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华南理工大学建筑设计研究院 广东广州 510000
摘要：本文主要针对办公建筑的变频多联机暖通设计展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对变频多联机的安装、应用及技术措施等方面作了深入分析，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。
关键词：高层办公建筑；变频多联机；暖通设计要点
引言
变频多联机组由于具有安装简单、使用方便和节能性能良好的特性，也随着各个厂商技术的发展和积累，多联机在近几年在办公建筑中有着更为广泛的应用。即使在基本被传统水冷中央空调“垄断”的超高层建筑，多联机也有越来越多的应用空间。
由于近年来房地产热的减退，越来越多发展商投资中小型的超高层建筑。对比低层建筑，此类建筑更大，可有效用地；对比大型超高层建筑，又能减少设计施工周期，快速收回成本。而目标群体，发展商也从大型用户，逐步转向到中小企业。
发展商的战略转变，为超高层多联机空调的应用提供新的春天。本文就针对超100米的高层办公建筑变频多联机暖通设计进行了探讨，并通过结合具体的工程实例，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
1 办公建筑的设计参数：
（1）建筑特点：
本建筑位于广州，建筑高度约140米，分为25层，首层为大堂，2层以上均为办公。因属于超高层建筑，单体内设置了避难层，而为了办公楼层的分区转换，本建筑设置了2层避难层，分别为8层和18层，为多联机室外机的放置提供合适的土建条件，也为合理空调分区提供便利。
本建筑针对用户为中小型企业办公、小个体户、私人投资者等。
（2）人员密度：
根据《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005规定，高档办公室的人员密度为：8m2/人（使用面积），普通办公室的人员密度为：4m2/人（使用面积）。
可见，我们在设计时要充分把握人员密度这个关键数值，这个数值关系到新风量及空调装机容量，本工程按照6m2/人（使用面积）上限，而应留有一定的富余量，防止某些人员密集型企业进驻造成空调效果不佳。
（3）新风量标准：
根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012规定，办公室的新风量为30m3/（h.人）。
（4）分户室温控制：目前，几乎所有的办公空调末端都有条件实现分户室温控制。
（5）室内设计参数
房间名称 夏季温度（℃） 相对湿度（%） 冬季温度（℃） 相对湿度（%） 噪声dB（A）
办公室 26 ≤65 18 -- 45
（7）24小吋开放：公共区域空调也要24小时运行，办公建筑的空调配置要求是比较高的。下班后公共区域空调停用的办公楼均不能算是甲级办公楼。
2 空调形式的分析
目前常见的空调形式有分体空调、中央空调水系统和多联机，其中多联机又分为风冷和水冷两种。
从投资和运行费用来说，分体空调比较适合较低档次的办公楼。对于开发商来说，可以减低空调的初投资，运行费用通过设置电表计量由小业主承担，物业管理比较简单。但是分体空调的缺点也是显而易见的，存在外立面难处理，新风难以保证，室内气流组织不理想的问题，且无改善室内空气品质的其他手段。因此，在办公建筑中不考虑采用分体空调。
中央空调水系统常见的冷热源形式有：风冷热泵机组，水冷冷水机组+锅炉；末端形式布：新风机组+风机盘管，空气处理机组+VAV BOX等等。针对本工程，中央空调水系统无法实现分户计费，无法简单实现空调采暖、无法满足加班要求等，对比分体空调和多联机具有较大的劣势。
风冷多联机室外机使用灵活、计费方便、投资适中等优点在中国得到了广泛的应用。针对本工程，多联机能提供直接的分户计量，可采用一户一空调的设置，更准确实施计费，也满足用户灵活使用、加班等要求；同时分户设置空调也为发展商分期投资提供便利。另外，多联机空调系统对比水冷中央空调的优势在于它比后者能更直接、方便地提供冬季的空调采暖，无需另外增加风冷热泵、锅炉等采暖设备，大大提高冬季的热舒适性，提高办公楼的档次。
水冷多联机解决了室外机布置的难题，但是在冬季，若采用锅炉、市政蒸汽、市政热水等作为热源的话，则冬季的节能性较差。只有考虑采用土壤源、水源等作为热源的话，节能性才能体现。因此其应用受到了限制。水冷多联机也由于是新技术，投资较大。
下面我们着重就目前应用最多的风冷变频多联机形式予以探讨。
3 风冷变频多联机系统特性及应用
3.1 新风机组的选择
3.1.1 新风机组方式有以下三种：
（1）新风机组采用不带冷源的全热交换器。
（2）新风机组采用带冷源的全热交换器
与（1）所不同的是，全热交换器需要配置带压缩机的室外机，造价高，但是效果更好，适合于高端的办公楼。
（3）新风机组采用带冷源的新风机组
與（1）所不同的是，新风机组需要配置带压缩机的室外机，造价高，效果更好，但是没有热回收的节能性能。但是目前围护结构密封性良越来越好，在排风没有出路的情况下，新风的实际摄入量很难保证，室内的空气品质会受影响。
针对以上几点，本工程为中小型企业办公出租性质，考虑采用不带冷源的全热交换器作为新排风系统，同时机组采用变频控制，可有效减少部分负荷（部分出租）时的运营成本。新风负荷一般占空调负荷的20～30%，把这负荷分给用户的空调去处理，可减少公摊费用，有效减低租户与物管之间的矛盾。
3.1.2 送风温度计算：
设计采用65%的热回收率。计算如下：
新风量：Q 排风量：0.9Q 换热效率65% 送风温度t 冬季：室内温度，18℃； 室外温度，5℃
夏季：室内温度，26℃； 室外温度，33.5℃
计算过程：
冬季：0.9Q（18-5）X65%=Q（t-5） 求得t=12.605℃
夏季：0.9Q（33.5-26）X65%=Q（33.5-t） 求得t=29.1125℃
夏季热回收后的送风温度为29.1℃，相对高温，故新风应接入多联机室内机的回风箱，经过降温除湿后再送至室内。
3.2 系统分区
多联机室外机放置位置的特点如下表：
根据以上的要求，本工程多联机系统分区如下：
（1）首层大堂多联机室外机放置在首层室外绿化地面。
（2）2层至25层标准层每层的办公区分成两套多联机系统，其中2层至11层的室外机放置在8层避难层，12层至21层室外机放置在18层避难层，22层至25层室外机放置在屋顶。
（3）因本工程主要针对中小型企业办公出租，故多联机采用一户一主机的方式，方便计费、运营及管理。
3.3 室外机组布置
3.3.1 多联机室外机平面及剖面布置要求如下：
室外机布置（一）
室外机布置（二）
3.3.2 結合本工程特点，在避难层的多联机室外机均靠外立面放置，排风设置导流罩，同侧进风、排风。为提高多联机散热效果，本工程亦采取以下措施：
（1）多联机侧面间距调整至500mm以上。
（2）避难间为大空间敞开的形式，同时避难层四面均有通风百页，以增加空气对流。
（3）百页通风率达到75%以上，不考虑防雨百页。
避难层室外机布置图
3.4 室内机布置的原则
3.4.1 建议室内机与冷媒主管的接管最短。
3.4.2建议室内机的冷凝水管最短。
3.4.3 建议室内机的容量兼顾台数控制和造价。也就是说房间内有多台布置时，单台的容量不宜过小，建议不小于7.1kW，也建议不超过11.2kW。
3.4.4建议室内机送风口优先布置在靠外墙负荷侧，室内进深处少布置风口。
3.4.5标准层的电梯厅区域及卫生间建议设置室内机。
3.5 多联机冷媒管特性
3.5.1 多联机冷媒管长度与系统制冷效率息息相关，过长的冷媒管长度会导致机组冷量衰减增加，降低系统整体能效比。部分品牌的冷媒管配管要求如下表：
可见，各个品牌的特性有所不同，在订货后耍根据实际订货优化原设计。
3.5.2 实际设计中，本工程在标准层考虑设置了4～5个冷媒管井，较多的冷媒管井，除了减少冷媒管长度，也能减少冷媒管井内管道的数量，以方便安装和检修。
3.5.3 冷媒管井布置间距的原则
管井内一般只能平行布置2排冷媒管，且建议稍错开布置，便于检修。见下图：
（1）单组管道的直径φ估算值：
φ=液管管径+液管保温厚度×2+气管管径+气管保温厚度×2+预留量预留量一般为10?15mm
（2）多组管道的布置：
3.5.4 冷媒管保温厚度的问题
根据大金推荐值，冷媒管φ6.4?φ25.4，厚度≥15mm；冷媒管φ28.1?φ54.I，厚度≥20mm。
根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012附录K（设备与管道最小保温、保冷厚度及冷凝水管防结露厚度选用表）中表K.0.2-2室内机房冷水管道最小绝热层厚度（按照满足经济厚度和防结露要求确定的绝热厚度），当冷水温度≥5℃，管道≤DN50时，橡塑保温厚度为28mm。如采现场施工确有难度情况下，可只考虑最小防结露厚度，管径φ=38?31.8mm保温厚度为22mm，管径φ=25.4?19.lram保温厚度为20mm，其余管径的保温厚度为15mm（参见图K.0.3-1发泡橡塑材料的最小防结露厚度）。
3.5.5 节能计算
根据本工程最不利环路，机组冷量为14匹（40kW），用电功率为12.4kW，额定EER=3.22，IPLV=5.05。冷媒管配管长度73.5m，具有6个分歧管，等效长度为73.5+6×0.5=76.5m，室内外机高差为31.5m，室外设计温度为34.2℃。查阅相关手册，制冷量为41kW，机组衰减为0.86。实际冷量为41×0.86=35.26kW，实际EER=2.84，满足相关规范要求。
4 多联机系统在超高层建筑应用的一些缺点
4.1 初投资比中央空调水系统要高。
4.2 冷媒配管有长度要求，如避难层空间有限，多联机系统难以应用。
4.3 对分户要求严格，分户可改变性低。如发展商想把一个大空间划分成两户出租，那原来的空调系统可能就不满足分户计费和使用的要求了。
4.4 一套多联机系统负担两户或两户以上，如其中一户需要装修空调末端时，该空调系统的其他用户都必须停用空调。
4.5 大空间，如大型会议室、员工餐厅、展厅等，多联机系统不适用。
5结语
综上所述，变频多联机由于自身具有的优点，在中小型办公建筑中有着广泛的应用。即使在多联机应用较少的超高层，多联机也有越来越多的发展空间。而为了使变频多联机更加发挥其效用，我们就需要对其的暖通设计进行研究，以使多联机在正常运行的基础上，得到进一步的发展。
参考文献：
[1]潘善伟.变频多联机空调机组在医院建筑中的使用状况[J].暖通空调.2013（12）.
[2]徐秋生、陈启、许爱民.多联机空调系统设计探讨[J].暖通空调.2008（01）.
[3]陆耀庆. 实用供热空调设计手册（第二版）。
摘要：本文主要针对办公建筑的变频多联机暖通设计展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对变频多联机的安装、应用及技术措施等方面作了深入分析，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。
关键词：高层办公建筑；变频多联机；暖通设计要点
引言
变频多联机组由于具有安装简单、使用方便和节能性能良好的特性，也随着各个厂商技术的发展和积累，多联机在近几年在办公建筑中有着更为广泛的应用。即使在基本被传统水冷中央空调“垄断”的超高层建筑，多联机也有越来越多的应用空间。
由于近年来房地产热的减退，越来越多发展商投资中小型的超高层建筑。对比低层建筑，此类建筑更大，可有效用地；对比大型超高层建筑，又能减少设计施工周期，快速收回成本。而目标群体，发展商也从大型用户，逐步转向到中小企业。
发展商的战略转变，为超高层多联机空调的应用提供新的春天。本文就针对超100米的高层办公建筑变频多联机暖通设计进行了探讨，并通过结合具体的工程实例，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
1 办公建筑的设计参数：
（1）建筑特点：
本建筑位于广州，建筑高度约140米，分为25层，首层为大堂，2层以上均为办公。因属于超高层建筑，单体内设置了避难层，而为了办公楼层的分区转换，本建筑设置了2层避难层，分别为8层和18层，为多联机室外机的放置提供合适的土建条件，也为合理空调分区提供便利。
本建筑针对用户为中小型企业办公、小个体户、私人投资者等。
（2）人员密度：
根据《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005规定，高档办公室的人员密度为：8m2/人（使用面积），普通办公室的人员密度为：4m2/人（使用面积）。
可见，我们在设计时要充分把握人员密度这个关键数值，这个数值关系到新风量及空调装机容量，本工程按照6m2/人（使用面积）上限，而应留有一定的富余量，防止某些人员密集型企业进驻造成空调效果不佳。
（3）新风量标准：
根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012规定，办公室的新风量为30m3/（h.人）。
（4）分户室温控制：目前，几乎所有的办公空调末端都有条件实现分户室温控制。
（5）室内设计参数
房间名称 夏季温度（℃） 相对湿度（%） 冬季温度（℃） 相对湿度（%） 噪声dB（A）
办公室 26 ≤65 18 -- 45
（7）24小吋开放：公共区域空调也要24小时运行，办公建筑的空调配置要求是比较高的。下班后公共区域空调停用的办公楼均不能算是甲级办公楼。
2 空调形式的分析
目前常见的空调形式有分体空调、中央空调水系统和多联机，其中多联机又分为风冷和水冷两种。
从投资和运行费用来说，分体空调比较适合较低档次的办公楼。对于开发商来说，可以减低空调的初投资，运行费用通过设置电表计量由小业主承担，物业管理比较简单。但是分体空调的缺点也是显而易见的，存在外立面难处理，新风难以保证，室内气流组织不理想的问题，且无改善室内空气品质的其他手段。因此，在办公建筑中不考虑采用分体空调。
中央空调水系统常见的冷热源形式有：风冷热泵机组，水冷冷水机组+锅炉；末端形式布：新风机组+风机盘管，空气处理机组+VAV BOX等等。针对本工程，中央空调水系统无法实现分户计费，无法简单实现空调采暖、无法满足加班要求等，对比分体空调和多联机具有较大的劣势。
风冷多联机室外机使用灵活、计费方便、投资适中等优点在中国得到了广泛的应用。针对本工程，多联机能提供直接的分户计量，可采用一户一空调的设置，更准确实施计费，也满足用户灵活使用、加班等要求；同时分户设置空调也为发展商分期投资提供便利。另外，多联机空调系统对比水冷中央空调的优势在于它比后者能更直接、方便地提供冬季的空调采暖，无需另外增加风冷热泵、锅炉等采暖设备，大大提高冬季的热舒适性，提高办公楼的档次。
水冷多联机解决了室外机布置的难题，但是在冬季，若采用锅炉、市政蒸汽、市政热水等作为热源的话，则冬季的节能性较差。只有考虑采用土壤源、水源等作为热源的话，节能性才能体现。因此其应用受到了限制。水冷多联机也由于是新技术，投资较大。
下面我们着重就目前应用最多的风冷变频多联机形式予以探讨。
3 风冷变频多联机系统特性及应用
3.1 新风机组的选择
3.1.1 新风机组方式有以下三种：
（1）新风机组采用不带冷源的全热交换器。
（2）新风机组采用带冷源的全热交换器
与（1）所不同的是，全热交换器需要配置带压缩机的室外机，造价高，但是效果更好，适合于高端的办公楼。
（3）新风机组采用带冷源的新风机组
與（1）所不同的是，新风机组需要配置带压缩机的室外机，造价高，效果更好，但是没有热回收的节能性能。但是目前围护结构密封性良越来越好，在排风没有出路的情况下，新风的实际摄入量很难保证，室内的空气品质会受影响。
针对以上几点，本工程为中小型企业办公出租性质，考虑采用不带冷源的全热交换器作为新排风系统，同时机组采用变频控制，可有效减少部分负荷（部分出租）时的运营成本。新风负荷一般占空调负荷的20～30%，把这负荷分给用户的空调去处理，可减少公摊费用，有效减低租户与物管之间的矛盾。
3.1.2 送风温度计算：
设计采用65%的热回收率。计算如下：
新风量：Q 排风量：0.9Q 换热效率65% 送风温度t 冬季：室内温度，18℃； 室外温度，5℃
夏季：室内温度，26℃； 室外温度，33.5℃
计算过程：
冬季：0.9Q（18-5）X65%=Q（t-5） 求得t=12.605℃
夏季：0.9Q（33.5-26）X65%=Q（33.5-t） 求得t=29.1125℃
夏季热回收后的送风温度为29.1℃，相对高温，故新风应接入多联机室内机的回风箱，经过降温除湿后再送至室内。
3.2 系统分区
多联机室外机放置位置的特点如下表：
根据以上的要求，本工程多联机系统分区如下：
（1）首层大堂多联机室外机放置在首层室外绿化地面。
（2）2层至25层标准层每层的办公区分成两套多联机系统，其中2层至11层的室外机放置在8层避难层，12层至21层室外机放置在18层避难层，22层至25层室外机放置在屋顶。
（3）因本工程主要针对中小型企业办公出租，故多联机采用一户一主机的方式，方便计费、运营及管理。
3.3 室外机组布置
3.3.1 多联机室外机平面及剖面布置要求如下：
室外机布置（一）
室外机布置（二）
3.3.2 結合本工程特点，在避难层的多联机室外机均靠外立面放置，排风设置导流罩，同侧进风、排风。为提高多联机散热效果，本工程亦采取以下措施：
（1）多联机侧面间距调整至500mm以上。
（2）避难间为大空间敞开的形式，同时避难层四面均有通风百页，以增加空气对流。
（3）百页通风率达到75%以上，不考虑防雨百页。
避难层室外机布置图
3.4 室内机布置的原则
3.4.1 建议室内机与冷媒主管的接管最短。
3.4.2建议室内机的冷凝水管最短。
3.4.3 建议室内机的容量兼顾台数控制和造价。也就是说房间内有多台布置时，单台的容量不宜过小，建议不小于7.1kW，也建议不超过11.2kW。
3.4.4建议室内机送风口优先布置在靠外墙负荷侧，室内进深处少布置风口。
3.4.5标准层的电梯厅区域及卫生间建议设置室内机。
3.5 多联机冷媒管特性
3.5.1 多联机冷媒管长度与系统制冷效率息息相关，过长的冷媒管长度会导致机组冷量衰减增加，降低系统整体能效比。部分品牌的冷媒管配管要求如下表：
可见，各个品牌的特性有所不同，在订货后耍根据实际订货优化原设计。
3.5.2 实际设计中，本工程在标准层考虑设置了4～5个冷媒管井，较多的冷媒管井，除了减少冷媒管长度，也能减少冷媒管井内管道的数量，以方便安装和检修。
3.5.3 冷媒管井布置间距的原则
管井内一般只能平行布置2排冷媒管，且建议稍错开布置，便于检修。见下图：
（1）单组管道的直径φ估算值：
φ=液管管径+液管保温厚度×2+气管管径+气管保温厚度×2+预留量预留量一般为10?15mm
（2）多组管道的布置：
3.5.4 冷媒管保温厚度的问题
根据大金推荐值，冷媒管φ6.4?φ25.4，厚度≥15mm；冷媒管φ28.1?φ54.I，厚度≥20mm。
根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012附录K（设备与管道最小保温、保冷厚度及冷凝水管防结露厚度选用表）中表K.0.2-2室内机房冷水管道最小绝热层厚度（按照满足经济厚度和防结露要求确定的绝热厚度），当冷水温度≥5℃，管道≤DN50时，橡塑保温厚度为28mm。如采现场施工确有难度情况下，可只考虑最小防结露厚度，管径φ=38?31.8mm保温厚度为22mm，管径φ=25.4?19.lram保温厚度为20mm，其余管径的保温厚度为15mm（参见图K.0.3-1发泡橡塑材料的最小防结露厚度）。
3.5.5 节能计算
根据本工程最不利环路，机组冷量为14匹（40kW），用电功率为12.4kW，额定EER=3.22，IPLV=5.05。冷媒管配管长度73.5m，具有6个分歧管，等效长度为73.5+6×0.5=76.5m，室内外机高差为31.5m，室外设计温度为34.2℃。查阅相关手册，制冷量为41kW，机组衰减为0.86。实际冷量为41×0.86=35.26kW，实际EER=2.84，满足相关规范要求。
4 多联机系统在超高层建筑应用的一些缺点
4.1 初投资比中央空调水系统要高。
4.2 冷媒配管有长度要求，如避难层空间有限，多联机系统难以应用。
4.3 对分户要求严格，分户可改变性低。如发展商想把一个大空间划分成两户出租，那原来的空调系统可能就不满足分户计费和使用的要求了。
4.4 一套多联机系统负担两户或两户以上，如其中一户需要装修空调末端时，该空调系统的其他用户都必须停用空调。
4.5 大空间，如大型会议室、员工餐厅、展厅等，多联机系统不适用。
5结语
综上所述，变频多联机由于自身具有的优点，在中小型办公建筑中有着广泛的应用。即使在多联机应用较少的超高层，多联机也有越来越多的发展空间。而为了使变频多联机更加发挥其效用，我们就需要对其的暖通设计进行研究，以使多联机在正常运行的基础上，得到进一步的发展。
参考文献：
[1]潘善伟.变频多联机空调机组在医院建筑中的使用状况[J].暖通空调.2013（12）.
[2]徐秋生、陈启、许爱民.多联机空调系统设计探讨[J].暖通空调.2008（01）.
[3]陆耀庆. 实用供热空调设计手册（第二版）。