湖北省高新科技馆新馆位于武汉高新大道与光谷五路交汇处，总建筑面积 71586 m2 。科技馆主体展馆共四层，建筑高度 43.5m，其中一层 9.5m，二层13.5m，三层 13.5m，设备夹层及四层为 4.5m；一层主要功能为临时展厅、科技影院、院线影院、餐厅及车库，二层为儿童展厅、办公及科普实验室，三层为常设展厅，四层为办公等。建筑效果图如图 1 所示。
（1）本工程科技影院的特点
本工程科技影院主要包括 3D 巨幕影院、4D 影院、动感影院、球幕影院以及沉浸式浮空影院。设计用空调室外计算参数根据相关规范，采用“武汉”地区的气象参数；空调室内计算参数根据影厅及相关房间的使用功能按照规范要求设定，具体参数设置如表 1：
采用相关负荷计算软件对科技影院进行全年动态负荷计算，结合室内外气象参数设定，以及各影厅面积、人员分布等，求得各影厅负荷结果如表 2：树上鸟教育暖通设计在线教学杜老师
3D 巨幕影院放映三维立体电影，观众观影时通过佩戴特制眼睛从银幕上获得三维空间感视觉影像。该影院巨幕长 13m，高 22.48m。其平剖面如图 2、图 3 所示：
4D 影院是在 3D 立体电影的基础上加入环境特效模拟。观众观影时，顺着影视内容的变化，可实时感受到风暴、雷电、撞击等身边所发生的立体影像对应的事件。其剖面如图 4 所示：
动感巡航影院是 3D 电影加 4D 的环境特效，然后再加入特效座椅。特效座椅属于虚拟现实模拟器，能够根据剧情进行互动，让观众体验电影中主人公的感觉。其剖面如图 5 所示：
球幕影院的观众厅为圆顶式结构，银幕呈半球形，观众被包围其中，使银幕如同苍穹。由于放映视域范围可达前后 180°左右 360°，可自观众面前延至身后，目光所及几乎全是绚丽多彩栩栩如生的电影画面，加上立体声环印，使观众如置身其间。其平剖面如图 6、图 7 所示：
沉浸式浮空影院外观如一半球体，半球体中间延伸一环形浮空步道，银幕呈不规则弧形状布满整个内球表面。观影时观众立于步道上，将展示内容与自身融为一体，满布的银幕让人感受到 360°全方位的视觉冲击和音效震撼。其效果图和剖面图如图 8、图 9 所示：
（2）科技影院的设计要点
科技影院放映技术及设备先进，建筑形式及功能相对复杂；另外各影院为保证其放映效果（如 4D 影院可实时感受风雨雷电等特效等），故其空调通风方式除了应满足观众的基本舒适度需求外，其气流组织的设置应充分考虑不影响其科技特效，并兼顾美观性。其中，沉浸式浮空影院因其 360°的全方位银幕以及浮空式的步道设计而使空调通风系统设计最具难度。
下文针对各科技影院的特点对其空调通风形式相应介绍。
（1）科技影院空调系统设计
1）空调末端设计
本工程采用集中冷热源（电力驱动冷水机组+室外热交换站）分别提供 7/12℃和60/50℃的冷热水供给科技影院，各影院末端水系统单独成环。根据负荷计算结果，各科技影厅分别配置独立的一次或二次回风全空气空调系统。设计各科技影厅均采用双风机系统，可根据室外空气的焓值调节新风比，室外条件适宜时可实现全新风运行，有利于空调系统节能。
2）影厅气流组织设计
气流组织是影厅等大空间空调系统设计的重要环节。目前影厅的气流组织形式一般有下送上回、侧送下回，后送下回以及上送下回 4 种。根据各科技影院影厅的具体情况，本工程分别采用了不同气流形式。
①4D 影院、动感巡航影院设计采用带电控装置角度可调的球形喷口顶送，侧壁集中回风方式，且回风口位于侧壁的下方。为了使影厅的噪声控制在设计要求之内，影厅内风管系统采用二级消声方案，即在送风管及回风管处均设置二级微穿孔板消声器。
②球幕影院、3D 巨幕影院的座位下侧设置空调送风腔，采用座位下部送风，上部集中回风方式。座椅送风属于置换通风的气流组织形式，置换通风是一种借助空气热浮力作用的机械通风方式，空气以低风速、小温差的状态送入空调区底部的人员活动区域，利用气体热轻冷重的自然特性和污染物自身的浮升特性，在送风和室内热源形成的上升气流共同作用下，将热浊空气提升至顶部排出。一般应用于高大空间，并要求室内冷负荷一般以人员、设备和灯具为主，人员多为坐姿，活动量较轻，且必须满足低速、低温差、低位送风和高位排风的条件。后文将针对球幕影院座椅送风方式做详细介绍。
③沉浸式浮空影院采用地面送风口上送风至浮空步道人员区域，集中回风方式。后文将针对其空调方式做详细介绍。
（2）科技影院通风系统设计
1）科技影院平时通风系统
科技影院的通风主要需解决观众厅的排风以及放映机房的通风。
观众厅部分采用集中回风集中排放的方式，影厅送、排风量除需保证室内温湿度需求外，还需满足不小于 3 次/h 的通风换气次数。放映机房由于放映设备发热量大，除采用“直流式”全新风空调系统外，同时设置排风系统；放映机房应保持负压，其排风换气次数不小于 15 次/h。
2）科技影院排烟系统
科技影院排烟是整个工程通风设计的重难点之一。根据国内外的诸多经验教训，火灾发生时，烟气蔓延速度非常迅速，影院观众厅由于人员密集，且有座椅的障碍，火灾时人员疏散较为困难，烟气扩散时间远远小于人员疏散时间，因此必须设置排烟系统。观众厅属于无窗房间，根据相关规范，面积大于 100 m2的地上观众厅和面积大于 50 m2 的地下观众厅应设置机械排烟设施。本工程中各科技影院观众厅面积均不小于 100 m2 ，故均需设置机械排烟系统。根据土建资料，各科技影院均为独立的防火分区，故各影院机械排烟系统均独立设置。
①3D 巨幕、4D、动感巡航影院分别单独设置一台消防排烟风机，风机置于排烟机房或设备机房内。根据相关规范，影厅排烟量按 13 次/h 换气标准计算，算得 3D 巨幕影院排烟量为 60000 m3 / h ，4D 影院排烟量为 20000 m3 / h ，动感影院排烟量为 30000 m3 / h 。观众厅顶部设置多页排烟口，排烟口风速不大于10 m / s，满足规范要求排烟口距影院最远点不超过 30m。
②球幕影院采用排风兼排烟系统，设计采用双速风机（60000/25000 m3 / h ），高档用做消防排烟，低档作为平时排风，风机置于空调机房内。球幕影院演示厅的球形银幕上设置有布孔率为 30%的一圈孔眼，孔径为 2.5mm。火灾排烟时，球形银幕与外墙之间的构造空间形成一个巨大的环形静压箱，孔眼作为排烟口疏散烟气进入静压箱后，再由排烟风机排至室外，平时排风时亦然。该系统既保证了排烟（排风）效果，同时节省了风管及风口等的安装空间。
③沉浸式浮空影院的排烟系统将在后文中做详细介绍。
（1）沉浸式浮空影院的土建设计
本工程沉浸式浮空影院位于科技馆中庭正中漏斗状钢结构内部，其建筑外形图及效果图详图 10、图 11：
本工程浮空影院总高 14.7m，拟建亚洲最大的沉浸式全息影院。与上海世博会沙特馆的浮空影院相比较，该影院不论从规模还是设计难度上都大大增加，其土建设计参数对照表详表 3：
（2）沉浸式浮空影院空调通风设计需要解决的问题
在沉浸式浮空影院的空调通风设计中，主要有两个难题需要重点解决。
1）如何合理选择气流组织形式
由于沉浸式浮空影院的银幕为不规则弧形，且 360°满布整个影院内表面空间，故空调通风管道无法明装敷设；同时观影时人员均集中位于浮空步道上，故如何选择合理的气流组织形式至关重要。
2）如何正确解决沉浸式浮空影院的排烟问题
如前文所述，沉浸式浮空影院需设置独立的机械排烟系统。但因其造型新颖，空间跨度较大（总高14.7m），排烟量亦大；且银幕上无法敷设风管，排烟设备及风管风口的设置在考虑排烟功效时需不影响其正常使用和美观，故排烟系统的合理设置成为另一个需要解决的问题。
（3）沉浸式浮空影院的空调通风的解决方案
1）沉浸式浮空影院的空调设计
如前文所述，沉浸式浮空影院设置独立的一次回风全空气空调系统，四个空调机房均布于影院的 4 个角，各机房分别设置 1 台 10000 m3 / h 的空气处理机组和 1 台 10000 m3 / h 的排风风机。空调送风风管出机房后敷设于影厅内廊道下部，进入球体后沿浮空步道下方环形敷设。送风管通过地面送风口上送风至浮空步道人员区域，送风口沿环形浮空步道均匀布置一圈，保证了送风的均匀性，且该送风方式将空调风直接送至人员密集区，有效保证了空调效果同时亦有一定的节能效果。设计采用集中回风方式，回风管及风口敷设于廊道下部。影院的空调系统平面及剖面图详图 12、图 13。
2）沉浸式浮空影院的排烟设计
沉浸式浮空影院体积庞大，容积约 12000 m3 ，根据影院观众厅排烟量 13 次/h 换气标准计算，求得影院总排烟量 180000 m3 / h 。设计选用 12 台消防排烟风机，单台排烟量 15000 m3 / h ，风机均匀布置于影院顶部的环形金属封闭屋盖顶内。通过与土建专业协商配合，影院幕布顶均布 12 个气泵式电动可开启排烟窗，同时在影院外围幕墙上对应布置有 12 个气泵式电动排烟窗，火灾发生时，排烟风机通过排烟风管连接室内外的电动排烟窗进行排烟。
（1）球幕影院的建筑布置
球幕影院主体位于科技馆一层，建筑面积 1020 m2 ，主要功能房间包括演示厅、投影机隔音室、空调机房以及辅助用房等。其中演示厅为圆顶式结构，球幕影院直径为 30m，设计观影规模为 225 座。
（2）球幕影院座椅送风的优点
球幕影院采用的座椅送风作为置换通风的一种气流形式，主要有以下优点：
1）经过处理的空气直接送入观众区，在观众区可形成均匀的速度场和温度场以满足人体的舒适度需求，同时确保了观众区的空气品质。
2）送风采用低风速、低温差，送冷风时气流不直接吹向观众，故观众无吹风感；送热风时热空气不会在演示厅上部停滞而导致气流分层，从而避免了气流不能送到观众区的现象
3）该影院设计利用了演示厅座椅下方的空腔作为送风静压箱，从而气流能够比较均匀的从每个座椅下方的地板送风口送出。由于空调风直接送至观众区，相比较于采用明装敷设的风管风口的侧送风方式更为节能，节省安装空间的同时保持了影院的空间美感。
4）地板送风口风速很低，对于消声降噪大有裨益。同时由于座椅下方的送风静压箱设置保温，能够起到一定程度的降噪作用。故采用座椅送风方式有利于整个影院空调系统的降噪处理。
（3）球幕影院座椅送风设计
球幕影院设计采用二次回风系统，座椅送风方式。送风器出风速度控制在 0.3~0.5m/s，至人脚踝处不超过 0.25m/s，送风温度通常比室内设计温度低 2~4℃，保证冷空气自重下沉至地面上，借助空气热浮力上升，以满足热舒适要求。影厅座椅送风风口示意图如图 14 所示。
置换通风的流场分为二个区域，上升气流吸卷周围空气形成羽状气流场，并存在一个该气流流量与送风流量相等的热力分层高度，高度之下羽状气流单向流动，新鲜冷空气置换热源周围的污浊空气，为“下区”，高度之上为“上区”，气流为混合流。置换通风的温度梯度可分为三个温度段，如图15所示。其中Tf为脚面处（0.1m）温度，由于地板的对流和辐射传热以及送风口周围空气的卷入，使其略高于送风温度Ts，Td为排风温度，Th为1.1m高度，即人为坐姿时头部高度的温度。
影厅二次回风空调计算的基本原理是通过送风和排风消除房间显热量的热平衡关系，得出所需风量和送排风温度，进而得出空气处理机组所需冷量。影厅空调设计参数如表4所示。
影厅二次回风原理图及 I-D 图如图 16、图 17 所示：
由图可知，处于室内状态点（N点）的空气在热浮升力作用下，受面光和耳光辐射的影响，从N点至H点有一个温升过程，室外空气（W点）与回风进行第一次混合至C点，经表冷器降温除湿至L点，再与H点进行二次回风混合，处理至送风状态点（O点），通过座椅送风送至影厅。系统总风量及空气处理机组冷量计算过程如下（假定送风温差TN-TO）：
1）依据剧场观众厅空调设计参数，利用负荷计算软件得出人体全（显）热、电气设备、照明负荷、围护结构负荷、新风负荷、总冷负荷、余（显）热量及余湿量。
2）由公式
球幕影院和沉浸式浮空影院需配置投影仪循环冷却水系统。根据前期初步调研结果，球幕影院投影仪初步确定为 40 台，沉浸式浮空影院投影仪初步确定为 30 台，每台发热量按 6Kw 估算，每间影院各选择 1台风冷型机组（内置水泵、定压装置）。该冷却设备提供 7/12℃冷水供放映设备散热。
由于本工程暂未投入使用，且各影院的工艺资料尚未最终确定，同时各影院在建过程中亦可能对工艺参数进行改进，故本工程的空调通风系统设备等将根据建设方需求进行相应调整，以使我们的设计能够切实满足要求。#暖通#
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