武汉电影乐园通风空调系统设计

顾勇 季汪艇 王登

同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司

1 工程概况

武汉电影乐园项目位于武汉中央文化旅游区K-8地块，西、北两侧紧邻沙湖公园，南相邻沙湖南环路，东侧邻沙湖连通渠走廊，东侧红线距离沙湖大桥61 m，总用地面积38576.93 m2，建筑高度为59.875 m，总建筑面积101552.23 m2，容积率为1.27。其中地上建筑面积48934.48 m2，地下室建筑面积52617.75 m2。建筑体量沿基地东南沙湖南环路线性展开，西北侧与沙湖公园绿地开放空间相连，东南侧形成连续的城市界面。主体建筑造型概念来自于楚汉文化精髓——“编钟”。编钟形态偎依交错，形成两组体量，尺度上满足分层容纳大型娱乐设施的要求。两组体量之间形成中庭空间，利用采光天窗将自然光引入室内。该项目是全球首个室内电影文化公园，汇集全球最新顶尖电影娱乐科技，容纳六大娱乐主题——包括4D影院，5D影院，飞行影院，互动影院，时空影院，体验影院以及电影主题购物、餐饮等服务设施，是以电影体验为主，集娱乐、商业、餐饮于一体的建筑综合体。其主要功能区位示意见图1。

图1 主要功能区位示意图

本项目作为全国唯一已运营的室内电影主题乐园，除了整体面积规模大、业态多元化、人员密集之外，还具有诸多其他新特点：各个影院的演出形式多样，大量使用蒸汽、液氮、水汽、热风等舞台特效。影院内部空间造型复杂、吊顶形式多变。声光电等特效设备、投影机等放映设备、机械臂等舞台机械设备的发热量大且与观影人员在同一空间内。这些项目本身的特点对于保证室内观影人员热舒适、放映设备和机械设备在允许温湿度范围运行、消防防排烟的安全、室内声环境等提出了特殊的要求。在满足这些要求的同时，通风空调系统又不得影响舞台特效带来的视觉、听觉、味觉等感官效果。针对这些特点和要求，本项目在通风空调设计上进行了许多新的思考和做法，充分考虑了通风空调系统与影院功能的融合设计。这些思考和做法为以后同类项目设计提供了重要参考。

2 设计概况

2.1 冷热源

本项目总冷负荷8963 kW，冷指标89 W/m2。总热负荷5056 kW，热指标50 W/m2。根据节能规范要求，选用高能效比机组[1]。冷源选用两台3516 kW离心式冷水机组和一台1439 kW螺杆式冷水机组，设计工况性能系数COP分别为5.5和5.1，额定工况性能系数COP分别为6.0和5.65，IPLV分别为6.4和7.5。热源采用三台1745 kW燃气真空热水锅炉提供，热效率≥92%。冷水机组与燃气真空热水锅炉机房机组均设置在地下一层。

2.2 空调水系统

空调水系统为一次泵二管制系统，采用大温差变流量节能设计，水泵配置见表1。冷冻水供/回水温度为6℃/12℃，所要求的冷却水进/出水温度为32℃/37℃；空调热水供回水温度60/50℃。冷冻泵、热水循环泵变频运行，供回水总管之间设压差旁通阀，主机侧有限变流量，即通过冷水机组的最小流量不得低于额定流量的50%，负荷侧变流量。热媒水设电动调节阀，通过气候补偿控制器自动调节供热设备的出水温度。系统定压采用高位膨胀水箱。分集水器按公共区、娱乐区划分各自独立环路，并加装能量计量表。为保证水力工况平衡和便于系统调试，集水器各回路干管、各环路支管回水管上设置静态平衡阀，末端空调箱回水管上设置比例积分电动调节阀与动态压差平衡阀。

表1 空调水泵配置

2.3 空调风系统

中庭、影院等大空间采用全空气低速管道系统。3D互动影院，4D影院，飞行影院及其排队预演区等高大空间气流组织采用旋流风口上送侧下回。5D影院采用座椅送风下送侧上回方式。时空影院采用下送上回方式，接至太空舱内及基坑内。体验影院采用沿桥下布置风管筒型喷口侧送侧下回方式。办公等小空间采用风机盘管加新风系统。

2.4 通风系统

按照规范和技术措施进行车库、库房、卫生间等区域的通风设计[2]。在飞行影院、4D影院、5D影院、互动影院、体验影院剧场内液氮厂家根据工艺需要在部分区域设置空气氧含量探测仪，当测得的空气氧含量到达19.5%时，相应打开该区域的排风系统及补风系统。

2.5 防排烟系统

按照规范设置楼梯间和前室的防烟系统以及走道和办公餐饮等小空间的排烟系统[3]。其他主要区域的排烟设计如表2所示。

表2 主要区域排烟设计

3 通风空调系统与影院功能的融合设计

3.1 液氮特效使用与通风换气设计

为提升观影效果及带入感，该项目中所有影院均配备液氮特效，且使用量较大，设计日液氮使用量为51838升。虽然氮气在大气中大量存在，但是封闭空间中氮气浓度的升高会挤占空气中氧气的浓度。根据国家规范要求，为确保人员呼吸安全，受限空间氧气浓度不应低于19.5%[4]。

本项目暖通设计过程中，根据方案设计方及影院深化设计单位提供的各个空间每次演出的液氮消耗量、演出频次等信息，结合空调系统最小新风量运行工况及气流组织形式，分析室内氧气浓度变化，所有影院一天运行后氧气浓度均满足规范要求。但本项目主题影院相对封闭，多日连续运行后影厅内氧气浓度会低于规范要求。针对此问题，提出以下措施：一是，经计算给出各个影厅的连续运行天数上限，供运营方参考，见表3。二是，建议氮气使用量最大的飞行影院每天运行结束后，开启相应区域的排风系统及补风系统进行全面换气。三是，在使用氮气的场所，设置空气氧含量探测仪，当测得的空气氧含量到达19.5%时，相应打开该区域的排风系统及补风系统。通过这些合理的设计，可确保影厅内部人员的呼吸安全。

表3 主题影院内氧气浓度与连续运行天数上限

3.2 舞台雨雾特效与空调气流组织设计

本项目各影院舞台区利用蒸汽、液氮、水汽、热风等营造烟雾弥漫、热浪侵袭、水雾喷射、香气四溢等舞台特效，如图2所示。一方面，舞台特效受空调系统的气流组织影响较大，必然会对空调气流组织设计提出要求：回风口应远离特效发生装置，特效区域内风速不能过高，限值在0.2～0.5 m/s不等。另一方面，本项目特效区域空间显热量大，单位面积送风量大。而且影院层高在10～30 m不等，为保证人员热舒适，多采用旋流风口顶送、球型喷口侧送等送风形式，因此室内风速很容易超过特效的要求。

在与各影院特效进行密切配合后，本项目采取以下两种解决方案：一种是，调整送回风口的位置或形式，减少回风汇流对特效的影响，确保效果。另一种是，修改控制要求，对局部特效区域暂时停止空调，待特效结束后重新启动，并且已进行详细计算，确保空调关闭期间空间温升小于2℃。

图2 飞行影院烟雾特效

3.3 负荷分布不均与分区分层空调设计

本项目中声光电等特效设备、投影机等放映设备、机械臂等舞台机械设备的发热量大，且与观影人员处在同一空间内。项目根据方案设计方及影院深化设计单位提供的发热量及同时使用系数，结合影院运行时间（持续时间、间歇时间等）等，进行了详细的负荷计算，结果表明：影院单位面积设计冷负荷指标区别较大，从170 W/m2到550 W/m2不等。各个空间的热湿比差别很大，从9000到50000不等。因此，本项目优先设置局部排风排除发热量大的设备，并且单独分析每个空间的空气热湿处理过程，作为空调箱选型的依据。

此外，对于太空影院观影厅及5D影院观影厅这两个特殊空间，结合影院的空间及负荷分布特点，设置如下气流组织形式：太空影院观影厅层高10 m，分层空调，太空舱内局部送风，基坑全面送风，设备检修平台回风/排风。5D影院观影厅层高26 m，分层空调，座椅下送风，上部回风/排风。

在空调系统划分上，尽量细分系统，对室内负荷特性或人员新风特性不同的区域单独设置空调系统。在一个全空气系统内部，采用分区域、分层空调，即人员活动区空调送风，设备发热密集区排风/回风。这些做法既保证设备正常运行及人员舒适性，又达到节能的目的。

3.4 影院设备发热与通风散热设计

本项目主题影院的放映和机械设备主要分布于两个类型的空间：专用的控制/设备机房内，影厅或排队、预演区域内。对于前者，统一采用VRF进行冷却。对于后者，处理难度比较大，一方面，设备分布在影厅各个区域，比较分散，互动影院观影厅内部就分布有48台投影仪之多。另一方面，部分设备发热量很大，飞行影院内部的投影仪发热量为18 kW，太空影院内部设备平台处的控制柜发热量则达到40 kW。

针对影院内部的这类设备，按照以下两个基本原则处理：一是，发热量小于2 kW且分散的设备，利用空间内部的全面空调进行冷却，设计时进行仔细复核，确保设备不在气流组织死角。另外一个是，对于发热量大的设备，设置局部排风措施，并根据情况设置空调送风管至设备周围或设备腔体内，如图3所示。

图3 太空影院内部设备通风散热措施

3.5 复杂建筑构造与防排烟系统设计

本工程为大型公共建筑，由于该项目建筑功能复杂、空间关系多样等原因，依照现行国家防火技术规范关于防火分区、安全疏散的规定，难以实现本项目特定的使用功能、建筑效果及构造需求。遵照防排烟系统设置的要求，应根据空间特点、火灾形式，确定各个区域合理的排烟量及排烟补风方式，特别是对于多层挑空的影院，确保人员安全疏散时间。本项目设计根据消防性能化报告及消防评审会的结论，对各个影院按照换气次数4～13次/时不等进行排烟系统设计，并设置相应的补风系统。

另外，由于中庭是影院内部人员疏散的聚集点，为确保安全，中庭的排烟同时设置机械排烟和电动排烟窗自然排烟两种方式，并按以下方式进行控制：中庭区域检测到烟气或确认火灾，打开中庭区域机械排烟风机及相应阀门，并确认此时电动排烟窗已关闭。若机械排烟装置失灵，或排烟温度到280℃导致排烟阀关闭或风机停转，打开中庭区域电动排烟窗进行自然排烟。通过这种方式充分保证消防安全。

3.6 内区明显与过渡季运行节能设计

本项目内区范围大，人员密集，灯光、特种设备负荷大，全年冷负荷大。针对该特点，全空气系统新风量可以在最小新风量和70%～100%设计送风量之间调节，在室外空气焓值低于室内空气焓值时能最大限度的利用室外新风，以节约能耗。同时，各个区域合理设置排风风机，确保区域内风量平衡。

在综合考虑空调系统运行成本和过滤器更换成本的基础上，项目对全空气系统过渡季增大新风量的运行策略进行经济性分析，供运营阶段参考。其中，空调系统运行耗能通过估计空调系统综合能效比进行计算。过滤器寿命则用容尘量来评价，以初阻力的两倍作为终阻力来获得过滤器更换周期[5]。分析结果表明：在一定温度范围内，采用增大新风量的措施均可以节省总运行费用。当室外温度低于一定值时，采用70%～100%全新风运行，不消耗冷冻水即可消除室内冷负荷，此时运行费用最省。过滤器的更换周期对于全新风节能运行策略有影响，但影响并不大。

4 结语

武汉电影乐园是全国首个唯一已运营的室内电影主题乐园，与一般的影院项目相比具有诸多新的特点。本项目在通风空调系统设计中充分考虑了与影院功能特点的融合。在保证人员呼吸安全，保证舞台效果，保证人员热舒适，保证放映和机械设备稳定运行，保证消防安全和贯彻运行节能措施等方面克服诸多难点，提出应对措施。该工程于2014年11月竣工，投入使用以来空调系统运行效果良好，该项目的暖通设计也斩获了多个奖项。希望该工程在通风空调系统设计方面的思考和做法能为往后的类似工程提供借鉴和参考。