某辦公建筑多聯機空調系統的設計及應用分析

胡曉偉

中信建筑設計研究總院有限公司

0 引言

在工程實踐中，多聯機空調系統與其它空調系統相比有著較多的優點[1]。其室外機直接設置于室外，可以節省機房面積。在施工過程中，多聯機系統管徑較小，節省了建筑空間，其系統安裝方便快捷。多聯機系統是一個高度集成的系統，其控制方便，用戶可以直接利用控制器進行操作。可根據室內機開啟數量調整室外機出力，在部分負荷運行時有良好的節能性。

在擁有較多優點的同時，多聯機系統在設計使用過程中也有著眾多的難點[2]：多聯機系統室外機在建筑中位置的確定、多聯機系統的劃分，多聯機系統修正、建筑內的新風方案問題。這些問題都會影響多聯機系統在建筑內的使用。本文將對武漢市內一棟辦公建筑的多聯機系統的設計情況來對室外機位置、建筑室內新風進行探討。

1 工程情況介紹

本工程為位于武漢市漢口的一棟辦公建筑，地下共3 層，地上共24 層，其規劃用地面積5360 m2。地上主要為辦公房間，地上總建筑面積31020 m2，其標準辦公層單層建筑面積1314 m2，根據業主使用特點，本建筑以后在使用過程中有較多的夜間加班情況發生。

2 空調方案的選擇

在設計之初暖通專業考慮了兩種方案，方案1 采用冷水機組+鍋爐的方式，方案2 則采用變頻多聯機系統。

方案1 需要在地下室設置制冷機房和鍋爐房，另外室外需要設置冷卻塔。方案2 室外機直接設置于室外。考慮到本項目的地塊面積較小，地下室業主的車位數量比較緊張，同時方案一室外冷卻塔對整體建筑效果影響較大，經過綜合業主和各設計專業的意見最終采用變頻多聯機系統。

3 多聯機室外機位置的確定

3.1 室外機方案分析

根據建筑平面，多聯機室外機的布置有三種方案：a.設置于室外，b.每層設置，c.集中設置于屋頂。由于建筑總高度接近100 m，只將室外機設置于室外或者屋頂的做法超過了多聯機室外機與室內機高差的要求，因此單獨將室外機布置于室內或屋頂無法解決整棟樓的空調室外機。

在與業主溝通過程中，業主希望以后屋面承擔部分員工的娛樂功能，同時24 層為重要功能房間，多聯機的室外機設置于屋面對24 層會有一定影響。另外建筑專業為了保證建筑功能整體的美觀性，也希望室外機不設置于地面。最終方案選擇在每層設置室外機平臺。

在工作樓層設置室外機平臺的方式也有多種做法，可以在每層的同一位置設置平臺，可以將幾層的室外機集中設置于某一層，也可以在不同層的不同位置設置室外機平臺。在設計過程中考慮到可能存在上下層室外機串風的風險希望在樓層的不同位置設置室外機平臺，室外機平臺位置希望如圖1 一樣在樓層的不同地點。但建筑專業認為室外機平臺位置不統一破壞立面，同時業主認為在不同位置設置平臺部分室內空間沒有得到有效利用。最終選擇方案還是在不同樓層的同一位置設置平臺。

圖1 標準層建筑平面

在樓層同一位置設置室外機平臺方案確定后，需要解決兩個問題，一是室外機的進排風保證順暢，另一個是上部樓層的進風溫度不能超過室外機的進風要求。

3.2 室外機平臺通風風速

對于第一個問題通過計算可以進行校核，本建筑標準層層高4 m，根據幕墻立面圖扣除梁及建筑造型遮擋百葉可開啟高度2.95 m，最終計算結果見表1（開孔率80%）。

表1 室外機通風風速校核表

在設計中最大的單模塊機組為16 匹，風量為13980 m3/h，百葉開口有效系數為0.8，最終計算得到進風百葉的風速最大為1.42 m/s，滿足進風速度小于1.6 m/s 要求，排風最大風速為6.93 m/s，在5～8 m/s 之間。

3.3 室外機通風氣流模擬

對于室外機平臺設置于不同樓層的同一位置產生的第二個問題在設計中利用氣流模擬軟件進行解析。根據文獻[3]的要求需要盡可能的保證多聯機室外機的進風溫度及通風速度要求。

在當時模擬計算過程中由于具體設計還未深入，室外機單個模塊均按照最大16 匹進行計算，室外機的擺放按照每個幕墻分隔均對應一臺室外機的最不利情形考慮。室外機的擺放方式見圖2，室外機的排風采用導風筒接至排風百葉。

圖2 室外機平臺室外機位置

圖3 室外機室外溫度分布斷面圖

最終的計算結果詳圖3～6。根據計算結果圖3 及圖4 可以看出越到上部室外機的吸氣溫度越高，在18層已經存在串風的情況，在24 層吸氣環境最為惡劣。根據圖5 可以看出到24 層時除了位于中間位置的室外機模塊（機組3）外，其余室外機模塊的溫度均在45 ℃以下。中間位置室外機模塊的工況最惡劣，達到了48.28 ℃。根據圖6 可以看出室外機模塊的風速都能滿足要求。

圖4 各樓層不同位置室外機進風溫度線圖

圖5 24 層室外機環境溫度分布斷面圖

圖6 標準樓層室外機環境風速斷面圖

為了降低機組3 的進風溫度過高的影響，根據氣流模擬的計算結果在設計中進行了適當的調整：1）在負荷較低的樓層盡量不在中間位置設置機組，或擺放風量較小的模塊。2）本項目的新風采用新風換氣機，新風換氣機的排風排至室外機平臺作為室外機的進風。3）對上部樓層的室外機進行必要的修正。4）在室外機招標過程中協助業主對室外機性能進行把控。

4 新風設計

在文獻[3、4]中對新風的不同方案進行了探討，在本建筑的新風方案設計中主要考慮2 種：采用新風換氣機或采用獨立的多聯機新風機。

根據計算每層的新風量在3000～4000 m3/h 之間，如果采用獨立的多聯機新風機的方案需要設置1～2套多聯機新風系統，需為新風單獨設置多聯機室外機組。采用新風換氣機的方案每層吊裝一臺新風換氣機，需要解決進排風百葉問題。

由于室外機平臺緊張，單獨為新風設置室外機組比較困難，最終采用新風換氣機的方案來為室內送新風。采用新風換氣機可以回收排風中的能量達到節能的目的。在設計中每層新風換氣機的排風排至室外機平臺作為室外機的進風，可以優化室外機的工作環境。

5 結論

在項目的設計過程中，影響因素比較多，通常無法僅僅考慮單個專業要求，各專業及業主之間是一個相互妥協的過程。設計師需要在保證滿足規范的條件下滿足建筑使用功能的要求。

本項目受制于場地因素，最大的難點在于多聯機室外機位置的確定，包括新風系統采取的形式也考慮了多聯機室外機位置的影響。

多聯機室外機每層設置，不同層的室外機平臺在平面上的位置相同，導致夏季上部樓層室外機吸風工況較差，在設計過程中采用CFD 軟件對室外機的工況進行了分析，根據模擬結果對室外機的擺放進行了優化，利用新風系統的排風來改善室外機的吸氣環境，同時根據結果對多聯機系統進行了必要的修正。