珠海某超高層公寓多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及分析

胡先芳 周敏銳 雷建平 陳焰華

中信建筑設(shè)計研究總院有限公司

1 項目概況

1.1 建筑概況

項目位于珠海市橫琴新區(qū)，總建筑面積約18.3 萬m2，建筑高度約為333m，地下四層（主要為設(shè)備用房及車庫），地上68 層，其中1 至3 層為配套會展，4 至45 層為甲級寫字樓及配套會所，46 至54、56 至68 層為商務(wù)公寓，55 層為避難兼設(shè)備層。商務(wù)公寓均為一層八戶（兩種戶型，其中1、3、5、7 戶型套內(nèi)面積為120 m2，2、4、6、8 戶型套內(nèi)面積140 m2），其中每戶有一個設(shè)備陽臺，位于建筑平面凹槽內(nèi)，各戶平面布置如圖1 所示。

圖1 商務(wù)公寓平面布置圖

1.2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

珠海市位于北緯21.48°，東經(jīng)113.03°，夏季室外計算干球溫度為33.7 ℃，濕球溫度27.5 ℃，東南季風，室外平均風速2.1 m/s，屬于夏熱冬暖地區(qū)，空調(diào)系統(tǒng)主要考慮夏季制冷，室內(nèi)設(shè)計溫度26 ℃，相對濕度60%，通過負荷計算，各戶負荷統(tǒng)計參見表1 所示。

表1 各戶冷負荷統(tǒng)計表

2 多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 室外機布置方案

分析項目周邊能源現(xiàn)狀和后期運行管理需求，空調(diào)系統(tǒng)采用分戶變頻多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)，結(jié)合各戶平面布置，多聯(lián)機室外機擺放位置有以下三種方案：

方案一：室外機均布置于各戶陽臺上（位于凹槽內(nèi)），如圖2 及圖3 所示，便于后期運營維護，缺點是由于陽臺位于凹槽內(nèi)，可能會有散熱不良造成機組無法開啟的風險。

圖2 多聯(lián)機室外機布置平面圖

圖3 多聯(lián)機室外機布置立面圖

方案二：室外機集中布置于55 層設(shè)備層和69 層屋面，沒有散熱風險，但冷媒管過長，衰減大，且因為機組集中布置，噪音比較大，影響附近樓層的居住舒適性。

方案三：將方案一和方案二進行綜合考慮，一部分室外機設(shè)置于陽臺，另一部分設(shè)置于設(shè)備層和屋面。

1 號房朝向西南側(cè)且兩面玻璃幕墻，屬于最不利戶型，計算負荷為23.14 kW，采用方案一對1 號房的散熱狀況進行模擬。

如果采用方案一，從圖4 可以看出，因排風熱氣流貼附效應(yīng)，下層熱氣流上升，室外機側(cè)熱氣流聚集在凹槽內(nèi)，不能及時散開從而形成了熱空氣膜，縮短了室外機排風距離，室外機存在氣流短路，熱氣倒吸情況，散熱情況隨著樓層的增加逐漸惡化。從圖5 可以看出，在室外干球溫度33.7 ℃的情況下，隨著樓層的增高，多聯(lián)機室外機進風溫度逐漸升高，當樓層高于51 層時，進風溫度已高于室外機安全運行的極限進風溫度50 ℃，此時室外機已不能正常工作[1]。

圖4 多聯(lián)機室外機散熱模擬云圖

圖5 1 號房不同樓層多聯(lián)機室外進風溫度模擬值

如果采用方案二，考慮冷媒管長度衰減，采用就近布置原則，將46～61 層室外機布置在55 層設(shè)備層，62～68 層室外機布置在屋面層。55 設(shè)備層需布置的室外機總臺數(shù)為120 臺，因設(shè)備層外圈面積限制，120 臺已超出設(shè)備層可布置室外機數(shù)量上限（80 臺），且最不利冷媒管當量長度為64.2 m，已超過50 m，冷量衰減較大。

綜合上述對方案一和方案二的分析，室外機布置采用方案三：46～51 層室外機布置在本層各戶的陽臺上。52～61 層室外機布置在55 層設(shè)備層，室外機總臺數(shù)為72 臺，最不利冷媒管長度為45.2 m。62～68 層室外機布置在大屋面上，室外機總臺數(shù)為56 臺，最不利冷媒管長度為46.6 m。多聯(lián)機室外機布置詳表2 所示。

表2 多聯(lián)機室外機布置方案

2.2 冷媒管、凝結(jié)水管及配電系統(tǒng)方案

1）46～51 層室外機布置在本層各戶的陽臺上，冷媒管就近接至戶內(nèi)室內(nèi)機，各戶陽臺上設(shè)置冷凝水集中排放立管，空調(diào)室外機、室內(nèi)機為單獨回路配電，用電取自戶內(nèi)配電箱；

2）52～61 層室外機集中布置在55 層設(shè)備層，各戶陽臺上設(shè)置冷凝水集中排放立管，各戶冷媒管通過設(shè)置在核心筒內(nèi)的冷媒管井集中布置，按照距離最短原則分別接至55 層對應(yīng)的室外機?？照{(diào)室外機、室內(nèi)機為單獨回路配電，用電均取自各戶配電箱，室外機配電線和控制線分別通過設(shè)置在核心筒內(nèi)的強弱電井接至戶內(nèi)，為防止外界因素對弱電控制線路產(chǎn)生干擾，控制線采用屏蔽材料進行包裹。在后期安裝的過程中，應(yīng)按照各戶門牌號對室外機、冷媒管、供配電線路、控制線路進行編號，以防止在安裝過程中室內(nèi)外機匹配錯誤，并便于后期檢修。

3）62～68 層室外機布置在大屋面上，冷媒管、凝結(jié)水管及配電系統(tǒng)同52～61 層。

綜上可知，項目多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)用電均取自各戶戶內(nèi)配電箱，用電計量到戶，不存在費用分攤問題，便于后期運維管理。

3 新風系統(tǒng)設(shè)計

項目外立面均為玻璃幕墻，為保證外立面效果，且避免新排風短路，新風取風點設(shè)置于55 層設(shè)備層和屋面，采用集中+分散的新風送風模式。集中新風由設(shè)置在55 層設(shè)備層和屋面的組合式新風處理機組（帶初中效過濾段）集中處理后，通過核心筒內(nèi)的新風豎井送至各樓層電梯廳，電梯廳與回廊直接相連，新風通過回廊送至各戶室內(nèi)。為保證回廊凈高，回廊內(nèi)不設(shè)置新風管。戶內(nèi)新風系統(tǒng)采用小型新風換氣機，新風直接取自回廊，排風排至設(shè)備平臺（陽臺凹槽處）。

3.1 集中新風系統(tǒng)設(shè)計

各層公共區(qū)電梯廳內(nèi)設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)計參數(shù)為干球溫度27 ℃，相對濕度70%，露點溫度20.9 ℃，新風送風參數(shù)需保證送風口不結(jié)露，最低送風溫度應(yīng)比電梯廳內(nèi)露點溫度高1.5 ℃，即新風最低送風溫度為22.4 ℃。將集中新風處理至電梯廳空調(diào)設(shè)計狀態(tài)點等焓線，送風參數(shù)為：干球23.3 ℃（高于22.4 ℃，新風口外表面不會結(jié)露），相對濕度95%，露點溫度為22.4 ℃（低于室內(nèi)設(shè)計溫度27 ℃，內(nèi)表面不會結(jié)露），焓值67.8 kJ/kg，集中新風處理過程詳圖見圖6 中的W-L過程線。

圖6 集中新風經(jīng)表冷處理過程圖

3.2 分散新風系統(tǒng)設(shè)計

各戶室內(nèi)設(shè)計溫度26 ℃，相對濕度60%，采用戶式小型新風換氣機，新風直接取自回廊，當集中新風經(jīng)過處理時，各戶新風換氣機取風溫度為公共區(qū)設(shè)計溫度27 ℃（70%），略高于戶內(nèi)設(shè)計溫度26 ℃，新風取風焓值67.8 kJ/kg，高于戶內(nèi)設(shè)計焓值58.8 kJ/kg，對不同熱回收方式的極限熱回收率進行計算，結(jié)果詳表3，從表中可以看出在設(shè)計狀態(tài)點下，全熱回收熱回收量遠高于顯熱回收，因此本項目采用全熱回收型新風換氣機[2]，戶內(nèi)新風處理過程詳圖6 中的N’-S 過程線。當集中新風不經(jīng)表冷處理時，戶內(nèi)新風處理過程詳圖7 中的W-S 過程線。

圖7 集中新風不經(jīng)表冷處理過程圖

表3 不同熱回收方式極限熱回收率

項目選型設(shè)備熱回收效率不低于55%，新風入口設(shè)置靜電過濾器，新風機組吊裝在設(shè)備平臺上空（陽臺凹槽處）。

3.3 新風系統(tǒng)運行與計量方案

從表3 可以看出，當公共區(qū)（回廊和電梯廳）空調(diào)開啟時，集中新風經(jīng)表冷器處理后送至公共區(qū)，此時戶內(nèi)新風換氣機極限熱回收率（理論值）為30.8%，考慮換熱損失和機器漏風，實際熱回收率約為20%（圖6中N’-S 處理過程）左右，回收量過小，扣除熱交換器送、排風機自身功耗，并不節(jié)能[3-4]，因此新風換氣機運行方式如下：

1）制冷季公共區(qū)空調(diào)開啟，集中新風經(jīng)過表冷處理時，戶內(nèi)新風換氣機送風側(cè)采用旁通直接送至室內(nèi)，排風側(cè)風機關(guān)閉，送排風不進行熱交換。各戶通過設(shè)置于衛(wèi)生間的排氣扇進行排風，維持風量平衡。

2）制冷季公共區(qū)空調(diào)不運行，集中新風未經(jīng)過表冷處理時，戶內(nèi)新風換氣機送、排風側(cè)風機均開啟，送排風進行熱交換，新風經(jīng)熱回收后送至戶內(nèi)。

3）過渡季節(jié)，室外新風溫度及焓值低于室內(nèi)，集中新風不經(jīng)過表冷處理，直接送至公共區(qū)，此時戶內(nèi)新風換氣機運行方式同。

分散新風系統(tǒng)（新風換氣機）配電取自各戶室內(nèi)配電箱，單獨回路，分戶計量，不存在能耗分攤問題。集中新風系統(tǒng)耗能按照總量計量、面積分攤的原則進行收費，可計入物業(yè)管理費集中收取。

4 空調(diào)設(shè)備的消聲與隔振

4.1 多聯(lián)機室外機消聲與隔振

46-51 層多聯(lián)機室外機布置在各戶設(shè)備陽臺上，設(shè)備與槽鋼基礎(chǔ)之間設(shè)置橡膠減振墊，外機靠室內(nèi)側(cè)（背部）設(shè)置消音格柵，室外機頂部采用阻抗復(fù)合型消音導(dǎo)風筒。

52-61 層多聯(lián)機室外機集中布置在避難兼設(shè)備層外圈，室外機布置區(qū)同避難區(qū)之間采用墻體進行分隔，地面采用浮筑樓板，室外機頂部采用阻抗復(fù)合型消音導(dǎo)風筒。

62-68 層多聯(lián)機室外機集中布置在屋面上，室外機頂部設(shè)置消音導(dǎo)風筒，室外機布置區(qū)四周采用消音屏障進行隔聲處理，消音屏障頂標高不低于導(dǎo)風筒頂標高[5-6]，地面采用浮筑樓板，設(shè)備基礎(chǔ)采用槽鋼基礎(chǔ)。

4.2 新風系統(tǒng)消聲與隔振

集中新風系統(tǒng)的組合式新風處理機組布置在設(shè)備層和屋頂層的空調(diào)機房內(nèi)，機房地面采用浮筑樓板，機組與混凝土基礎(chǔ)之間采用金屬彈簧減震器，新風機組進出風管設(shè)置雙級消聲器，消聲器靠機房隔墻安裝，空調(diào)機房外墻內(nèi)貼吸音棉（采用穿孔板進行保護），厚度不小于80 mm，做法詳圖8。

圖8 吸音墻面做法

分散新風系統(tǒng)的新風換氣機吊裝在各戶設(shè)備陽臺上，采用金屬彈簧減震吊架，新風換氣機外貼消音棉（做法詳圖9 所示），采用無刷直流電機，送風管上設(shè)置孔板消聲器。

圖9 新風機外貼消聲棉做法

5 結(jié)語

隨著多聯(lián)機空調(diào)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，多聯(lián)機+新風系統(tǒng)這種空調(diào)形式在高層建筑中得到日益廣泛的應(yīng)用,并逐漸改變了高層建筑的空調(diào)設(shè)計方式問題。本文結(jié)合某超高層公寓多聯(lián)機+新風系統(tǒng)設(shè)計，分別從室外機布置方案、冷媒及配電系統(tǒng)方案、新風系統(tǒng)方案、隔振及降噪方案出發(fā)，對該系統(tǒng)的設(shè)計及設(shè)計中應(yīng)注意的問題進行了深入探討，可為同類項目設(shè)計提供一定借鑒和參考。