1工程概况九棵树（上海）未来艺术中心（以下简称“九棵树”）作为上海市奉贤区重大文化项目，是奉贤区标志性建筑。由于剧院建筑对室内热舒适有较高的要求，这就决定了空调系统设计的复杂性。文中对九棵树项目观众厅及舞台的空调通风系统设计、气流组织进行了介绍，结合实际运行情况进行了总结，以期对剧院类项目空调系统设计提供参考。九棵树占地面积120 522 m2，总建筑面积71 300 m2，地上建筑面积51 890 m2，主要包括1个1 200座主剧场、1个500座多功能剧场及1个300座的主题剧场、艺术展厅以及行政和后勤配套用房等建筑设施，地下建筑面积19 410 m2，用作车库、设备用房等，建筑高度为22.5 m。1 200座主剧场较为复杂，文章重点介绍1 200座主剧场观众厅及舞台的空调通风系统、气流组织设计。2观众厅空调通风系统及气流组织设计1 200座主剧场观众厅分为池座和楼座，池座座位数为900个，楼座座位数为300个。池座和楼座座椅下方设置土建静压箱，静压箱内壁采取保温措施。观众厅的以置换通风为原理[1]，采用座椅下送风上回风气流组织方式，经空调机组处理过的空气进入静压箱，再由静压箱送到每个座椅的下方。池座的回风设置在后排座椅两边的侧墙上，楼座回风设置在顶部，观众厅顶部设置排风系统，顶部的部分灯光发热量可由排风带走，排风与空调机组新风之间采用变频跟踪，空调机组送风机和排风机均采取变频措施，排风量跟着新风量的变化而变化，使观众厅的风压自动处于平衡状态。观众厅的空调通风示意图如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.001.F001图1观众厅空调通风系统示意图从节能热舒适性角度出发，空调机组采用二次回风系统，最大送风温差为5 ℃。每个座椅的送风量经验值为50 m3/h~100 m3/h，送风柱内气流速度经验值为不大于1 m/s[2-3]，每个座椅具体送风量需要通过热湿计算而得出。座椅送风设计过程要和建筑、结构专业紧密配合。送风静压箱内需要设置保温措施，暖通专业均需和建筑专业紧密配合，以防项目实施过程中保温措施的漏项。结构梁的位置尽量避开座椅下方的洞口，遮挡率尽可能控制在5%以内。观众厅设计干球温度为25 ℃，相对湿度60%[4-5]。观众厅池座夏季室内冷负荷为138 kW，室内湿负荷为 60 kg/h；900人最小新风量为18 000 m3/h，池座设2个空调机组，每个空调机组焓湿图计算时取上述参数的1/2。观众厅楼座夏季室内冷负荷为62 kW，室内湿负荷为 19 kg/h；楼座300人最小新风量为6 000 m3/h。观众厅池座夏季空气状态变化点的h-d图如图2所示。室外空气W和一次回风N混合后成C点，经过表冷器处理到L点，L点与二次回风N再次混合变成L'点，L'点经过土建静压箱有1 ℃的温升变成O点送入室内。通过图2计算可知，空调机组总送风量为30 000 m3/h，一次回风量10 000 m3/h，二次回风量11 000 m3/h。文献[6]中提到一次回风量几乎为0 m3/h，主要是忽略了送风经过土建静压箱的温升。在剧场试运行时，池座入座率约95%，在剧场进行温度实测。从空调机组送出的风到土建静压箱里存在约1 ℃温升情况，对观众厅池座进行多点温度测量，温度在24.3 ℃~24.8 ℃范围内，满足设计要求。值得注意的是二次回风送风温差较小，一般不超过5 ℃，因此1 ℃温升对一次回风量和二次回风量的占比存在一定的影响，所以设计阶段建议不要忽略温升。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.001.F002图2观众厅池座夏季二次回风h-d图观众厅楼座夏季空气状态变化点的h-d图如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.001.F003图3观众厅楼座夏季二次回风h-d图本项目由于受到土建条件限制，从图1可知，楼座的回风没法设置在楼座侧墙部位，只能设置在楼座的顶部。考虑到楼座顶部存在一些灯具发热量，室内空气N点经过顶部回风有2 ℃的温升变成N'点，室外空气W和一次回风N'混合后成C点，经过表冷器处理到L点，L点与二次回风N'再次混合变成L'点，L'点经过土建静压箱有1 ℃的温升变成O点送入室内。通过图2计算可知空调机组总送风量为30 000 m3/h，一次回风量15 000 m3/h，二次回风量9 000 m3/h。在剧场试运行时，楼座入座率约85%时，对观众厅楼座进行多点温度测量，温度在24.7 ℃~25.2 ℃之间，从现场BA监控可知，楼座回风到空调机组的温度约27 ℃，约2 ℃的温差。值得注意的是楼座不仅要考虑送风温升，而且还要考虑回风温升。根据室内设计温湿度、热负荷、湿负荷、新风量等参数，对服务于观众厅池座和楼座的空调机组进行焓湿图计算，计算结果如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.001.T001表1观众厅池座和楼座空调机组计算结果项目送风量/(m3/h)新风量/(m3/h)一次回风量/(m3/h)二次回风量/(m3/h)送风温度/℃制冷量/kW数量/台池座30 0009 00010 00011 000201682楼座30 0006 00015 0009 000201381剧场观众厅无论是楼座还是池座，回风尽量争取设置在靠近座位的侧墙上，如受土建条件限制，必须设置顶部回风，一定要考虑回风温升对空调机组选型的影响。3舞台空调通风系统及气流组织设计舞台区域空调通风设计需要和舞台工艺配合，由此给舞台气流组织及风管风口布置带来一些困难。台口的大幕、主舞台和侧舞台之间的幕布等，都不允许被空调送风吹动。1 200座剧场舞台由主舞台、侧舞台、后舞台、台仓等组成，舞台属于高大空间，空调采用分层空调的方式[7]。主舞台、侧舞台和后舞台合用空调系统。主舞台的送风管设置在底层检修马道下，采用侧送和下送相结合的空调方式，以保证人员活动区域的空调效果。侧舞台和后舞台送风管沿着侧墙设置，用百叶风口下送，百叶高度离地4.0 m。舞台回风集中设置在舞台两侧下部。顶部的部分灯光发热量可由排风带走，排风与空调机组新风之间采用变频跟踪，空调机组送风机和排风机均采取变频措施，排风量随新风量的变化而变化，使舞台的风压自动处于平衡状态。经过调查研究，有些剧场舞台空调在演出时停止运行，只在演出前和幕间休息时使用，其原因是送风使得幕布飘动。本工程采用的送风方式可有效解决幕布飘动问题。1 200座剧场主舞台、侧舞台、后舞台的风管上分别设置电动风阀，空调机组采取变频措施，通过电动风阀的开关和空调机组的变频使得主舞台、侧舞台、后舞台独立送风。为了防止幕布飘动，舞台采用球形喷口侧送和直筒形风口下送相结合的方式，演出前打开侧送球形喷口，关闭下送直筒型风口；演出时打开下送直筒型风口，关闭侧送球形喷口。舞台空调通风示意图如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.001.F004图4舞台空调通风系统示意图从节能热舒适性角度出发，空调机组采用一次回风系统，露点温度送风，舞台设计干球温度为25 ℃，相对湿度60%。舞台夏季室内冷负荷为236 kW，室内湿负荷为 78 kg/h；新风量除满足人员最小新风外，还要满足与排风量的平衡，新风量为15 000 m3/h，舞台设2个空调机组，每个空调机组焓湿图计算时取上述参数的1/2。舞台空气状态变化点的h-d图如图5所示，室外空气W和一次回风N混合后成C点，经过表冷器处理到O点送入室内。根据室内设计温湿度、热负荷、湿负荷、新风量等参数，对服务于舞台的空调机组进行焓湿图计算，计算结果如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.001.F005图5舞台夏季一次回风h-d图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.001.T002表2观众厅池座和楼座空调机组计算结果项目送风量/(m3/h)新风量/(m3/h)回风量/(m3/h)送风温度/℃制冷量/kW数量/台舞台35 0007 50010 000172102在剧场试运行当天，演出前打开侧送球形喷口，关闭下送直筒形风口，使得整个舞台空调气流均匀，对舞台进行多点温度测量，温度在22.5 ℃~23.5 ℃。演出时打开下送直筒型风口，关闭侧送球形喷口。由于直筒型风口属于高大空间的点送，气流组织均匀性不如侧送，但是在持续2 h的交响乐演奏结束后，随机询问了几位演奏者，大多数感觉空调舒适度好，少数觉得空调偏冷，演奏者们对空调效果都较满意。4结语（1）观众厅采用座椅下送风上回风气流组织方式，静压箱内需要设置保温措施，结构梁的位置要尽量避开座椅下方的洞口，遮挡率尽可能控制在5%以内。（2）剧场观众厅进行二次回风系统设计时，二次回风送风温差较小，因此送风1 ℃温升对一次回风量和二次回风量的占比存在一定的影响，所以设计需要考虑经过土建静压箱的送风温升。（3）剧场观众厅无论是楼座还是池座，回风尽量争取设置在靠近座位的侧墙上。如受土建条件限制，必须在顶部设置回风，需要考虑回风温升对空调机组选型的影响。（4）为了防止幕布飘动，舞台采用球形喷口侧送和直筒形风口下送相结合的方式。演出前打开侧送球形喷口，关闭下送直筒型风口，演出时打开下送直筒型风口，关闭侧送球形喷口，空调实际运行热舒适度满足设计要求。