叶 丰 温州设计集团有限公司高级工程师

在以分层、分单元产权或出租为主的办公建筑中，各小业主工作时间、使用习惯等差异较大，对空调使用的需求也各不相同。多联式空调系统具有使用灵活、设备紧凑、安装维护简便以及可分区独立控制和计费等特点，所以在个性化使用要求较高的办公建筑中的应用越来越普遍。同时，针对某些分阶段投用的办公建筑，可以根据现场情况分期、分批、逐层安装，且不影响其他楼层空调的使用，同时缓解项目资金压力。

对于超高层建筑，需要考虑空调区域划分、冷媒管长度衰减、室内外机最大高低差等众多要素，合理布置多联式空调室外机位置，既能保证建筑外立面的美观协调，又能确保空调效果。

1 空调系统设置

进深不大、窗户面积较小的办公空间，室内热环境差别不大。当房间进深较大（＞9 m）、窗户面积大时，在周边区全年空调负荷受室外气候、日射和冬季窗面下降冷气流等影响下，需要在夏季供冷、冬季供热，春秋过渡季可以减小供冷量或供热量。而内区受室外气候和日射影响较小，设备照明和人体散热等常年稳定的散热，需要全年供冷[1]。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012 7.3.2条的要求：进深较大的开敞式办公用房，内外区负荷特性相差很大，宜分别设置空调风系统[2]。

当建筑物无明显的内区时，可根据产权或使用区域划分多联式空调系统，此时，同一系统内为同时制冷或制热。当房间进深较大时，需按内、外区分设多联式空调系统或采用热回收型（自由冷暖）多联机系统，以满足同时制冷、制热的需求。

2 风冷式外机设置

风冷多联式空调系统施工、运维便利，在超高层建筑的应用中，难点在于室外机的布置。超高层建筑中室外机通常为分层设置或就近集中设置于避难层、裙房及主楼屋面。分层布置较多应用于超高层住宅和公寓，受限于立面及楼层自下而上的气流干扰，较少应用于超高层办公建筑。以下着重探讨外机在避难层的布置。

2.1 避难层布置要点

按照现行防火规范，两个避难层之间的高度不宜＞50 m。参考主流品牌多联机室内外机间最大高度差大致为50～70 m（外机在上）、40 m（外机在下）。按上述数据，室外机就近布置于服务楼层上、下避难层时完全满足最大高度差要求。

考虑避难区自然通风要求及设备用房的布置，室外机通常会双排集中布置，参考布置如图1、2所示。为保证散热效果，室外机侧百叶开口率需大于75%。

2.2 CFD模拟分析

按图1平面布置，利用CFD模拟软件Airpak进行数值模拟。设定当地夏季室外空调计算温度为33.8 ℃，室外平均风速2.0 m/s。随着建筑高度升高，空气温度下降及风速上升。分别按第一避难层（高度50 m，33.8 ℃，2.7 m/s）和第三避难层（高度150 m，33.2 ℃，3.5 m/s）进行模拟，模拟结果如图3、图4所示。

图1 避难层空调外机布置图

图2 空调外机剖面

图3 迎风面外机温度模拟（左：第一避难层，右：第三避难层）

图4 非迎风面外机温度模拟（左：第一避难层，右：第三避难层）

在4种模拟工况中，进风温度最高为第三避难层迎风面处外机，此时进风平均温度（约42.7 ℃）仍满足多联机外机最高进风温度要求。

如图3所示，当外机处立面为迎风面时，进风温度明显高于非迎风面，且随着高度升高，风速上升、进风温度升高。

如图4所示，当外机处立面为非迎风面时，随着高度升高，进风温度降低。综上所述，当条件许可时，室外机应避免迎风布置。

3 水冷式外机设置

当建筑立面不能接受风冷室外机所必需的百叶时，可设置水冷多联空调系统。该系统通过水循环系统换热，无需考虑散热排风需求，确保建筑物外立面和谐美观。夏季由冷却塔散热，冬季建筑物内发热量不能满足外区需热量时，采用燃气锅炉、市政热源等向系统补充热量。

当条件许可时，也可以采用土壤源、地下水及地表水等可再生能源为系统补冷补热。相对风冷系统，其不受室外气候限制，运行稳定。同时，同一建筑内多套多联机系统并联，共用换热水系统，在过渡季节或其他内外分区明显的区域，系统可在水侧完成热回收，实现整体节能效果。

3.1 水冷多联系统设计要点

水冷多联外机可放置于建筑内区，并能上下重叠摆放，有效节省机组占地面积。为尽可能缩短多联机系统管长，外机首选设于服务楼层的空调机房内，当服务楼层无设置辅助用房条件时，外机亦可集中设置于避难层设备用房内。

水冷多联空调系统冷媒侧设计同风冷系统，一样其设计难度主要在于水侧，对应风冷主机，水冷机每个模块内置板式或套管式换热器，建议水系统采用闭式循环，散热采用闭式冷却塔或开式冷却塔加换热机组。

根据某主流品牌水冷多联式空调机组技术手册，制冷制热正常连续运转进水温度范围为15～45 ℃。此时外机制冷效率（cop）随进水温度降低而升高，制热效率（EER）随进水温度升高而升高。通常浙江地区开式冷却塔供回水温度设定在32 ℃/37 ℃。如按最小换热温差1.5 ℃选择板换,则一次板换热后供回水温度33.5 ℃/38.5 ℃。为提高制热效率，冬季补热一次，换热后供回水温度取值45 ℃/40 ℃。根据技术手册，设置冷工况室内温度为24 ℃、制热工况室内温度20 ℃，对应以上一次换热后供回水温度，以10 HP外机为例，cop为4.36、EER为8.75。考虑水侧承压，二次板换设置于第二避难层（约100 m高度），假设二次换热后供回水温度分别为35℃/40℃、40℃/35℃，则对应cop为4.18、EER为8.51。

根据空调逐时负荷统计数据、水侧供回水温度及水冷外机的COP、EER值，进行冷却塔、锅炉、热交换器及冷（热）水泵选型。当采用土壤源等补冷、补热时，需进行全年负荷计算。

3.2 水系统设计

水系统建议同程设置，采用一次泵变水量系统，水泵采用台数控制和变频调节相结合，以减少运行能耗，但需要保证水冷外机最小流量要求。水冷外机进水管上设有电动二通阀与机组联锁，为了保证水冷外机的水流量恒定，建议在外机每个模块出水管上设置定流量阀门，提高系统输送效率。配管大样如图5所示。

图5 水源多联式空调模块配管大样

4 结语

设计应重视冬季内、外区同时存在的冷、热负荷，实现热量回收，提高系统的节能性。结合多联机产品特性，设计合理的冷媒管长度，同时应满足内、外机高度差的要求。当采用风冷多联系统，在满足建筑立面美观性的同时，需注意室外机的散热环境，避免系统长期运行在低效率区间。当条件许可时，室外机应避免迎风布置。当采用水冷多联系统，水侧系统应考虑承压分区设置并完善水力平衡设计。