引言中国经济从高速增长阶段转向高质量发展阶段，为了提升土地资源配置效率，越来越多的超高层建筑不断涌现，其内部功能日趋复杂多样。多联机空调具有自控程度高、灵活性强等特点，被应用于超高层建筑，以满足不同功能的需求[1]。与常规水系统中央空调相比，多联机外机布置时需要考虑内外机高差、冷媒配管长度衰减等问题，应配合建筑外立面百叶美观度需求[2]。超高层建筑设计时，需要对空调形式进行全方面对比，选取更优的解决方案。以东莞某超高层建筑为例进行空调系统设计分析。1工程概况工程位于广东省东莞市，项目整体由3座超高层塔楼和裙房商业共4部分组成。西北侧超高层塔楼建筑面积20.35万m2，1~7层裙楼为购物中心及办公大堂，属于商业范围，8~51层为办公区域，52~78层为高区办公区域，79~93层为酒店区域；地下１层为设备用房，地下2层为餐厅厨房区域，地下3层为酒店及高区办公大堂。8层、19层、28层、29层、40层、51层、52层、62层、63层、73层、78层为避难层及设备用房。建筑总高度450 m。研究分析范围为西北侧塔楼办公区域（1层~78层）。2负荷计算东莞属夏热冬暖地区，仅考虑夏季供冷情况[3]。室外设计参数[4]如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.003.T001表１室外设计参数参数数值夏季空调计算干球温度34.2夏季空调计算湿球温度27.8夏季通风计算温度31.8℃室内空调设计参数如表2所示。空调负荷计算结果如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.003.T002表2室内空调设计参数项目办公室大堂电梯厅走道卫生间夏季温度/℃2424252525夏季相对湿度/％≤60≤60≤60≤60≤60新风量/[m3/(h·人)]3610101010占有面积/(m2/人)1020205020室内允许噪声级/dB4050505055照明冷负荷估算指标/(W/m2)1511446设备冷负荷估算指标/(W/m2)20550010.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.003.T003表3空调负荷计算结果项目办公低区大堂低区公区高区大堂高区公区空调面积/m211 1532 5465 5944149 194空调冷指标/(W/m2)158232100249100冷负荷/kW1 762591559103919注：公区指电梯厅、走道、卫生间。3空调系统设计方案空调系统应从成本、建筑影响、运维、管理共4个方面分析选择。超高层建筑空调系统主要采用多联机或常规冷水机组，多联机系统具有较高的灵活性，且运维简单易控，但价格相对较高，对建筑外立面的影响大[5]。标准层办公区以六分割为主，每层租售对象后期待定。从管理、维护、招商的灵活性角度考虑，标准层办公区采用风冷多联式空调系统。办公楼标准层平面如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.003.F001图1办公楼标准层平面公区部分包含大堂、电梯厅、走道、卫生间等，总面积较大，但单层公区部分面积小于功能区。冷热源可以采用风冷热泵或风冷式多联机系统。风冷热泵以水为媒介，管长无特殊限制，因此可以将低区风冷热泵放在商业裙房屋面，充分利用建筑上不计容的优势。但在控制方面，水泵与热泵之间需要连锁运行，模块台数较多时，控制方案较为复杂。公区采用模块式风冷热泵时，低区大堂与8层~29层公区需设置18台65 kW单冷模块机，外机可以设在商业裙房非计容屋面，水泵房面积约80 m2，设在8层避难层。高区大堂与30层~61层公区需在41层避难层设置16台65 kW单冷模块机及水泵房，设备占用计容面积约100 m2，水泵房面积约80 m2，总计容面积260 m2，系统含控制总投资约165万元。若公区采用风冷多联机，每2层公区设置1套风冷多联机，外机设在避难层。大堂层根据实际指标计算，外机就近设于避难层。总共预留47套24匹多联机系统，总计容面积约310 m2，价格约145万元。公区需交付到位，涉及分层控制问题。占地面积相差不大的情况下，优先选择价格较低且控制简易的多联机系统。4多联机系统设计4.1室外机布置要点19层避难层建筑平面如图2所示。51层、52层避难层环桁架及伸臂桁架如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.003.F002图219层避难层建筑平面（单位：mm）10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.003.F003图351层、52层避难层环桁架及伸臂桁架办公楼层无室外设备平台，仅在避难层或机房层外幕墙处设置百叶。避难层设于19层、29层、41层、52层、63层、74层，19层、29层、41层、51层、52层、62层、73层设置环桁架及伸臂桁架，影响百叶的可利用面积，对室外机设备的排布具有更高的要求。因此，应在方案阶段确定空调系统的选择，并对设备进行初步排布，以满足设备通风百叶的有效面积需求。为了提供更好的通风散热条件，室外机采用单排布置，百叶通风率不低于80%[6]。以19层避难层为例，可以利用环桁架间隙的三角空间伸出室外机导风罩，避难层或机电层的机电通风百叶接至空余处。需注意外机与环桁架的高度关系，有效利用建筑空间。19层局部多联机外机布置如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.003.F004图419层局部多联机外机布置现行防火规范规定两个避难层之间的高度不宜大于50 m。参考主流品牌多联机室内外机间最大高差，外机在上时，配管长度不应超过70 m；外机在下时，配管长度不应超过40 m[7]。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。4.2CFD模拟分析按照图1的多联机室外机平面布置方案，利用CFD模拟软件Airpak对19层避难层南侧外机进行数值模拟，52层局部多联机室外机布置如图5所示[8]。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.003.F005图552层局部多联机室外机布置选取室外环境温度35 ℃，风速4.2 m/s。19层层高5 m，设备平台百叶为竖百叶，开口率为80%，南面百叶宽度为33.5 m，百叶高度为3.68 m，百叶开口角度为15°。经气流解析软件分析，吸排风温度、吸排风速度、排风温度、回风温度分布如图6~图9所示。室外机排出的热气流均直接排到室外，与外界大气进行良好的热交换，设备平台无热气堆积现象，回风温度接近环境温度，约39 ℃，室外机散热环境良好，可以正常运行。因此，最不利位置19层处布置方案可行。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.003.F006图6吸排风温度分布10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.003.F007图7吸排风速度分布10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.003.F008图8排风温度分布10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.003.F009图9回风温度分布4.3新风系统的设置与多联机适配的新风处理方式主要分为3种[9]：（1）每个办公室内设置全热交换器新风机组。方式1为分散式新风系统，即分层分户设置全热交换器。初投资低，舒适性一般。无须专门设置机房，可分层设置于吊顶内，具有灵活独立的优点。但超高层建筑压头不足，需考虑在避难层设置接力风机。（2）设置热回收式新风机组（板翅式）。方式2以冷热空气的交叉流动换热为原理运行，新风通过板片从较热的一侧传递至较冷的一侧，新排风完全分离。方式2舒适性较佳，初投资相对较低，需在避难层设置新风机房。新风集中处理，可以设置初、中效过滤器，并配置杀菌除味等空气净化装置，可以有效控制室内PM2.5。控制简单，智能化程度低。（3）设置直接膨胀式新风机组。方式3为集中式新风系统，新风从室外引入，经过直接膨胀式新风机组处理后通过风管向各层房间提供新风。初投资高，需在避难层设置新风机房。送风效果佳，控制简单，智能化程度高，对机房和建筑立面百叶需求较大。项目为超高层塔楼，当层无法设置百叶，且避难层管线复杂，当层全热交换器压头有限，不采用方式1。综合经济性和对建筑影响性，采用方案2设置热回收式新风机组，每层的新风管建议设置电动风阀，与新风机联动变频控制，方便物业控制管理。5结语在超高层建筑中采用风冷式多联机系统时，除考虑冷媒管长度的限制，更应考虑外机布置对建筑立面的影响，可以积极利用避难层等人员利用率低的区域布置外机。布置时不用过度密集，应复核环境温度对外机的影响，保证室外机散热环境良好，提高系统工作效率。超高层建筑在选择新风处理机组时应考虑各层建筑功能性不同，并在方案阶段做好风系统水力平衡复核，确保末端送风压力充足。有条件的情况考虑采用热回收式新风机组。