無錫地鐵控制中心VRV外機組熱環境分析及應用

印書紅撒世忠蔡久蘭

1江蘇無錫二建建設集團有限公司

2合肥萬科置業有限公司

3約克（中國）商貿有限公司

0 引言

近年來變頻多聯式空調系統因其系統設計安裝簡便，室內機布置靈活，空調系統電力計費簡便，運行管理簡便，部分負荷節能效果好等優點，應用越來越廣泛。而大型空調系統成排室外機組的平面設計布置及安裝間距，通風換熱的好壞將會直接影響到室外機組和系統的正常高效運行以及機組的效能。因此大型商用建筑在有多臺空調室外機集中成排布置時室外機組的平面布置設計，室外機組安裝環境，周圍通風換熱的條件將是變頻多聯式空調系統設計的關鍵。實際工程中，有許多項目因為機組排風布局不合理，導致機組能效下降，甚至影響到機組正常工作。當較多數量的機組大量布置在有限范圍內時，其排風的組織尤為重要。

本文根據地鐵控制中心項目的空調室外機組平面布置設計，進行了相關的安裝熱環境CFD模擬分析計算。根據CFD模擬得到的相關計算結果，應用到項目詳細設計和工程安裝中。獲得了較好的運行效果。同時也期望可為類似工程項目提供實例參考。

1 項目簡介

無錫地鐵控制中心大廈及配套工程是無錫市政府近年開發的大型民生項目。地鐵控制中心是對全線列車運行、電力供應、車站設備運行、防災報警、環境監控、票務管理、乘客服務等地鐵運營工作全程進行調度、指揮和監控的中樞。無錫地鐵控制中心大廈承擔無錫地鐵1號線至6號線的控制指揮調度管理任務，地鐵線路的運營、調度、指揮、管理均在于此。

無錫地鐵控制中心及配套工程為一類高層建筑，由地鐵公司運營管理主樓（C區，28層，建筑高度128 m）及南側綜合功能架空裙樓（D區，2層，下設架空層，屋頂距地24.9 m），塔樓北側貼鄰建設地鐵控制中心大樓（B區，7層，屋頂距地39.1 m），及北側地鐵派出所（3層），交通公安分局（9層，建筑高度38.5 m），110 kV變電站裙房（A區）共同連體組成。地下室共二層，地下二層為車庫及設備用房，地下一層為車庫及物業開發?？傆玫孛娣e21,967.25 m2，總建筑面積119,990.13 m2。

無錫地鐵控制中心大廈項目空調系統，安裝的是“約克”YSE系列變頻多聯機?？刂浦行拇髲B及配套工程項目空調系統共安裝“約克”YVOH變頻多聯室外機234臺，總制冷量10,107.5 kW。安裝YDCK卡式吸頂式室內機和YDCP暗裝風管式室內機1321臺、分體式空調35臺、全熱交換新風機組56臺。

2 控制中心空調室外機安裝環境

控制中心空調系統共安裝“約克”YVOH100-340室外機36臺（566匹），室外機組安裝在大廈七層裙房屋頂平臺，這里同時安裝有控制中心30臺“約頓”機房專用空調的室外機。空調室外機組安裝的位置如圖1所示。

圖1 地鐵控制中心樓頂機組分布圖

多聯機空調系統室外機的安裝，要求環境空氣應保持流暢、不受阻礙，并且不形成回流或短路，否則將影響機組的排熱與吸熱，進而降低機組效率，嚴重時甚至會使機組因高壓或低壓保護動作而停機。其中夏季冷凝器的高壓保護問題尤為嚴重。

控制中心空調設備室外機安裝平臺位于大廈七層裙房樓頂，平臺四周為高4 m的玻璃幕墻，平臺中部為4 m高的圓形網架屋面（安裝完工后,機組地面與玻璃幕墻和網架屋面落差為3 m左右）?？照{多聯機室外機組和機房空調冷凝器安放在幕墻和網架屋面之間的一塊空地上，為一東西短、南北長的區域。由于幕墻和屋面的阻擋，可能存在通風不暢的隱患，因此在項目深化設計時通過CFD流體仿真技術進行空氣風場的模擬分析計算。

3 CFD仿真模擬

3.1 空調室外設計條件

本項目位于江蘇省無錫市，北緯31.75°，東經119.93°，室外空調計算參數：

夏季空調干球計算溫度34.6℃，濕球計算溫度28.1℃，夏季空調計算日平均溫度31.5℃，夏季通風干球計算溫度31.3℃，夏季平均風速2.8 m/s。

冬季空調干球計算溫度-3.5℃，冬季通風干球計算溫度3.1℃，冬季空調室外相對濕度75%，冬季平均風速2.8 m/s。

由于夏季通風環境換熱條件較差，所以本次僅以最不利的夏季通風工況進行熱模擬分析計算。

3.2 CFD仿真計算中的邊界條件設定

環境參數：夏季大氣環境溫度為34.6℃，壓力為1個大氣壓，由于機組平臺四周為高4 m的玻璃幕墻及網架屋面，所以周圍不考慮環境有風狀態，且室外機組附近無其他熱源，計算中也不考慮太陽輻射的影響。計算對象：設備平臺上的“約克”變頻多聯機室外機組及“約頓”機房空調室外機，其排風量和排熱量如表1所示。機組類型：“約克”YVOH80-160為上出風機型，“約頓”HCE18-25機房空調冷凝器為上出風機型。

3.3 計算網格

考慮到計算的精度，整個模型中全部使用高質量的六面體網格，并對空調機組附近的網格進行了局部加密（圖2），以更準確地模擬機組進風換熱狀態。

圖2 計算區域網格示意圖

3.4 流體仿真模型

根據樓頂平臺機組安裝設計圖紙，以及室外機組等相關信息，建立了CFD流體仿真的模型[1]，如圖3所示。計算區域包含了變頻多聯機機組和機房空調機組的放置區域。并且計算中考慮了周圍玻璃幕墻和網架屋面遮擋對機組回風的影響。

圖3 仿真模型三維示意圖

3.5 仿真結果

圖4、圖5為計算的空氣進風和排風的流場分布，由分布圖可見，區域A由于處于很多機組的中心地帶，機組很難吸到溫度較低的新風，回風溫度要明顯高于其他區域，最高處已經接近52℃左右。由于此處機組的出風速度較低，出現了部分回流（短路）現象。

如圖6和圖7中切面圖所示，區域A處的回風溫度為整個區域最高（約50～52℃），區域B由于處于兩排機組的中間，因此回風溫度也較其余區域高（最高有46.5℃）。

圖5 出風空氣流場

圖6 離地面0.5 m處水平橫截面空氣溫度分布圖

圖7 東西向、南北向切面溫度分布圖

4 模擬結論和建議

圖6和圖7中的區域A，由于處于機組群落的中心位置，機組很難得到溫度較低的新風，造成這個區域的回風溫度普遍很高，機組回風溫度最高50～52℃，而區域B中的回風溫度最高到46.5℃，對空調機組的運行有一定的影響[2]。

目前空調方案設計中，局部位置在運行中可能出現的較高回風溫度，從而影響劇組的制冷能效，甚至導致空調機組壓縮機高壓保護。

5 應用及結果

根據CFD仿真模擬結果，在空調系統深化設計時對空調室外機組的布置進行了優化，對區域A和區域B的室外機組布置作了以下改進[3-4]：

1）拉大成排機組排列間隔，相鄰成排機組間距≥800 mm。

2）將大容量室外機組置于外圍的區域。

3）提高室外機組離地面的安裝高度。將機組安裝高度提高到離地面600 mm以上，且機組底座做成架空支架，以利機組進風。

4）取消部分玻璃幕墻，更換為百葉格柵，有利于空氣流動，充分利用自然風。

5）設計特殊的玻璃幕墻,幕墻底部留空300 mm，幕墻中間連接處留空200 mm，達到自然通風。

機組安裝調試完成后已運行2年，運行狀況良好，未發生諸如通風不暢、散熱不良、機組高低壓保護等的故障。而且此項目獲得了建設工程國優金獎“魯班獎”。

6 結語

變頻多聯式空調機組室外機進行平面布置時一定要考慮機組周圍安裝的熱環境，特別是多臺室外機組成排集中布置時，一定要考慮通風換熱條件。

成排機組平行布置時，需拉大成排機組排列間隔，相鄰成排機組間距≥800 mm。

將成排機組安裝高度提高到機組底部離地面≥600mm以上，且機組底座做成架空支架。

機組周邊外圍女兒墻高度超過機組頂高時，機組離女兒墻間距≥800mm以上。

如機組外圍女兒墻高度超過機組頂高時，機組離女兒墻間距小于800mm，在女兒墻上設置面積足夠的進排風百葉。