Оснащение театральных и концертных залов

Что самое важное в концертном зале? Прежде всего приходят в голову акустические свойства помещения. Потом разговор обычно переходит на мощность порталов, эквалайзеры, не окажутся забытыми и фонограммы, помянут недобрым словом и глухих звукорежиссеров, и безголосых певиц.

И все же самое важное в зале - это зрители. Если зрителям понравилось - цель достигнута. Если нет, то организаторы мероприятия могут вскоре оказаться вне профессии. 

На хорошем концерте все должно быть на высоте: и звук, и свет, и атмосфера. Атмосфера в том числе и в прямом смысле этого слова: температура, влажность, содержание кислорода и углекислого газа определяют, будет ли зрителю комфортно, или он будет обливаться потом, или падать в обморок от духоты. И совершенно неважно, идет ли речь о симфоническом концерте, опере или же на сцене гремит «металл». 

Увы, немногие площадки могут похвастаться хорошей атмосферой. Причин тому несколько. Главная, к сожалению, это - безразличное отношение к посетителю. Организаторам часто нет дела, понравится мероприятие или нет - купленные билеты возврату не подлежат. Живем сегодняшним днем? Так ведь наступит и завтра. Точнее, уже наступило. Пример - канадский певец Брюно Пельтье. В его официальном пресс-релизе говорится: «Единственный «каприз» звезды, который прописан жирным шрифтом во всех контрактах Брюно: в залах, где он поет, не должно быть никаких кондиционеров! И это вовсе не пустая причуда. Дело в том, что кондиционированный воздух довольно вреден для связок и Пельтье, всегда относившийся к своим слушателям и своей профессии с огромной ответственностью, просто не может позволить себе рисковать, - пусть даже в таких, казалось бы, мелочах. 
Вторая причина тоже банальна - деньги. Хорошая климат-система оказывается дороже звукового оборудования зала. Но одним звуком не проживешь. 
И третья причина стара как мир: денег и желания недостаточно, нужны еще знания и умение. Увы, часто подрядчики берутся за все виды работ. Желание получить заказ заслоняет собой все, включая отсутствие хотя бы поверхностного знакомства с предметом. К счастью, есть и специалисты, строящие залы, за которые не стыдно. В числе таких можно назвать Концертный зал Мариинского театра. И звук, и свет, и атмосфера - все заслуживает самой высокой оценки. В решении акустических задач такого масштаба есть что-то от волшебства, но специалисты не спешат выдавать свои секреты, хотя есть надежда, что для читателей нашего журнала завесу тайны немного приоткроют. В части обеспечения климата волшебства меньше и гораздо больше строгой науки. 

Редакция обратилась с просьбой осветить вопросы обеспечения климата в Концертном зале Государственного академического Мариинского театра в организацию, которая занималась проектированием, поставкой и монтажом системы. Вот что рассказал исполнительный директор ЗАО "Бюро техники кондиционирования и охлаждения" Вадим Иванович Терещенко. 

Третий год питерских театралов радуют концерты выдающихся мастеров искусств, проходящие на сцене Концертного зала Государственного академического Мариинского театра (называемого также Третьей сценой). Здесь показали свое высокое искусство пианист Ланг Ланг, скрипачи Вадим Репин и Максим Венгеров, тенор Владимир Галузин. По техническому оснащению и акустике специалисты сравнивают зал с лучшими концертными площадками мира. Художественный руководитель Мариинского театра Валерий Гергиев убежден, что его концертный зал - лучший акустический зал Европы. 

Такие акустические свойства не возникают сами по себе. В первую очередь это результат работы японских специалистов, фирмы Nagata Acoustics, а точнее - знаменитого специалиста по звуку Ясухиса Тойота, впервые работавшего в России. Им был разработан проект театральной акустики, выполнено математическое моделирование рассеивания звука, проведена настройка зала. Во вторую - российских специалистов по технике вентиляции и кондиционирования воздуха нашего ЗАО «Бюро техники», которое выполнило проект для Концертного зала, инсталлировало оборудование и сети, выполнило наладку систем.

Краткое описание объекта

Функционально здание делится на четыре зоны (рис. 1): 
Зона I. Зрительская часть. Площадь - около 3000 м2, 5 этажей. Включает кассовый узел, вестибюль, гардеробы, многоуровневое фойе с кафетериями и кулуары, располагается в новой части здания.
Зона II. Артистическая часть. Площадь - около 3500 м2, 5 этажей. Включает административные и служебные помещения Концертного зала, гримуборные и двухуровневый репетиционный зал, располагается в исторической части здания.
Зона III. Зрительный зал на 1150 зрителей со сценой объемом около 13000 м3.
Зона IV. Технические и вспомогательные помещения Концертного зала. Размещаются на первом этаже под зрительным залом, а также на пятом и шестом этажах над зрительской частью.

Показанное выше деление здания на функциональные зоны определило основные инженерные решения по климатическим системам здания, так как к каждой из зон предъявляются свои требования как по условиям эксплуатации, так и по обеспечению микроклимата. Архитектурно зрительская и артистическая части здания, а также технические и вспомогательные помещения решены в соответствии с нормативными требованиями, соответственно, при проектировании инженерных систем для этих зон были использованы традиционные решения. 

Главной особенностью рассматриваемого объекта, так сказать, его изюминкой, со всех точек зрения является зрительный зал, поэтому основное внимание в данной статье будет посвящено системам, его обслуживающим. Надо отметить, что с самого начала проектирования была поставлена задача построить с точки зрения акустики один из лучших залов в Европе. Для этого к процессу проектирования была привлечена компания Nagata Acoustic (Япония), одна из ведущих в мире в области строительной акустики и активно участвующая в разработке всех без исключения разделов проекта на всех стадиях его реализации.

Поэтому основную сложность и интерес при проектировании систем отопления, вентиляции и кондиционирования представляет именно зрительный зал, для которого обеспечение комфортного микроклимата неразрывно связано с выполнением жесточайших акустических требований.

Архитектурное решение зрительного зала таково, что он представляет собой «акустическую» капсулу внутри здания, связанную с окружающей средой только через кровлю. При этом все наружные ограждения приходятся на уровень технического настила, отделенного от основного объема зала акустическим потолком, выполненным из деревянных панелей толщиной 200 мм. Таким образом, имеют место только теплопотери через кровлю на уровне технического настила. Данное обстоятельство позволило полностью отказаться от размещения в зале приборов отопления, расположив их по периметру технического настила. Приборы подобраны таким образом, чтобы обеспечить поддержание в зале температуры не ниже 15°С в промежутках между спектаклями. Перед спектаклем температура в зале доводится системами приточно-вытяжной вентиляции до 20°С, а во время спектакля имеются значительные тепловыделения от приборов постановочного освещения и собственно зрителей. 

Вентиляция и кондиционирование 

Зрительный зал архитектурно решен в форме амфитеатра, то есть сцена и оркестровая яма размещаются в центре зала, а места для зрителей расположены с двух сторон от нее (рис. 2). Отработанные на практике решения вентиляции залов классической конфигурации, состоящих из двух частей, разделенных занавесом, — сцены и зрительских мест, в данном случае не могут быть использованы.

Зал условно можно разделить на три части - партер с боковыми балконами, сцена с оркестровой ямой и задняя часть зала, называемая архитекторами «хор». Изначальная архитектурная идея зала состояла в том, что он будет обслуживаться по принципу вытесняющей вентиляции. Для этого под партером, боковыми балконами и хором в строительных конструкциях предусмотрены камеры статического давления, в которые подается приточныи воздух. Кроме того, большая часть зрительских мест оборудована креслами со встроенными низкоскоростными воздухораспределителями (рис. 3). 

Таким образом, принципы воздухораспределения были заложены в проект еще на стадии определения геометрии зала и получены нами в качестве исходных данных.
Акустические требования к залу в целом состояли в обеспечении критерия шумности NC (noise criteria - критерии шума) на уровне 15-20 дБ, что соответствует уровню шума 18-23 дБ(А). В то же время, акустическая облицовка зала должна быть однородной, то есть установка на ней каких-либо воздухораспределительных устройств не допускалась.

Задача по вентиляции зрительного зала кратко может быть сформулирована следующим образом: «Обеспечить комфортные параметры воздуха в зонах размещения зрителей и в рабочих зонах сцены и оркестровой ямы, применяя системы вентиляции вытесняющего типа, установив уровень шума не выше 23 дБ(А), не используя воздухораспределители в акустической обшивке стен и потолка». 

Минимальный расход наружного воздуха, подаваемого на каждого зрителя, по санитарным нормам составляет 20 м3/ч, а на каждого артиста - 60 м3/ч.
Для обеспечения нормируемых параметров внутреннего воздуха в зале проектом предусмотрены три приточно-вытяжные системы центрального кондиционирования на базе оборудования фирмы Lennox, обслуживающие партер, сцену и хор соответственно. Анализ проектных решений по сценографии показал, что основная часть приборов постановочного освещения (~85%, установочная мощность - 1100 кВт) сосредоточена над сценой и установлена за акустическим потолком. Это привело к тому, что теплопритоки от постановочного освещения определялись лучистым теплом от осветительных приборов с учетом коэффициента одновременности их работы. Конвекционная составляющая теплоизбытков от приборов постановочного освещения остается на уровне технического настила за акустическим потолком зрительного зала. Теплоизбытки от постановочного освещения можно считать сосредоточенными в зоне сцены и при расчете не учитывать зон партера и хора.

Еще одним источником тепловыделений, а также единственным источником влаги в зрительном зале являются люди - зрители и артисты. Таким образом, для каждой из трех зон были определены тепло- и влагоизбытки и тепловлажностное отношение, на основании которого при помощи i-d диаграммы были определены процессы обработки воздуха и их расходно-энергетические характеристики. Использование принципа вытесняющей вентиляции привело к ограничениям величины максимальной разницы температур приточного воздуха и воздуха в рабочей зоне. 

В мировом опыте проектирования подобных систем эта величина принята равной 3°С. Исходя из этой разности температур, были определены расходы воздуха для каждой из зон. 
Для зоны партера расход приточного воздуха составил 39125 м3/ч, для зоны хора - 26325 м3/ч, для сцены - 13200 м3/ч. 

В теплый период года системы центрального кондиционирования зала работают по прямоточной схеме, при этом воздух подвергается следующей обработке: двухступенчатая очистка в фильтрах класса EU4 и EU7, охлаждение с осушением в поверхностном воздухоохладителе и последующий нагрев в поверхностном воздухонагревателе. В холодный период года системы работают в режиме частичной рециркуляции, при этом наружный воздух подается в количестве, определяемом требованиями санитарных норм (в зону партера - 12780 м3/ч, в зону хора - 9000 м3/ч, в зону сцены - 3000 м3/ч).

Поскольку размеры вентиляционных камер довольно ограничены, была принята следующая схема воздухообработки: наружный воздух очищается в двухступенчатом фильтре, нагревается в поверхностном воздухонагревателе и увлажняется пароувлажнителем, после чего смешивается с рециркуляционным воздухом и подается в рабочую зону. Процессы обработки воздуха в i-d диаграмме для теплого и холодного периодов показаны на рис. 5.

Если с подачей приточного воздуха в зал все было ясно, то поиск решения по удалению вытяжного воздуха из зрительного зала, отвечающего, в первую очередь, требованиям акустиков, занял более длительное время. Необходимо отметить, что в выработке этого решения принимали активное участие не только специалисты нашей компании, но также архитекторы и конструкторы. Это позволило найти оптимальный с точки зрения воздухораспределения и акустики вариант, вписать его в интерьер, а также учесть в конструктивных решениях здания.

Удаление вытяжного воздуха из зала происходит так: вдоль длинных стен зала на уровне шестого этажа здания предусмотрено два вентиляционных коридора, связанных с залом 92 отверстиями размером 300x970 мм (см. рис. 4), обеспечивающими удаление воздуха из зала со скоростью 0,95 м/с. 
Из вентиляционных коридоров воздух через сеть воздуховодов направляется к установкам. Таким образом удалось выполнить требования акустиков, не затрагивая интерьер зала. Наружные стены вентиляционных коридоров по акустическим требованиям — двойные. Первый слой представляет собой усиленную и утепленную кровельную конструкцию, затем воздушная прослойка около 70 мм и монолитная бетонная стена толщиной 150 мм. 

Кроме того, вентиляционный коридор с внутренней стороны обшивается акустической изоляцией толщиной не менее 50 мм.тяжного воздуха из зала происходит так: вдоль длинных стен зала на уровне шестого этажа здания предусмотрено два вентиляционных коридора, связанных с залом 92 отверстиями размером 300x970 мм (см. рис. 4), обеспечивающими удаление воздуха из зала со скоростью 0,95 м/с. Из вентиляционных коридоров воздух через сеть воздуховодов направляется к установкам. 
Таким образом удалось выполнить требования акустиков, не затрагивая интерьер зала. Наружные стены вентиляционных коридоров по акустическим требованиям — двойные. Первый слой представляет собой усиленную и утепленную кровельную конструкцию, затем воздушная прослойка около 70 мм и монолитная бетонная стена толщиной 150 мм. Кроме того, вентиляционный коридор с внутренней стороны обшивается акустической изоляцией толщиной не менее 50 мм.

В процессе проработки проекта уточнялось количество кресел, в которых не могут быть предусмотрены воздухораспределители. Такие кресла предполагается установить на балконе четвертого этажа, так как под ними конструктивно не выполнить камеру статического давления, а также в зонах партера, которые, возможно, будут использоваться для установки дополнительного постановочного оборудования (пульты режиссеров, кабины сурдопереводчиков и т.д.), а также телекамер. Чтобы обеспечить расчетный воздухообмен в зале при подвижности воздуха в рабочей зоне не выше 0,2 м/с, а также не превысить допустимый уровень шума, проектом предусмотрена установка низкоскоростных воздухораспределителей фирмы Halton в ступеньках. Отдельно следует отметить проблемы, связанные с обеспечением допустимого уровня шума. Приточ- но-вытяжные установки оснащаются шумоглушителями на сторонах всасывания и нагнетания. Кроме того, на сетях воздуховодов последовательно установлены глушители в количестве не менее восьми штук от вентиляционной установки до конечного участка в камере статического давления (для приточных систем) либо вентиляционного коридора (для вытяжных систем). При этом рекомендация консультантов по акустике состояла в том, что предпочтительно использовать не прямые шумоглушители, а поворотные.

Особое внимание при проектировании климатических систем было уделено способам крепления сетей к строительным конструкциям, а также узлам прохода сетей через стены и перекрытия.
Структурный шум от различных сетей с учетом наложений, передающийся к строительным конструкциям и в итоге к акустической обшивке зала, может значительно ухудшить звуковые характеристики зала. Исходя из богатого опыта строительства концертных залов и театров, консультанты по акустике потребовали монтировать все сети с использованием в монтажных системах виброизоляторов, имеющих частоту собственных колебаний не более 20 Гц. Для выполнения этого требования было проработано множество вариантов, мы связывались с ведущими организациями и компаниями, производящими виброизоляционные изделия, - как отечественными, так и зарубежными. В итоге было найдено удовлетворяющее всех решение, достаточно удобное в монтаже и надежное в эксплуатации.

Узлы прохода через стены и перекрытия не были столь нестандартной задачей, и при их проработке кроме акустических требований учитывались также требования пожарной безопасности.

Заключение

В заключение хотелось бы обобщить некоторые полученные результаты. Зрительный зал обслуживают три приточно-вытяжные установки общей производительностью 78650 м3/ч, из них минимальный расход наружного воздуха - 24780 м3/ч, производительность воздухонагревателей в холодный период - 250 кВт, в теплый период - 193,6 кВт, производительность воздухоохладителей - 340 кВт, производительность паровых увлажнителей - 92,9 кг/ч.
Установленная электрическая мощность вентиляционных установок - 123 кВт, холодильного оборудования - 240 кВт. Производительность систем дымоудаления из зрительного зала - 250000 м3/ч, установленная мощность электродвигателей - 110 кВт.

Следует отметить, что решение большого круга сложнейших задач на рассматриваемом объекте за довольно короткое время стало возможным благодаря не только высокому профессионализму сотрудников компании, но и теснейшему взаимодействию с разработчиками архитектурного и конструкционных разделов, а также со специалистами по акустике и противопожарной безопасности.

Вадим Терещенко
Журнал "Звукорежиссёр" №9/2009