直膨式空调在大学公共建筑中的应用效果

郭清莉

(上海华东发展城建设计(集团)有限公司,上海 200000)

随着直膨技术的发展与模块化及智慧校园的运用,高校类建筑对于独立计量及能耗监测的要求越来越单体化。直膨机可以其分层、分空间单独设置,内外机可单独计量,内机型式多样,可较好地应用于高效类建筑中。

本项目位于上海市浦东新区,总建筑面积78.7万m2,一期总建筑面积42.5万m2。除宿舍外的公建区域以多层建筑为主,层高在5 m之内,吊顶在4 m以下,多联机内机基本以四面出风嵌入式为主,外机均设置在屋面,新风机选择单元式新风机,每层独立,新风机内机设置在本层新风机房内,外机设置在屋面。其中图书馆为二标段的标志性建筑, 地上16层,地下1层,地上建筑面积36 142.75 m2,地下建筑面积6904.19 m2,建筑高度94.58 m。地下车库由于人防兼汽车库、地下书库、地下车库连廊、设备用房等,已无空间设置冷站及锅炉房,地上由于景观及消防通道主路等,无绿化区域设置一站式机组或风冷热泵等,女儿墙高度3 m左右,由于是二标段标志性建筑,只能设置净高2.8 m以内的空调外机等,无条件设置冷却塔,故单体建筑空调均以直膨式机组为主[1]。

1 空调室内机形式的选择

一层挑空485座报告厅,净高7.5 m,三层小屋面由于绿化要求,无较大空间设置屋顶式空调,只有角落卫生间外墙处可设置少量多联机外机,挑空报告厅辅房上空有5.4 m高设备层,故选择多联机空调形式,内机选择大空间风管式,静压500 Pa,足够带动末端旋流风口,机器前后设置消声器,可满足报告厅噪声要求。挑空中庭在疏散层设置中静压风管式机器侧双层百叶送风,下单层百叶回风,对边长度小于10 m,满足射程要求。其余阅览室、办公室等石膏板吊顶低均小于4 m,选用四面出风嵌入式。新风机选择单元式新风机,报告厅单独设,挑空中庭和连通阅览室合用一台新风机,新风机内机设置在本层新风机房内,新风管进出口均设置消声器,机房做吸声处理,报告厅新风机外机随报告厅多联机外机设置在三层小屋面,其余新风机外机均设置在本层设备平台。1～16层弱电间位置上下对应,每层弱电间内均设置机柜,散热量较大,极端天气通风无法满足设备散热需求,因此弱电间设置单冷型多联机,内机选择挂壁式,1～8层弱电间共用1个室外机,外机设置在8层设备平台,8～16层弱电间共用1个室外机,外机设置在机房层。

2 空调室外机位置摆放

由于多联机系统的特性,未进行核算的情况下,系统冷媒管等效长度不宜超过70 m,高差不宜大于30 m。图书馆服务高度94.58 m,且占地面积偏小,屋面被加压送风机房、排烟机房和水箱间、屋顶绿化等占了一定的面积,无法满足整栋楼的直膨机外机放置要求,因此每层的室外机优先设置在本层设备平台或相邻层的设备平台上,如图1,设备平台空间不够的部分,机房层补充。

图1 冷媒管系统Fig.1 Refrigerant pipe system

每层层高5.4 m,多联机外机+基础高度接近1.9 m,建筑为16层,每层均设置设备平台,有些设备平台是上下层对应关系,多联机外机大匹数的为上出风下进风,因此下层外机的热气有可能和上层的外机进风短路,16层的设备平台进排风情况比较复杂,为了保证多联机系统的正常运行,应进行气流模拟分析。

2.1 计算条件

解析对象:1～16 F 三大块设备平台室外机,夏季室外温度34.4 ℃,百叶参数开口率70%,角度0°,宽度1.95 m,高度5.4 m。部分外机组合模块分开摆放,排风加导流风帽,导流风帽风管变径。

考虑到百叶宽度较小,36 HP以上室外机中组合模块整体长度在2.5 m以上,故36 HP以上室外机采取分开摆放,减少导流风帽的渐缩管段,防止产生噪音。为控制排风风速在6～9 m/s,减小噪音,排风口厚度设定为600 mm。右下角外机平台只考虑与外机相邻的百叶影响,其他百叶预留给其他设备。

设备平台布置以五层为例,如图2、图3、图4、图5、图6。

图2 5F外机平台平面图Fig.2 5F external engine platform plan

图3 左上角外机平台平面图Fig.3 Top left external platform plan

图4 右上角外机平台平面图Fig.4 Top right external platform plan

图5 右下角外机平台平面图Fig.5 Lower right external platform plan

图6 外机导流风帽立面图Fig.6 Exterior diversion hood elevation

解析模拟见图7、图8、图9。

图7 左上角外机平台模型Fig.7 Top left outside platform model

图8 右上角外机平台模型Fig.8 Top right external platform model

图9 右下角外机平台模型Fig.9 Lower right outside machine platform model

平台分层摆放室外机的吸风温度见图10。

图10 吸风温度Fig.10 Suction temperature

设备平台室外机吸风温度及速度平面图如图11、图12、图13。

图11 左上角外机平台温度、速度平面图Fig.11 Temperature and velocity diagram of top left outside machine platform

图12 右上角外机平台温度、速度平面图Fig.12 Temperature and velocity diagram of top right outside machine platform

图13 右下角外机平台温度、速度平面图Fig.13 Temperature and velocity diagram of lower right outside machine platform

2.2 解析结果

在外机设备平台摆放条件下,忽略室外风速等对解析结果的影响,三大块设备平台的最高吸风温度为41.1 ℃,未超过室外机模块吸风温度54 ℃ 的极限,故按照气流解析的外机散热条件,设备平台摆放的室外机发生气流短路的可能较小(气流短路是指室外机本身排出的热风被自身或其他室外机吸回掉,致使室外机回风温度超过周围环境温度乃至回风极限温度[2])。例如,制冷运转时,室外机吹出的热风被其或其他室外机回吸,以致室外机回吸了超过正常吸风温度范围的热风,导致制冷效果不好或运转停止。

经计算,此种外机摆放方式满足散热要求,内外机距离高差等均能满足要求。由于内外机高差较小,等效管长均控制在70 m之内,因此系统损耗较小,效率较高。

3 设计配合

由于每层均设置设备平台,且设备平台外立面根据设备运行的经验有一些特殊要求,设备技术对于外立面的要求是不能用防雨百叶、穿孔铝板等,开孔率要≥70%,角度小于20°[3]。

根据技术资料的总结及本项目的特点,选用70%开孔率、没有角度的竖百叶,根据产品特点及气流模拟分析,其可以很好地散热,满足室外机的运行要求。根据建筑方案,由于上下对称,外立面比较规整,外观上虽然近距离能观测到室外机,但也是美观性及适用性的一个平衡,对于这个单体特点来说,是一种很好的互相协调效果[4]。