居住建筑室外機平臺散熱能力評價探討

【摘 要】通過分析研究影響因素，注重操作簡單、精度適度的需求，對比CFD模擬結果及項目案例運行效果，創新性地提出外機“四維散熱評價”方法，可有效解決難以評價外機平臺散熱能力的問題。對項目后期空調及空氣源熱水等室外機的低碳運行有重要意義。

【關鍵詞】居住建筑； 設備平臺； 低碳研究； 四維散熱評價

【中圖分類號】TU831.7【文獻標志碼】A

0 引言

隨著我經濟的增長，居住建筑空調普及率提高，截止2020年，全國居民平均百戶空調擁有量已經達到117.7臺，并呈現繼續增加的趨勢。近20年來城鎮住宅的總用電量提高4倍，其中空調電耗增長10倍［1］。我國全面推行“雙碳”戰略的大背景下，居住建筑空調能耗日益受到關注。空調系統設備隨著我們生產制造水平的提升，設備能效大大提升，但設計階段僅重視項目的外立面，設備平臺的散熱性能沒有引起足夠重視。同時設備平臺的散熱能力因影響因素眾多，暖通設計師沒有工具評價設備平臺的散熱能力，而無法清晰明確地對外機平臺提出合理建議，而屈從于建筑方案建筑立面的美觀需求，從而導致空調系統后期運行出現低效運行，甚至在極端天氣下宕機的現象。

1 外機散熱能力的影響因素評價

關于空調外機的散熱條件，住宅設計規范對室外機要求：①能通暢地向室外排放空氣和自室外吸入空氣；②在排出空氣一側不應有遮擋物［2］。規范提出相應要求，但是在設計執行時，避免模糊，建筑方案端通常為了迎合規劃部門，弱化設備平臺對建筑立面的影響，忽視室外機散熱需求，設備專業沒有量化工具評判設備平臺的散熱性能，而無法說服土建按著較優的方式布置設備平臺，從而影響后期設備高效運行。

外機散熱的影響因素較多，平臺朝外數量、凹槽、平臺所處的環境、百葉的通透率等，大致分為幾類。

1.1 通風面

針對通風面數對外機散熱能力的影響，閆藝文等［3］作了CFD模擬及實驗測試，結果表面，通風面的數量越大，越有利于外機形成通暢的氣流組織。三個通風面，其中一面作為出風面，另外兩個面同時作為補風，基本不受外部風向對的影響，通風條件最好；兩個通風面，僅有一個面可以補風，通風條件稍差；外機只有一個面時，需要在一個面同時進行排熱和補風，此時需要考慮外機與周邊有足夠的間距，不然對外機會吸入補風吹出熱空氣，影響系統的效率。

1.2 環境因素

外機平臺所在的位置對，散熱性能影響最大。宣晨晨等［4］將建筑內天井的熱環境進行了模擬分析，發現天井只有擴大一定尺寸后，空調外機放開正常運行。另外天井，底部是封死的話，夏季無法補風，冬季冷空氣無法外出，導致冷熱堆積，嚴重影響空調效率。在天井里面設置設備平臺，特別需要關注底部是否足夠的通風面積，在建筑層高和面積協調較好的情況，可以形成煙囪效應，對外機散熱有利。

劉萬龍等［5］通過調研及CFD模擬分析，得出結論：外機平臺凹槽寬度越寬，進深越小，對空調散熱越有利。周德海等［6］，探討了設備處建筑凹槽內時，會發生熱堆積現象，嚴重影響空調的正常運行。總結來看，凹槽的進深與寬度比越小，散熱條件越好，另外凹槽內設置多臺外機會給散熱帶來不利影響。

1.3 出風影響

外機需要把處理后空氣，釋放到空氣中，如果釋放不利，可能會減少吸入的新鮮空氣。圖1是采用CFD模擬軟件分析11層建筑，外機開啟率為80%，外機對吹，外機溫度場的分布情況，外機空氣有部分回流，外機最高溫度達到45.59 ℃，小于常規產品廠家的極限值46 ℃，外機不會出現宕機，但是運行效率會產生一定影響。相關行業規范規定，外機對吹距離不應小于4 m［7］。另外外機位置還有呈90°吹影響出風，及外機對墻吹的情況影響外機運行。

1.4 其他

機散熱還受到百葉設置情況的影響。張海波［8］結合具體工程，利用CFD模擬軟件，分析了通風百葉寬度、通透率對散熱效果的影響。張春枝等［9］采用實驗平臺和專業模擬軟件分析了百葉安裝角度、百葉間距對外機周圍熱環境的影響。總體來看，百葉通透率是關鍵的影響因素，百葉間距及百葉寬度體現主因也是通透率，當通透率0.5以下禁止設置，達到0.8以上基本可以不考慮百葉的影響。

另外，外機本層疊放對室外機的性能影響較大，姚穎等［10］運用CFD軟件模擬某小區住宅樓室外機的周圍流場分布及堆疊對運行熱環境的影響，結果表明：室外機疊放對外機運行影響較大，間隔0.4 m疊放時，回風溫度到達46.51 ℃，COP下降11.4%，只有加大豎向間隔，才能降低影響，但是對于住宅項目會受到層高的限制，故外機疊放通常會帶來不利影響。

2 外機散熱能力評價方法的建立

目前對外機平臺散熱的研究層面，主要采用平臺測試及CFD模擬的手段，難以應用到實際項目中去。工程設計安裝應用層面，普遍的執行規范、規程，規范規程中要求相對模糊，少有明確要求，也僅是主機運行的下限，難滿足外機平臺的散熱性能評價需求。為了解決上述問題，本文調研了相關論文及工程資料，提出針對外機平臺散熱能力的評價方法，本文稱為“四維散熱評價”。

為了提高便捷性，評價方法的采用抓大放小的原則，主要考慮四方面方面評價維度，第一為通風面因素，考慮一、二、三個通風面的情況，最不利情況下扣20分；第二為外機平臺所處的環境影響，分為天井和凹槽，天井需要區分底部是否封死，凹槽需要考慮進深比及外機臺數，最不利情況下扣40分；第三為對出風口的影響因素，主要包括設備正向對吹、90°對吹、對墻吹三種形式，其中正向對吹影響最大，其他依次減弱，最不利情況下扣25分；第四類包括百葉及外機疊放等影響，最不利情況扣15分。評價方法的實施細則詳見表1。

按著表1對特定外機平臺按著四個維度統計分數并合計，根據得分區間，預判外機散熱能力，詳見表2。

3 “四維散熱評價”調試與驗證

為調試驗證“四維散熱評價”方法的準確性，本文通過軟件Airpak3.0建模，并結合現場反饋情況，采用下列案例進行驗證分析。

案例1如圖2左側圖顯示外機布置，住宅40層、兩臺外機90°對吹、兩個通風面、百葉通透率0.7，采用綜合評價法得分62分，通過軟件模擬顯示回風溫度在21層達到45.34 ℃，結論均為勉強運行，機組效率不高。

案例2如圖2左側圖所示外機布置，住宅29層、天井、外機對吹、百葉通透率0.7，采用綜合評價法得分47分，通過軟件模擬顯示回風溫度在14層達到49.77 ℃，結論均為無法正常運行，禁止采用。

案例3如圖4左側圖所示外機布置，住宅29層、凹槽內布置兩臺外機、百葉通透率0.7，采用綜合評價法得分45分，通過軟件模擬顯示回風溫度在12層達到49.81 ℃，結論均為無法正常運行，禁止采用。

受篇幅所限本文僅展示為部分案例，通過大量哪里對比驗證調試，“四維散熱能力評價”方法與模擬結果具備較好的一致性。特別是針對疑難情況，傳統定性的判斷無法給出結果，采用“四維散熱能力評價”方法，可以給出清晰且相對準確的評價結果，對外機平臺的散熱能力作出快速判斷。

4 總結

本文針對散熱設備室外機影響因素進行研究，創新性地提出針對外機平臺散熱能力進行評價的“四維散熱能力評價”方法，并對該方法做了調試與驗證，保證評價方法的可行性和準確性。該評價方法，可應用于居住項目的方案階段，結合方案的里面需求，評價各種外機平臺方案的散熱能力，對保證設備室外機正常高效運行，具有重大意義。

參考文獻

［1］ 清華大學建筑節能研究中心. 中國建筑節能年度發展研究報告-2021［M］. 北京： 中國建筑工業出版社， 2021

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［4］ 宣晨晨， 祝健. 基于 Airpak3. 0 的建筑內天井熱環境模擬［J］. 建筑節能， 2018， 46（11）：11-14.

［5］ 劉萬龍， 李海平. 住宅建筑凹槽對多聯機室外機運行環境的影響［J］. 制冷與空調， 2020， 20（12）：65-69.

［6］ 周德海，邵曉亮，張曉靈，等. 建筑凹槽中室外機周圍熱環境的數值模擬［J］. 廣州大學學報， 2010， 9（6）：18-22.

［7］ 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局、中國國際標準化管理委員會.家用和類似用途空調器安裝規范： GB 17790-2008［S］. 2011.

［8］ 張海波. 某高層建筑設備平臺高密度安裝空調室外機的散熱分析與優化［J］. 制冷， 2021， 40（3）：69-73.

［9］ 張春枝，喻良德，李玉云， 等 室外機安裝平臺對住宅空調能耗的影響［J］. 建筑科學， 2017， 33（4）：24-30.

［10］ 姚穎，姜坪. 分體式空調室外機堆疊布置時周圍熱環境的數值模擬［J］. 潔凈與空調技術CCamp;AC， 2018（1）：21-25.

［作者簡介］辛玉廣（1985—），男，碩士，高級工程師，研究方向為民用建筑暖通設計及綠色建筑咨詢。