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摘要：在21世纪初期，中国城市化建设如火如荼，2000年前后大量公共建筑正式竣工投入使用。随着时间的推移，这些项目中的空调系统也渐渐进入了生命周期的末期，故障率高、效率低下、配置不满足最新使用需求等问题开始困扰业主。虽然通过“缝缝补补”的模式仍能保证最基本的使用需求，但行项目改造才是从根本上解决这些问题的途径。本文通过近期的一个实际项目改造案例，来分析研究在改造项目中各种常用空调系统的特点及适用情况。

关键词：暖通空调；既有建筑改造；技术经济比较

1项目概况

某大厦坐落于上海，是一幢甲级办公楼，于2007年前后正式投入使用。大楼空调系统主要采用空气源多联机系统，设备至今已使用约16年，业主提出对于申大厦现有的空调系统进行评估及改造分析。经过前期的实地勘察并结合物业对于使用情况的反馈以及业主的实际需求，筛选出目前适合用于本项目的空调系统改造方案。本文将从可靠性、一次投资经济性、分布施工可行性、应对租户灵活性等多个角度分析比较空调系统的改造方案，以帮助业主进行决策。

2 空调改造方案介绍

2.1方案一（空气源多联机系统）

仍然采用原来的空气源多联机系统。原设计门厅、电梯厅及6F（实际楼层）利用原大楼提供的空调冷热水的末端改造为空气源多联机系统，其余楼层对空气源多联机系统进行重新改造选型。

室外机及新风机组布置于原机房内，并结合租户的实际空调需求，重新对设备进行选型。结合大楼现有的通风条件以及对于现状的分析，空气源多联机选型时需要对于机组风扇静压、冷凝温度进行针对性的选型，并建议结合气流模拟进行适用性论证，以确保系统使用效果。

2.2方案二（水源多联机系统）

整体改造为水源多联机系统。原设计门厅、电梯厅及6F（实际楼层）利用原大楼提供的空调冷热水的末端改造为水源多联机系统，其余楼层空气源多联机也均改造为水源多联机系统。

水源多联机系统考虑利用原大楼的冷却水系统，通过冷却水代替室外风冷来实现室外机冷凝侧散热。

对标准办公平面，水源多联机系统可以利用大楼原有的室外机摆放区域及新风机房，需要从原冷却水系统中引一路立管至各楼层。

2.3方案三（中央空调水系统——冷水机组+锅炉+空调末端）

整体改造为中央空调水系统。除门厅、电梯厅及6F（实际楼层）外的空气源多联机系统均改造为中央空调水系统，并与门厅部分使用的原大楼中央空调水系统进行整合。

水系统需要配置2800kW的电制冷冷水机组及对应冷却塔、1900kW燃气热水锅炉。考虑原大楼的冷水机组（3515kW）、冷却塔、锅炉（8T/h）及汽水换热器（2415kW）配置容量虽然均大于本大楼的需求量。但考虑到原大楼设备至今已使用约12年，存在长期使用后的正常衰减，且实际需求的容量比较接近制额定容量，可能会有容量不够的风险，因此建议更换制冷主机、冷却塔及汽水换热器。锅炉容量较富裕，不建议更换。中央空调水系统通过输送冷/热水来实现末端制冷/供热，水侧仍采用两管制系统。针对标准办公平面，水冷系统可以利用原有的新风机房及冷冻水管井，原多联机室外机布置空间可以释放出来给租户作办公使用。

3 改造方案优缺点比选

针对空气源多联机系统、水源多联机系统、中央空调水系统（冷水机组+锅炉）本文考虑多个角度进行对比分析（见表1）.

4实例分析

4.1 空气源多联机系统

空气源多联机系统作为大楼原设计的空调系统，其系统非常适合整体出租式的办公大楼。因为其各层设置独立的空气源多联机主机系统，其计量合理更便捷准确得实现分户计量，而且也因为各层的独立系统，租户在加班时间使用空调的需求也较容易实现，不受大楼整体空调运行策略得限制。而且从日常运维角度而言，由于空气源多联机系统自成体系，且有厂家的售后技术人员对系统进行整体技术支持，因此对于大楼管理人员来说，日常的控制和运维管理的难度相对较低。在冷凝散热方面空气源多联机系统在经过大楼使用需求升级后，其室外机摆放位置受建筑条件限制的影响更为明显，就目前现状的夏季室外环境针对标准层空调室外机通风情况进行分析模拟，如下图所示：

此图3为南向北方向的视图。蓝色部分温度为外部大气温度，即34.5℃；红色部分为空调室外机组出口附件的温度大致为58℃；过渡色为蓝绿黄，代表34.5～58℃。黑色箭头表示空气流向。白色部分为建筑物轮廓线。

图4为一个标准层室外机组阳台部位竖向的局部放大温度场图，白色区域为空调室外机组及导风帽的轮廓。此图为南向北方向的视图，。空调室外机组进风侧的温度偏高，红色区域代表的高温空气直接被吸入空调机组的冷凝冷交换器中。通过气流箭头来看，下一层空调机组排出的高温空气尚未扩散就被上一层空调机组吸入，多个楼层吸入温度超过了40℃以上且越高位温度越高的趋势。从气流模拟中可以得出结论，虽然分层摆放多联机室外机组的方案属于比较常见，大部分空调运行正常满足使用要求。但本项目北边和西边紧贴两栋高楼，在大楼西北方位形成了一个“窝”的区域，当夏季主导风向为东风或东南风时，可能造成整个“窝”的区域内大范围空气流通不佳，从而影响室外机组夏季散热环境，因此造成空调机组冷凝温度偏高，空调使用效果不佳。相对应的，由于外机冷凝散热效果较差，其系统的制冷效率也必然收到影响。经过分析，多个空调室外机吸风口的平均温度超过了50℃，极大超出了外机适合的40℃工作温度。因此，空气源多联机系统的运行费用也会相对较高。

就改造费用而言，由于各楼层空调配置容量考虑增加，空气源多联机主机设置于各个楼层，其配电需求也会相应增加。因此，使用空气源多联机系统的方案，除了空调系统本身的改造费用外，配电系统改造也会产生相关改造费用，其整体改造费用在3个比选方案中相对较高。

4.2水源多联机系统

水源多联机系统同样作为冷媒系统，其在计量方式和系统灵活性方面与空气源多联机系统特点比较类似，都有着较好的灵活性与便捷性。不过由于水源多联机系统系统在主机冷凝侧通过冷却水代替了室外风进行冷凝散热，其冷却水需要系统整体供应，因此，对于冷却水系统的控制和运维管理的要求也非常高，而且冷却水系统也增加了灵活使用加班空调以及分户计量的难度。不过万事皆有两面性，冷却水系统在一方面增加了管理、计量、加班使用的难度，但另一方面其在根本上解决了空气源多联机室外机冷凝侧散热的问题。通过冷却水系统将室外机冷凝侧的热量带至了冷却塔，通过冷却塔散至室外大气，冷却塔设置于屋面，这将不受建筑窝风的影响，散热效果也会较好。更好的散热效果也必然使系统运行的效率提升，其运行费用也会相对较低。原大楼设备至今已使用约12年，冷却塔存在长期使用后的容量衰减，且实际需求比较接近原冷却塔的额定容量，可能会有不够的风险。因此，建议在具备条件时协调专业单位进行深度维护保养或检测以确保其性能能够满足如今的使用要求。

就改造费用而言，水源多联机系统系统可以利用原风冷系统的机房位置以及原大楼的冷却水系统，但是需要新增二次侧循环水系统以及土建管井条件，其改造费用略高于新建水源多联机系统空调系统造价。虽然由于水源多联机系统主机效率高于原空气源多联机主机，但考虑其容量配置增加后，各楼层配电需求可能会略有增加。因此，使用水源多联机系统系统的方案，除了空调系统本身的改造费用最高外，还可能增加部分电气改造费用，其整体改造费用将高于其他比选方案。

就改造周期而言，水源多联机系统系统可以利用原空气源多联机系统各楼层相对独立的特点，在冷却水系统已施工完毕的情况下，逐层进行主机改造，将原有的空气源多联机系统改造为水源多联机系统，租户也可以在楼层设备改造后独立使用新的空调系统。但由于所有水源多联机主机均使用同一套冷却水系统，需要进行系统整体调试，因此水源多联机系统的整体改造周期会较空气源多联机系统较长，而且分期施工的灵活性方面也略逊空气源多联机系统。

4.3 中央空调水系统（冷水机组+锅炉+空调末端）

中央空调水系统作为常见系统，也同样在国内外各式办公楼的使用中有着众多的成功案例。虽然中央空调水系统因为其系统的固有特点，由多个主要设备整合而成，厂家对于系统的技术支持也往往只能局限于各自的设备，因而其在控制运维管理方面有着非常高的要求但是考虑到如今BA技术已经相当成熟，通过合理高效的BA控制，中央空调水系统在自控、维护、计量等方面的缺点也得到了充分的弥补。BA系统以及专业的系统调试也为空调系统的高效稳定运行保驾护航。专业高效的控制结合中央空调水系统自身冷却水侧优秀的散热效果，确保了中央空调水系统能够高效运行，也直观得体现在了中央空调水系统的运行费用上。

就改造费用而言，虽然常规中央空调水系统方案比较低，但由于原大楼的主机设备及辅件、配电系统均需要进行改造，须增加拆除、运输的相关费用，加上自控系统更新。中央空调水系统改造整体费用会高于常规的中央空调水系统造价，且在3个比选方案中也不是最低的。

就改造周期而言，中央空调水系统虽然可以利用原空气源多联机系统各楼层相对独立的特点进行分批次施工，但是由于中央空调水系统的楼层关联性及整体调试需求较强，需要在所有楼层均完成改造后通过整体调试来确保系统高效、稳定运行。而且，局部楼层完成中央空调水系统改造后，系统可能因为部分租户的使用负荷不足而无法启动，会影响租户的实际使用。因此，中央空调水系统的整体改造周期最长，而且分批次改造的灵活性方面也不如空气源或水源多联机系统。

5 结束语

本项目最终经过综合分析，重点从可靠性、一次投资经济性、分步施工可行性、应对租户使用灵活性等角度考虑，采用中央空调水系统作为改造方向。空气源多联机系统由于其在外机散热模拟计算分析中，在超过连续4个楼层时，4个楼层中最高层外机吸入平均空气温度大于40℃，空调外机开始工作不佳，影响正常制冷而最终被放弃。水源多联机系统则因为其较它系统造价高约40-50%，且仅限部分高端品牌拥有相关技术，不满足项目实际的预算及招标需求，因此落选。

参考文献：

[1]刘亮，安嘉铭，冯晓冬.校园类既有建筑改造工程的暖通空调设计[J].暖通空调，2021，51（S2）：131-136.

[2]仇丽娉，吴伟伟.国内既有建筑改造进程及相关技术分析[J].建筑热能通风空调，2020，39（02）：100-102.