管路复杂。采用何 种系统形式，设计人员应进行综合比较后确定。 6)现行法在计算多房间系统新风量时未考虑 二次回风中未用完新风再循环利用的因素，仅适用 于单通道多分区系统的新风量计算，双通道多分区 系统的新风量计算必须采用新方法。 新方法的基本特点是：按实际情况计算人数与 ◆m◆·__◆-一u◆舢●dn◆·¨◆_l_|_◆-nil一◆-¨●-4)-4)-舢●H_◆-¨◆-_-◆q’◆l“◆·_·◆咖◆--- (上接第49页) 新风量；按定量方法计算各种效率，充分利用二次 回风提高通风效率；按临界分区效率决定系统效 率。因此，可以认为，新方法是对传统新风量计算 方法的一次彻底的革新。在我国缺乏对室内空气 质量和新风设计方法之基础研究的情况下，建议规 范、标准暂且借鉴一些国外成熟的标准。 参考文献： [1]中国有色工程设计研究总院．GB50019--2003采 暖通风与空气调节设计规范[s]．北京：中国计划出版 社，2004 [2]中国建筑科学研究院，中国建筑业协会建筑节能专业 委员会．GB50189--2005公共建筑节能设计标准 [s]．北京：中国建筑工业出版社，2005 [3]AsHRAEANsI／AsHRAEStandard62—2001 Ventilationforacceptableindoorairquality[s] [4]ASHRAEANsI／AsHRAEStandard62．1—2004 Ventilationforacceptableindoorairquality[s] [5]汪训昌．62n补遗对ASHRAE62—2001标准修改的 解读[J]．暖通空调，2005，35(7)：39-46 [6]叶大法，杨国荣．变风量空调系统设计[M]．北京：中 国建筑工业出版社，2007：191 [7]StankeD．Standard62．1—2004：designingdual— path，multiple-zonesystems[J]．ASHRAEJ，2005， 47(5)：20-30 [8]StankeD．Addendum62n：single-zonededicated-OA system[J]．ASHRAEJ，2004，46(10)：12—21 [9]StankeD．Addendum62n：changeover-bypassVAV system[J]．ASHRAEJ，2004，46(11)：22-32 [103Stanke13．Addendum62n：single-pathmultiple-zone systemdesign[J]．ASHRAEJ，2005，47(1)：28—35 [11]空氮调和·衔生工学A．空氮调和·衡生工学便赞 [M]．13版，2002 [3]赵磊，谭洪卫，龙惟定．剧场大空间气流组织的CFD 模拟计算与实测分析[J]．暖通空调，2007，37(增刊)： 332-342 [4]龙惟定．东方艺术中心动态调试室内热湿环境及空气 品质测试报告[R]．上海：同济大学，2006 [5]马大猷．噪声与振动控制工程手册[M]．北京：机械工 业出版社，2002 [6]澳大利亚CSIR()，公安部上海消防研究所．东方艺术 ◆_，◆w”◆岫◆”●■““ 中心一火灾风险评估JR]，2003 [7]公安部上海消防研究所，上海市消防局，上海市建筑 建材业市场管理总站．D(讨08—88--2000上海市 民用建筑防排烟技术规程[s]，2000 [8]中华人民共和国公安部消防局．GB50045--95高 层民用建筑设计防火规范(2001年版)[S]．北京：中 国计划出版社，2001 [9]吕洁．大空间空凋自控策略及优化控制方案[D●．上 海：同济大学，2006 万方数据