珠海某超高层公寓多联机空调系统设计及分析

胡先芳 周敏锐 雷建平 陈焰华

中信建筑设计研究总院有限公司

1 项目概况

1.1 建筑概况

项目位于珠海市横琴新区，总建筑面积约18.3 万m2，建筑高度约为333m，地下四层（主要为设备用房及车库），地上68 层，其中1 至3 层为配套会展，4 至45 层为甲级写字楼及配套会所，46 至54、56 至68 层为商务公寓，55 层为避难兼设备层。商务公寓均为一层八户（两种户型，其中1、3、5、7 户型套内面积为120 m2，2、4、6、8 户型套内面积140 m2），其中每户有一个设备阳台，位于建筑平面凹槽内，各户平面布置如图1 所示。

图1 商务公寓平面布置图

1.2 空调系统设计参数

珠海市位于北纬21.48°，东经113.03°，夏季室外计算干球温度为33.7 ℃，湿球温度27.5 ℃，东南季风，室外平均风速2.1 m/s，属于夏热冬暖地区，空调系统主要考虑夏季制冷，室内设计温度26 ℃，相对湿度60%，通过负荷计算，各户负荷统计参见表1 所示。

表1 各户冷负荷统计表

2 多联机空调系统设计

2.1 室外机布置方案

分析项目周边能源现状和后期运行管理需求，空调系统采用分户变频多联机空调系统，结合各户平面布置，多联机室外机摆放位置有以下三种方案：

方案一：室外机均布置于各户阳台上（位于凹槽内），如图2 及图3 所示，便于后期运营维护，缺点是由于阳台位于凹槽内，可能会有散热不良造成机组无法开启的风险。

图2 多联机室外机布置平面图

图3 多联机室外机布置立面图

方案二：室外机集中布置于55 层设备层和69 层屋面，没有散热风险，但冷媒管过长，衰减大，且因为机组集中布置，噪音比较大，影响附近楼层的居住舒适性。

方案三：将方案一和方案二进行综合考虑，一部分室外机设置于阳台，另一部分设置于设备层和屋面。

1 号房朝向西南侧且两面玻璃幕墙，属于最不利户型，计算负荷为23.14 kW，采用方案一对1 号房的散热状况进行模拟。

如果采用方案一，从图4 可以看出，因排风热气流贴附效应，下层热气流上升，室外机侧热气流聚集在凹槽内，不能及时散开从而形成了热空气膜，缩短了室外机排风距离，室外机存在气流短路，热气倒吸情况，散热情况随着楼层的增加逐渐恶化。从图5 可以看出，在室外干球温度33.7 ℃的情况下，随着楼层的增高，多联机室外机进风温度逐渐升高，当楼层高于51 层时，进风温度已高于室外机安全运行的极限进风温度50 ℃，此时室外机已不能正常工作[1]。

图4 多联机室外机散热模拟云图

图5 1 号房不同楼层多联机室外进风温度模拟值

如果采用方案二，考虑冷媒管长度衰减，采用就近布置原则，将46～61 层室外机布置在55 层设备层，62～68 层室外机布置在屋面层。55 设备层需布置的室外机总台数为120 台，因设备层外圈面积限制，120 台已超出设备层可布置室外机数量上限（80 台），且最不利冷媒管当量长度为64.2 m，已超过50 m，冷量衰减较大。

综合上述对方案一和方案二的分析，室外机布置采用方案三：46～51 层室外机布置在本层各户的阳台上。52～61 层室外机布置在55 层设备层，室外机总台数为72 台，最不利冷媒管长度为45.2 m。62～68 层室外机布置在大屋面上，室外机总台数为56 台，最不利冷媒管长度为46.6 m。多联机室外机布置详表2 所示。

表2 多联机室外机布置方案

2.2 冷媒管、凝结水管及配电系统方案

1）46～51 层室外机布置在本层各户的阳台上，冷媒管就近接至户内室内机，各户阳台上设置冷凝水集中排放立管，空调室外机、室内机为单独回路配电，用电取自户内配电箱；

2）52～61 层室外机集中布置在55 层设备层，各户阳台上设置冷凝水集中排放立管，各户冷媒管通过设置在核心筒内的冷媒管井集中布置，按照距离最短原则分别接至55 层对应的室外机。空调室外机、室内机为单独回路配电，用电均取自各户配电箱，室外机配电线和控制线分别通过设置在核心筒内的强弱电井接至户内，为防止外界因素对弱电控制线路产生干扰，控制线采用屏蔽材料进行包裹。在后期安装的过程中，应按照各户门牌号对室外机、冷媒管、供配电线路、控制线路进行编号，以防止在安装过程中室内外机匹配错误，并便于后期检修。

3）62～68 层室外机布置在大屋面上，冷媒管、凝结水管及配电系统同52～61 层。

综上可知，项目多联机空调系统用电均取自各户户内配电箱，用电计量到户，不存在费用分摊问题，便于后期运维管理。

3 新风系统设计

项目外立面均为玻璃幕墙，为保证外立面效果，且避免新排风短路，新风取风点设置于55 层设备层和屋面，采用集中+分散的新风送风模式。集中新风由设置在55 层设备层和屋面的组合式新风处理机组（带初中效过滤段）集中处理后，通过核心筒内的新风竖井送至各楼层电梯厅，电梯厅与回廊直接相连，新风通过回廊送至各户室内。为保证回廊净高，回廊内不设置新风管。户内新风系统采用小型新风换气机，新风直接取自回廊，排风排至设备平台（阳台凹槽处）。

3.1 集中新风系统设计

各层公共区电梯厅内设置空调系统，设计参数为干球温度27 ℃，相对湿度70%，露点温度20.9 ℃，新风送风参数需保证送风口不结露，最低送风温度应比电梯厅内露点温度高1.5 ℃，即新风最低送风温度为22.4 ℃。将集中新风处理至电梯厅空调设计状态点等焓线，送风参数为：干球23.3 ℃（高于22.4 ℃，新风口外表面不会结露），相对湿度95%，露点温度为22.4 ℃（低于室内设计温度27 ℃，内表面不会结露），焓值67.8 kJ/kg，集中新风处理过程详图见图6 中的W-L过程线。

图6 集中新风经表冷处理过程图

3.2 分散新风系统设计

各户室内设计温度26 ℃，相对湿度60%，采用户式小型新风换气机，新风直接取自回廊，当集中新风经过处理时，各户新风换气机取风温度为公共区设计温度27 ℃（70%），略高于户内设计温度26 ℃，新风取风焓值67.8 kJ/kg，高于户内设计焓值58.8 kJ/kg，对不同热回收方式的极限热回收率进行计算，结果详表3，从表中可以看出在设计状态点下，全热回收热回收量远高于显热回收，因此本项目采用全热回收型新风换气机[2]，户内新风处理过程详图6 中的N’-S 过程线。当集中新风不经表冷处理时，户内新风处理过程详图7 中的W-S 过程线。

图7 集中新风不经表冷处理过程图

表3 不同热回收方式极限热回收率

项目选型设备热回收效率不低于55%，新风入口设置静电过滤器，新风机组吊装在设备平台上空（阳台凹槽处）。

3.3 新风系统运行与计量方案

从表3 可以看出，当公共区（回廊和电梯厅）空调开启时，集中新风经表冷器处理后送至公共区，此时户内新风换气机极限热回收率（理论值）为30.8%，考虑换热损失和机器漏风，实际热回收率约为20%（图6中N’-S 处理过程）左右，回收量过小，扣除热交换器送、排风机自身功耗，并不节能[3-4]，因此新风换气机运行方式如下：

1）制冷季公共区空调开启，集中新风经过表冷处理时，户内新风换气机送风侧采用旁通直接送至室内，排风侧风机关闭，送排风不进行热交换。各户通过设置于卫生间的排气扇进行排风，维持风量平衡。

2）制冷季公共区空调不运行，集中新风未经过表冷处理时，户内新风换气机送、排风侧风机均开启，送排风进行热交换，新风经热回收后送至户内。

3）过渡季节，室外新风温度及焓值低于室内，集中新风不经过表冷处理，直接送至公共区，此时户内新风换气机运行方式同。

分散新风系统（新风换气机）配电取自各户室内配电箱，单独回路，分户计量，不存在能耗分摊问题。集中新风系统耗能按照总量计量、面积分摊的原则进行收费，可计入物业管理费集中收取。

4 空调设备的消声与隔振

4.1 多联机室外机消声与隔振

46-51 层多联机室外机布置在各户设备阳台上，设备与槽钢基础之间设置橡胶减振垫，外机靠室内侧（背部）设置消音格栅，室外机顶部采用阻抗复合型消音导风筒。

52-61 层多联机室外机集中布置在避难兼设备层外圈，室外机布置区同避难区之间采用墙体进行分隔，地面采用浮筑楼板，室外机顶部采用阻抗复合型消音导风筒。

62-68 层多联机室外机集中布置在屋面上，室外机顶部设置消音导风筒，室外机布置区四周采用消音屏障进行隔声处理，消音屏障顶标高不低于导风筒顶标高[5-6]，地面采用浮筑楼板，设备基础采用槽钢基础。

4.2 新风系统消声与隔振

集中新风系统的组合式新风处理机组布置在设备层和屋顶层的空调机房内，机房地面采用浮筑楼板，机组与混凝土基础之间采用金属弹簧减震器，新风机组进出风管设置双级消声器，消声器靠机房隔墙安装，空调机房外墙内贴吸音棉（采用穿孔板进行保护），厚度不小于80 mm，做法详图8。

图8 吸音墙面做法

分散新风系统的新风换气机吊装在各户设备阳台上，采用金属弹簧减震吊架，新风换气机外贴消音棉（做法详图9 所示），采用无刷直流电机，送风管上设置孔板消声器。

图9 新风机外贴消声棉做法

5 结语

随着多联机空调技术的不断发展和进步，多联机+新风系统这种空调形式在高层建筑中得到日益广泛的应用,并逐渐改变了高层建筑的空调设计方式问题。本文结合某超高层公寓多联机+新风系统设计，分别从室外机布置方案、冷媒及配电系统方案、新风系统方案、隔振及降噪方案出发，对该系统的设计及设计中应注意的问题进行了深入探讨，可为同类项目设计提供一定借鉴和参考。