某办公建筑多联机空调系统的设计及应用分析

胡晓伟

中信建筑设计研究总院有限公司

0 引言

在工程实践中，多联机空调系统与其它空调系统相比有着较多的优点[1]。其室外机直接设置于室外，可以节省机房面积。在施工过程中，多联机系统管径较小，节省了建筑空间，其系统安装方便快捷。多联机系统是一个高度集成的系统，其控制方便，用户可以直接利用控制器进行操作。可根据室内机开启数量调整室外机出力，在部分负荷运行时有良好的节能性。

在拥有较多优点的同时，多联机系统在设计使用过程中也有着众多的难点[2]：多联机系统室外机在建筑中位置的确定、多联机系统的划分，多联机系统修正、建筑内的新风方案问题。这些问题都会影响多联机系统在建筑内的使用。本文将对武汉市内一栋办公建筑的多联机系统的设计情况来对室外机位置、建筑室内新风进行探讨。

1 工程情况介绍

本工程为位于武汉市汉口的一栋办公建筑，地下共3 层，地上共24 层，其规划用地面积5360 m2。地上主要为办公房间，地上总建筑面积31020 m2，其标准办公层单层建筑面积1314 m2，根据业主使用特点，本建筑以后在使用过程中有较多的夜间加班情况发生。

2 空调方案的选择

在设计之初暖通专业考虑了两种方案，方案1 采用冷水机组+锅炉的方式，方案2 则采用变频多联机系统。

方案1 需要在地下室设置制冷机房和锅炉房，另外室外需要设置冷却塔。方案2 室外机直接设置于室外。考虑到本项目的地块面积较小，地下室业主的车位数量比较紧张，同时方案一室外冷却塔对整体建筑效果影响较大，经过综合业主和各设计专业的意见最终采用变频多联机系统。

3 多联机室外机位置的确定

3.1 室外机方案分析

根据建筑平面，多联机室外机的布置有三种方案：a.设置于室外，b.每层设置，c.集中设置于屋顶。由于建筑总高度接近100 m，只将室外机设置于室外或者屋顶的做法超过了多联机室外机与室内机高差的要求，因此单独将室外机布置于室内或屋顶无法解决整栋楼的空调室外机。

在与业主沟通过程中，业主希望以后屋面承担部分员工的娱乐功能，同时24 层为重要功能房间，多联机的室外机设置于屋面对24 层会有一定影响。另外建筑专业为了保证建筑功能整体的美观性，也希望室外机不设置于地面。最终方案选择在每层设置室外机平台。

在工作楼层设置室外机平台的方式也有多种做法，可以在每层的同一位置设置平台，可以将几层的室外机集中设置于某一层，也可以在不同层的不同位置设置室外机平台。在设计过程中考虑到可能存在上下层室外机串风的风险希望在楼层的不同位置设置室外机平台，室外机平台位置希望如图1 一样在楼层的不同地点。但建筑专业认为室外机平台位置不统一破坏立面，同时业主认为在不同位置设置平台部分室内空间没有得到有效利用。最终选择方案还是在不同楼层的同一位置设置平台。

图1 标准层建筑平面

在楼层同一位置设置室外机平台方案确定后，需要解决两个问题，一是室外机的进排风保证顺畅，另一个是上部楼层的进风温度不能超过室外机的进风要求。

3.2 室外机平台通风风速

对于第一个问题通过计算可以进行校核，本建筑标准层层高4 m，根据幕墙立面图扣除梁及建筑造型遮挡百叶可开启高度2.95 m，最终计算结果见表1（开孔率80%）。

表1 室外机通风风速校核表

在设计中最大的单模块机组为16 匹，风量为13980 m3/h，百叶开口有效系数为0.8，最终计算得到进风百叶的风速最大为1.42 m/s，满足进风速度小于1.6 m/s 要求，排风最大风速为6.93 m/s，在5～8 m/s 之间。

3.3 室外机通风气流模拟

对于室外机平台设置于不同楼层的同一位置产生的第二个问题在设计中利用气流模拟软件进行解析。根据文献[3]的要求需要尽可能的保证多联机室外机的进风温度及通风速度要求。

在当时模拟计算过程中由于具体设计还未深入，室外机单个模块均按照最大16 匹进行计算，室外机的摆放按照每个幕墙分隔均对应一台室外机的最不利情形考虑。室外机的摆放方式见图2，室外机的排风采用导风筒接至排风百叶。

图2 室外机平台室外机位置

图3 室外机室外温度分布断面图

最终的计算结果详图3～6。根据计算结果图3 及图4 可以看出越到上部室外机的吸气温度越高，在18层已经存在串风的情况，在24 层吸气环境最为恶劣。根据图5 可以看出到24 层时除了位于中间位置的室外机模块（机组3）外，其余室外机模块的温度均在45 ℃以下。中间位置室外机模块的工况最恶劣，达到了48.28 ℃。根据图6 可以看出室外机模块的风速都能满足要求。

图4 各楼层不同位置室外机进风温度线图

图5 24 层室外机环境温度分布断面图

图6 标准楼层室外机环境风速断面图

为了降低机组3 的进风温度过高的影响，根据气流模拟的计算结果在设计中进行了适当的调整：1）在负荷较低的楼层尽量不在中间位置设置机组，或摆放风量较小的模块。2）本项目的新风采用新风换气机，新风换气机的排风排至室外机平台作为室外机的进风。3）对上部楼层的室外机进行必要的修正。4）在室外机招标过程中协助业主对室外机性能进行把控。

4 新风设计

在文献[3、4]中对新风的不同方案进行了探讨，在本建筑的新风方案设计中主要考虑2 种：采用新风换气机或采用独立的多联机新风机。

根据计算每层的新风量在3000～4000 m3/h 之间，如果采用独立的多联机新风机的方案需要设置1～2套多联机新风系统，需为新风单独设置多联机室外机组。采用新风换气机的方案每层吊装一台新风换气机，需要解决进排风百叶问题。

由于室外机平台紧张，单独为新风设置室外机组比较困难，最终采用新风换气机的方案来为室内送新风。采用新风换气机可以回收排风中的能量达到节能的目的。在设计中每层新风换气机的排风排至室外机平台作为室外机的进风，可以优化室外机的工作环境。

5 结论

在项目的设计过程中，影响因素比较多，通常无法仅仅考虑单个专业要求，各专业及业主之间是一个相互妥协的过程。设计师需要在保证满足规范的条件下满足建筑使用功能的要求。

本项目受制于场地因素，最大的难点在于多联机室外机位置的确定，包括新风系统采取的形式也考虑了多联机室外机位置的影响。

多联机室外机每层设置，不同层的室外机平台在平面上的位置相同，导致夏季上部楼层室外机吸风工况较差，在设计过程中采用CFD 软件对室外机的工况进行了分析，根据模拟结果对室外机的摆放进行了优化，利用新风系统的排风来改善室外机的吸气环境，同时根据结果对多联机系统进行了必要的修正。