直膨式空調在大學公共建筑中的應用效果

郭清莉

(上海華東發展城建設計(集團)有限公司,上海 200000)

隨著直膨技術的發展與模塊化及智慧校園的運用,高校類建筑對于獨立計量及能耗監測的要求越來越單體化。直膨機可以其分層、分空間單獨設置,內外機可單獨計量,內機型式多樣,可較好地應用于高效類建筑中。

本項目位于上海市浦東新區,總建筑面積78.7萬m2,一期總建筑面積42.5萬m2。除宿舍外的公建區域以多層建筑為主,層高在5 m之內,吊頂在4 m以下,多聯機內機基本以四面出風嵌入式為主,外機均設置在屋面,新風機選擇單元式新風機,每層獨立,新風機內機設置在本層新風機房內,外機設置在屋面。其中圖書館為二標段的標志性建筑, 地上16層,地下1層,地上建筑面積36 142.75 m2,地下建筑面積6904.19 m2,建筑高度94.58 m。地下車庫由于人防兼汽車庫、地下書庫、地下車庫連廊、設備用房等,已無空間設置冷站及鍋爐房,地上由于景觀及消防通道主路等,無綠化區域設置一站式機組或風冷熱泵等,女兒墻高度3 m左右,由于是二標段標志性建筑,只能設置凈高2.8 m以內的空調外機等,無條件設置冷卻塔,故單體建筑空調均以直膨式機組為主[1]。

1 空調室內機形式的選擇

一層挑空485座報告廳,凈高7.5 m,三層小屋面由于綠化要求,無較大空間設置屋頂式空調,只有角落衛生間外墻處可設置少量多聯機外機,挑空報告廳輔房上空有5.4 m高設備層,故選擇多聯機空調形式,內機選擇大空間風管式,靜壓500 Pa,足夠帶動末端旋流風口,機器前后設置消聲器,可滿足報告廳噪聲要求。挑空中庭在疏散層設置中靜壓風管式機器側雙層百葉送風,下單層百葉回風,對邊長度小于10 m,滿足射程要求。其余閱覽室、辦公室等石膏板吊頂低均小于4 m,選用四面出風嵌入式。新風機選擇單元式新風機,報告廳單獨設,挑空中庭和連通閱覽室合用一臺新風機,新風機內機設置在本層新風機房內,新風管進出口均設置消聲器,機房做吸聲處理,報告廳新風機外機隨報告廳多聯機外機設置在三層小屋面,其余新風機外機均設置在本層設備平臺。1～16層弱電間位置上下對應,每層弱電間內均設置機柜,散熱量較大,極端天氣通風無法滿足設備散熱需求,因此弱電間設置單冷型多聯機,內機選擇掛壁式,1～8層弱電間共用1個室外機,外機設置在8層設備平臺,8～16層弱電間共用1個室外機,外機設置在機房層。

2 空調室外機位置擺放

由于多聯機系統的特性,未進行核算的情況下,系統冷媒管等效長度不宜超過70 m,高差不宜大于30 m。圖書館服務高度94.58 m,且占地面積偏小,屋面被加壓送風機房、排煙機房和水箱間、屋頂綠化等占了一定的面積,無法滿足整棟樓的直膨機外機放置要求,因此每層的室外機優先設置在本層設備平臺或相鄰層的設備平臺上,如圖1,設備平臺空間不夠的部分,機房層補充。

圖1 冷媒管系統Fig.1 Refrigerant pipe system

每層層高5.4 m,多聯機外機+基礎高度接近1.9 m,建筑為16層,每層均設置設備平臺,有些設備平臺是上下層對應關系,多聯機外機大匹數的為上出風下進風,因此下層外機的熱氣有可能和上層的外機進風短路,16層的設備平臺進排風情況比較復雜,為了保證多聯機系統的正常運行,應進行氣流模擬分析。

2.1 計算條件

解析對象:1～16 F 三大塊設備平臺室外機,夏季室外溫度34.4 ℃,百葉參數開口率70%,角度0°,寬度1.95 m,高度5.4 m。部分外機組合模塊分開擺放,排風加導流風帽,導流風帽風管變徑。

考慮到百葉寬度較小,36 HP以上室外機中組合模塊整體長度在2.5 m以上,故36 HP以上室外機采取分開擺放,減少導流風帽的漸縮管段,防止產生噪音。為控制排風風速在6～9 m/s,減小噪音,排風口厚度設定為600 mm。右下角外機平臺只考慮與外機相鄰的百葉影響,其他百葉預留給其他設備。

設備平臺布置以五層為例,如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6。

圖2 5F外機平臺平面圖Fig.2 5F external engine platform plan

圖3 左上角外機平臺平面圖Fig.3 Top left external platform plan

圖4 右上角外機平臺平面圖Fig.4 Top right external platform plan

圖5 右下角外機平臺平面圖Fig.5 Lower right external platform plan

圖6 外機導流風帽立面圖Fig.6 Exterior diversion hood elevation

解析模擬見圖7、圖8、圖9。

圖7 左上角外機平臺模型Fig.7 Top left outside platform model

圖8 右上角外機平臺模型Fig.8 Top right external platform model

圖9 右下角外機平臺模型Fig.9 Lower right outside machine platform model

平臺分層擺放室外機的吸風溫度見圖10。

圖10 吸風溫度Fig.10 Suction temperature

設備平臺室外機吸風溫度及速度平面圖如圖11、圖12、圖13。

圖11 左上角外機平臺溫度、速度平面圖Fig.11 Temperature and velocity diagram of top left outside machine platform

圖12 右上角外機平臺溫度、速度平面圖Fig.12 Temperature and velocity diagram of top right outside machine platform

圖13 右下角外機平臺溫度、速度平面圖Fig.13 Temperature and velocity diagram of lower right outside machine platform

2.2 解析結果

在外機設備平臺擺放條件下,忽略室外風速等對解析結果的影響,三大塊設備平臺的最高吸風溫度為41.1 ℃,未超過室外機模塊吸風溫度54 ℃ 的極限,故按照氣流解析的外機散熱條件,設備平臺擺放的室外機發生氣流短路的可能較小(氣流短路是指室外機本身排出的熱風被自身或其他室外機吸回掉,致使室外機回風溫度超過周圍環境溫度乃至回風極限溫度[2])。例如,制冷運轉時,室外機吹出的熱風被其或其他室外機回吸,以致室外機回吸了超過正常吸風溫度范圍的熱風,導致制冷效果不好或運轉停止。

經計算,此種外機擺放方式滿足散熱要求,內外機距離高差等均能滿足要求。由于內外機高差較小,等效管長均控制在70 m之內,因此系統損耗較小,效率較高。

3 設計配合

由于每層均設置設備平臺,且設備平臺外立面根據設備運行的經驗有一些特殊要求,設備技術對于外立面的要求是不能用防雨百葉、穿孔鋁板等,開孔率要≥70%,角度小于20°[3]。

根據技術資料的總結及本項目的特點,選用70%開孔率、沒有角度的豎百葉,根據產品特點及氣流模擬分析,其可以很好地散熱,滿足室外機的運行要求。根據建筑方案,由于上下對稱,外立面比較規整,外觀上雖然近距離能觀測到室外機,但也是美觀性及適用性的一個平衡,對于這個單體特點來說,是一種很好的互相協調效果[4]。