風冷式多聯機空調系統的設計與評估

潘軍剛

（中國石油大學（華東） 后勤管理處，山東 青島 266580）

0 引言

近年來風冷式多聯機空調系統在住宅、會所和小型商業用房中應用廣泛[1].對于設計人員來說，空調負荷計算僅憑估算或按相關規范計算，會造成空調負荷計算偏差較大，從而導致空調選型出現較大偏差.如何評價空調負荷及風口布置已知條件下的制冷效果是擺在空調系統設計人員面前的一大難題.本文借助流體力學計算軟件，通過數值模擬，利用溫度場和速度場兩個指標來評估空調制冷效果，對空調負荷計算及空調選型提供了較大幫助.

1 運行現狀

中國石油大學（華東）唐島灣餐廳目前沒有配備空調，夏季采用吊扇通風消暑.夏季由于太陽輻射比較強，室內外溫度較高，售飯窗口的部分熱量向就餐區擴散，就餐高峰期時人流量大，室內外空氣流通不暢，造成餐廳內部比較悶熱（最高時34℃），空氣濕度較大（接近100%），學生在買飯和就餐過程中感覺明顯不適.鑒于唐島灣餐廳存在的以上問題，已無法滿足廣大學生的日常需求，對學生的日常生活帶來了較大不便.原有的室內風扇無法解決餐廳內部的悶熱問題，通過加裝空調系統可以改善餐廳就餐環境，提高夏季室內舒適度.

2 工程概況

中國石油大學（華東）唐島灣餐廳共兩層，上下布局相同如圖1所示，南北方向邊長為30m，東西方向邊長為60m，地面到頂棚高度3.6米，頂棚到樓板高度1.1米.區域一為食堂操作間和售飯間區域，不列入氣流組織和溫度場分析的區域，區域二面積1800m2，為學生就餐區域，是本次負荷計算面積和分析氣流組織和溫度場的區域.餐廳就餐期間的人流情況見表1.

圖1 唐島灣餐廳的平面圖

表1 唐島灣餐廳人流情況統計

3 負荷計算

分析工況為夏季設計工況，青島市夏季設計工況見表2.室內設計溫度取26℃，風速取0.5m/s，餐廳內人員的顯熱散熱量取117W/人[1]，潛熱散熱量取60W/人.

表2 青島夏季設計工況

根據相關規范、工程經驗及文獻[2]負荷計算公式，計算餐廳就餐區的冷負荷為576kW.

4 空調選型

唐島灣空調總負荷為576kW，總冷負荷較低，結合學生餐廳負荷變化率較大且不均勻的特點，擬采用多聯機空調系統.多聯機空調集一拖多技術、智能控制技術、多重健康技術、節能技術和網絡控制技術等多種高新技術于一身，與傳統空調相比，具有投資少、控制靈活、占用空間少、長配管高落差、室內機可自由搭配等優點.根據空調制冷負荷及某品牌多聯機空調技術參數，唐島灣餐廳多聯機空調的布置方案為：每層各配備40匹的室外機3臺，選用四面出風嵌入式多聯機室內機，每層各配36臺4匹室內機，室內風口布置方式見圖2.

圖2 唐島灣風口分布

5 數值分析

5.1 研究方法及目的

基于設計條件和研究區域的數值分析模型，對某一特定方案下學生就餐區域的風速和溫度進行計算，將其與設計要求進行比較，對其進行評估.根據評估結果，對設計方案進行優化，直至得到較為滿意的室內氣流組織.通過計算流體力學軟件，對唐島灣學生就餐區域的制冷效果及風口布置進行方案評估及優化.

5.2 模擬軟件簡介

本次評估采用的Airpak軟件，是Ansys公司開發的專業人工環境系統分析軟件，可以準確地模擬室內空氣流動、傳熱、污染等物理現象，并提供室內溫度、風速等技術指標，是目前比較流行的商用CFD軟件.

5.3 分析目標

方案設計中主要評估兩個指標，即就餐區1.2米高度處的平均溫度和平均風速，因為這兩個指標直接關系到就餐人員的舒適性，并結合各指標在空間中各點的標準偏差評估溫度場和風速場的均勻性.規范的設計要求為溫度在22℃-28℃之間，風速在0.5m/s以下.

5.4 邊界條件及模型假設

把帶四座的桌椅以及四個就餐的師生設置為一個1m*1m*0.8m的長方體，就餐時的單人及其食物的顯熱為117.84W，一個四人餐桌的熱量即為471.36W.把該熱量均勻分配到該長方體的各表面.這樣既能夠突出熱源集中的位置和功率大小，又能夠簡化模型，使得模型更好收斂.

邊界條件上，假設一樓食堂的天花板和地板為絕熱墻體；其他為普通墻體.與外界進行換熱；二樓食堂的地板為絕熱墻體；其他為普通的墻體和屋頂，與外界進行換熱.在區域1和區域2之間，是就餐區和后勤區交界的地方，此邊界實際是用墻體和玻璃不完全分隔開的.食堂的后勤區溫度較高，對于僅研究就餐區的本項目而言，這其實是增加了就餐區的負荷.在這里做一個假設和等效，即：后勤區對就餐區的傳熱效果相當于處于設計條件下的室外對就餐區域的傳熱效果.

5.6 評估結論

當送風溫度為14℃時，餐廳1.2米的溫度場和速度場如圖3和圖4所示.由圖可見，在該方案下，平均溫度22.5℃；最高溫度29.45℃；溫度的標準差2.95℃；平均速度 0.22m/s；最高速度 1.12m/s；速度的標準差0.159m/s.該方案可以保證售飯區的舒適度，且南側就餐區域靠近窗戶的局部區域溫度較高，但仍在可接受范圍之內.

Airpak軟件的仿真結果顯示，該空調方案的負荷計算及風口布置方案比較合理，能夠滿足餐廳的制冷需求.

圖3 唐島灣溫度場分布

圖4 唐島灣速度場分布

6 結語

6.1 本文根據相關規范及標準，計算出了風冷式多聯機空調系統的制冷負荷，結合負荷及現場條件，確定了室外機布置臺數，對室內機風口方案進行了布置.

6.2 Airpak軟件的仿真結果顯示，該空調方案的負荷計算及風口布置方案比較合理，能夠滿足餐廳的制冷需求.

〔1〕唐蓓.風冷式多聯機空調系統設計探討[J].暖通空調，2013，43(8):39-43.

〔2〕陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，2008.