某辦公建筑多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析

胡曉偉

中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司

0 引言

在工程實(shí)踐中，多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)與其它空調(diào)系統(tǒng)相比有著較多的優(yōu)點(diǎn)[1]。其室外機(jī)直接設(shè)置于室外，可以節(jié)省機(jī)房面積。在施工過程中，多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)管徑較小，節(jié)省了建筑空間，其系統(tǒng)安裝方便快捷。多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)是一個高度集成的系統(tǒng)，其控制方便，用戶可以直接利用控制器進(jìn)行操作。可根據(jù)室內(nèi)機(jī)開啟數(shù)量調(diào)整室外機(jī)出力，在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)有良好的節(jié)能性。

在擁有較多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)使用過程中也有著眾多的難點(diǎn)[2]：多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)室外機(jī)在建筑中位置的確定、多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的劃分，多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)修正、建筑內(nèi)的新風(fēng)方案問題。這些問題都會影響多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)在建筑內(nèi)的使用。本文將對武漢市內(nèi)一棟辦公建筑的多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)情況來對室外機(jī)位置、建筑室內(nèi)新風(fēng)進(jìn)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(guī)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(biāo)準(zhǔn)辦公層單層建筑面積1314 m2，根據(jù)業(yè)主使用特點(diǎn)，本建筑以后在使用過程中有較多的夜間加班情況發(fā)生。

2 空調(diào)方案的選擇

在設(shè)計(jì)之初暖通專業(yè)考慮了兩種方案，方案1 采用冷水機(jī)組+鍋爐的方式，方案2 則采用變頻多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。

方案1 需要在地下室設(shè)置制冷機(jī)房和鍋爐房，另外室外需要設(shè)置冷卻塔。方案2 室外機(jī)直接設(shè)置于室外。考慮到本項(xiàng)目的地塊面積較小，地下室業(yè)主的車位數(shù)量比較緊張，同時(shí)方案一室外冷卻塔對整體建筑效果影響較大，經(jīng)過綜合業(yè)主和各設(shè)計(jì)專業(yè)的意見最終采用變頻多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。

3 多聯(lián)機(jī)室外機(jī)位置的確定

3.1 室外機(jī)方案分析

根據(jù)建筑平面，多聯(lián)機(jī)室外機(jī)的布置有三種方案：a.設(shè)置于室外，b.每層設(shè)置，c.集中設(shè)置于屋頂。由于建筑總高度接近100 m，只將室外機(jī)設(shè)置于室外或者屋頂?shù)淖龇ǔ^了多聯(lián)機(jī)室外機(jī)與室內(nèi)機(jī)高差的要求，因此單獨(dú)將室外機(jī)布置于室內(nèi)或屋頂無法解決整棟樓的空調(diào)室外機(jī)。

在與業(yè)主溝通過程中，業(yè)主希望以后屋面承擔(dān)部分員工的娛樂功能，同時(shí)24 層為重要功能房間，多聯(lián)機(jī)的室外機(jī)設(shè)置于屋面對24 層會有一定影響。另外建筑專業(yè)為了保證建筑功能整體的美觀性，也希望室外機(jī)不設(shè)置于地面。最終方案選擇在每層設(shè)置室外機(jī)平臺。

在工作樓層設(shè)置室外機(jī)平臺的方式也有多種做法，可以在每層的同一位置設(shè)置平臺，可以將幾層的室外機(jī)集中設(shè)置于某一層，也可以在不同層的不同位置設(shè)置室外機(jī)平臺。在設(shè)計(jì)過程中考慮到可能存在上下層室外機(jī)串風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)希望在樓層的不同位置設(shè)置室外機(jī)平臺，室外機(jī)平臺位置希望如圖1 一樣在樓層的不同地點(diǎn)。但建筑專業(yè)認(rèn)為室外機(jī)平臺位置不統(tǒng)一破壞立面，同時(shí)業(yè)主認(rèn)為在不同位置設(shè)置平臺部分室內(nèi)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(shè)置平臺。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層建筑平面

在樓層同一位置設(shè)置室外機(jī)平臺方案確定后，需要解決兩個問題，一是室外機(jī)的進(jìn)排風(fēng)保證順暢，另一個是上部樓層的進(jìn)風(fēng)溫度不能超過室外機(jī)的進(jìn)風(fēng)要求。

3.2 室外機(jī)平臺通風(fēng)風(fēng)速

對于第一個問題通過計(jì)算可以進(jìn)行校核，本建筑標(biāo)準(zhǔn)層層高4 m，根據(jù)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(jì)算結(jié)果見表1（開孔率80%）。

表1 室外機(jī)通風(fēng)風(fēng)速校核表

在設(shè)計(jì)中最大的單模塊機(jī)組為16 匹，風(fēng)量為13980 m3/h，百葉開口有效系數(shù)為0.8，最終計(jì)算得到進(jìn)風(fēng)百葉的風(fēng)速最大為1.42 m/s，滿足進(jìn)風(fēng)速度小于1.6 m/s 要求，排風(fēng)最大風(fēng)速為6.93 m/s，在5～8 m/s 之間。

3.3 室外機(jī)通風(fēng)氣流模擬

對于室外機(jī)平臺設(shè)置于不同樓層的同一位置產(chǎn)生的第二個問題在設(shè)計(jì)中利用氣流模擬軟件進(jìn)行解析。根據(jù)文獻(xiàn)[3]的要求需要盡可能的保證多聯(lián)機(jī)室外機(jī)的進(jìn)風(fēng)溫度及通風(fēng)速度要求。

在當(dāng)時(shí)模擬計(jì)算過程中由于具體設(shè)計(jì)還未深入，室外機(jī)單個模塊均按照最大16 匹進(jìn)行計(jì)算，室外機(jī)的擺放按照每個幕墻分隔均對應(yīng)一臺室外機(jī)的最不利情形考慮。室外機(jī)的擺放方式見圖2，室外機(jī)的排風(fēng)采用導(dǎo)風(fēng)筒接至排風(fēng)百葉。

圖2 室外機(jī)平臺室外機(jī)位置

圖3 室外機(jī)室外溫度分布斷面圖

最終的計(jì)算結(jié)果詳圖3～6。根據(jù)計(jì)算結(jié)果圖3 及圖4 可以看出越到上部室外機(jī)的吸氣溫度越高，在18層已經(jīng)存在串風(fēng)的情況，在24 層吸氣環(huán)境最為惡劣。根據(jù)圖5 可以看出到24 層時(shí)除了位于中間位置的室外機(jī)模塊（機(jī)組3）外，其余室外機(jī)模塊的溫度均在45 ℃以下。中間位置室外機(jī)模塊的工況最惡劣，達(dá)到了48.28 ℃。根據(jù)圖6 可以看出室外機(jī)模塊的風(fēng)速都能滿足要求。

圖4 各樓層不同位置室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度線圖

圖5 24 層室外機(jī)環(huán)境溫度分布斷面圖

圖6 標(biāo)準(zhǔn)樓層室外機(jī)環(huán)境風(fēng)速斷面圖

為了降低機(jī)組3 的進(jìn)風(fēng)溫度過高的影響，根據(jù)氣流模擬的計(jì)算結(jié)果在設(shè)計(jì)中進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整：1）在負(fù)荷較低的樓層盡量不在中間位置設(shè)置機(jī)組，或擺放風(fēng)量較小的模塊。2）本項(xiàng)目的新風(fēng)采用新風(fēng)換氣機(jī)，新風(fēng)換氣機(jī)的排風(fēng)排至室外機(jī)平臺作為室外機(jī)的進(jìn)風(fēng)。3）對上部樓層的室外機(jī)進(jìn)行必要的修正。4）在室外機(jī)招標(biāo)過程中協(xié)助業(yè)主對室外機(jī)性能進(jìn)行把控。

4 新風(fēng)設(shè)計(jì)

在文獻(xiàn)[3、4]中對新風(fēng)的不同方案進(jìn)行了探討，在本建筑的新風(fēng)方案設(shè)計(jì)中主要考慮2 種：采用新風(fēng)換氣機(jī)或采用獨(dú)立的多聯(lián)機(jī)新風(fēng)機(jī)。

根據(jù)計(jì)算每層的新風(fēng)量在3000～4000 m3/h 之間，如果采用獨(dú)立的多聯(lián)機(jī)新風(fēng)機(jī)的方案需要設(shè)置1～2套多聯(lián)機(jī)新風(fēng)系統(tǒng)，需為新風(fēng)單獨(dú)設(shè)置多聯(lián)機(jī)室外機(jī)組。采用新風(fēng)換氣機(jī)的方案每層吊裝一臺新風(fēng)換氣機(jī)，需要解決進(jìn)排風(fēng)百葉問題。

由于室外機(jī)平臺緊張，單獨(dú)為新風(fēng)設(shè)置室外機(jī)組比較困難，最終采用新風(fēng)換氣機(jī)的方案來為室內(nèi)送新風(fēng)。采用新風(fēng)換氣機(jī)可以回收排風(fēng)中的能量達(dá)到節(jié)能的目的。在設(shè)計(jì)中每層新風(fēng)換氣機(jī)的排風(fēng)排至室外機(jī)平臺作為室外機(jī)的進(jìn)風(fēng)，可以優(yōu)化室外機(jī)的工作環(huán)境。

5 結(jié)論

在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，影響因素比較多，通常無法僅僅考慮單個專業(yè)要求，各專業(yè)及業(yè)主之間是一個相互妥協(xié)的過程。設(shè)計(jì)師需要在保證滿足規(guī)范的條件下滿足建筑使用功能的要求。

本項(xiàng)目受制于場地因素，最大的難點(diǎn)在于多聯(lián)機(jī)室外機(jī)位置的確定，包括新風(fēng)系統(tǒng)采取的形式也考慮了多聯(lián)機(jī)室外機(jī)位置的影響。

多聯(lián)機(jī)室外機(jī)每層設(shè)置，不同層的室外機(jī)平臺在平面上的位置相同，導(dǎo)致夏季上部樓層室外機(jī)吸風(fēng)工況較差，在設(shè)計(jì)過程中采用CFD 軟件對室外機(jī)的工況進(jìn)行了分析，根據(jù)模擬結(jié)果對室外機(jī)的擺放進(jìn)行了優(yōu)化，利用新風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)來改善室外機(jī)的吸氣環(huán)境，同時(shí)根據(jù)結(jié)果對多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了必要的修正。