无锡地铁集团有限公司江苏无锡市214000
摘要：当空调室外机集中放置，且其周围有围挡时，空调外机的散热效果将受到较大的影响。当室外机所处的热环境温度过高时，空调机组的能耗将会升高，甚至导致机组的高压保护。本文利用CFD模拟仿真技术对空调外机的热环境进行模拟，分析了空调外机集中布置对空调换热效果的影响，并提出了相应的改善措施。
关键词：室外机CFD散热效果
1引言
随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对居住和工作环境的要求越来越高，人类居住工作环境的改善相应地带动了中央空调的快速发展。据统计，建筑能耗分析的研究表明，空调系统能耗占办公楼宇建筑总能耗的60%[1]。因此空调节能有着非常重要的意义。
变频多联式空调是由一台室外机和若干台室内机组成的一个制冷剂循环系统，是变制冷剂流量（VariedRefrigerantVolume）空调系统的一种形式，属空气—空气热泵系统。室外机属于风冷热泵型机组，通常直接放于阳台、屋顶等空地，无须专门设置机房，且不需要冷却塔、水泵、定压水箱等繁琐的附属设备，可节省大量的建筑面积。但是在设计时，需考虑室外机的周围的排热空间，应保证机组正常运行所需要的空间。
空调室外机的安装，要求各段室外机组保证一定的距离，避免下段机组的出风被上段机组吸入，造成气流短路，影响上段机组的工作。按照最初的设计方案，在28层楼顶平台放置多台空调室外机组，平台四周为4米高的女儿墙，因幕墙的阻挡，存在通风不畅的隐患。机组群落的某些位置的机组的温度场较高，温度较低的空气无法进入到机组，造成部分区域的回风温度普遍较高，从而提高了空调系统的冷凝温度，降低了机组的COP，当温度过高时可能触发系统的高压保护而停机。为了避免此类情况的发生，本文通过对楼顶进行CFD模拟，对室外机的空气场进行分析，提出了改善空调室外机热环境的措施。
2CFD建模
2.1数学模型
建筑外环境对建筑内部居住者的生活有着重要的影响，采用CFD可以方便的对建筑外环境进行模拟分析，从而进一步指导建筑外环境的自然通风设计。在暖通领域的流动问题满足连续性方程、动量方程和能量方程，通常可以采用不可压缩的粘性流体流动的控制微风方程，本文将采取k-ε模型[4]：本文采用了SIMPLE算法对上述控制方程进行了数值求解。
2.2几何模型的建立
本文的研究对象为28层大厦楼顶的室外机，空调室外机设备平台位于楼顶，平台四周为女儿墙，平台中部为圆形网架屋面，空调室外机组冷凝器，安放在女儿墙和网架屋面之间的一块空地上，安装完工后，机组地面与玻璃幕墙和网架屋面落差为3米。空调外机的外形尺寸为1700×1000×760、1700×1300×760。
根据楼顶空调外机的安装布置，以及机组等相关信息，建立了CFD流体仿真的模型，计算区域包含了空调机组外机的放置区域，并且计算中考虑了周围玻璃幕墙和网架屋面遮挡对机组回风的影响。
考虑到计算的精度，整个模型中全部使用高质量的六面体网格，并对机组附近的网格进行了局部加密，以更准确的模拟机组进风换热状态。
2.3边界条件的设置
环境参数：按照设计的名义工况，大气环温为35℃，压力为0.1MPa；不考虑环境有风状态，且室外机组附近无其他热源，计算中也不考虑太阳辐射的影响。机组的排热量及风量如表1所示：
图2东西向，南北向切面温度分布
如图1、2中切面图所示，区域A处的回风温度为整个区域最高，约50oC~52oC；区域B由于处于两排机组的中间，因此回风温度也较其余地区高，最高约46.5oC。当回风温度过高时，将降低室外机盘管的换热效果。对于空调系统，当回风温度达到52oC时，虽然机组仍可继续工作，但是其能效比将会大大降低，当环境温度提高时，回风温度也随之提高，机组消耗的功率也将随之急剧提高，此时造成能源的极大的浪费。模拟中的环境温度为空调设计温度（35oC），按照设计要求，室外设备的环境温度为-15～45oC，相对湿度为0～100%的条件下，空调系统应能每天24小时、每年365天连续正常运行[5]。当环境温度为40oC时，与35oC的环境温度相比相比，机组的能耗增加10%。对于本文中的空调外机布置方案，能耗将进一步增加。当环境温度高于35oC时，回风温度势必高于52oC，进而可能导致机组高压保护，导致停机。因此，必须采取措施改善气流组织，降低回风温度。
4结论和建议
综上所述，当空调室外机集中布置，且周围设置女儿墙时，部分机组的回风温度过高，将会增加机组的制冷能耗，当室外环境高于35oC时，极可能导致空调机组的高压保护而停机，鉴于此，可考虑以下改善措施：
（1）对空调外机的布置进行优化，如：加大空调外机排列间隔，将大容量机组置于靠外的区域，提高机组的（离地面的）安装高度。
（2）取消部分女儿墙，或更换为格栅，增强空气流动，充分利用自然风对空调外机进行换热。
通过以上的措施，有效的改善了空调外机的热环境，提高了机组的运行效率。
参考文献：
[1]周宴平，吴静怡，王如竹．变频多联空调与屋顶式整体机组的能耗仿真对比研究.[DB]
[2]FlaktK.K.，谭洪卫等，空调设计中的CFD应用，现代空调，1999，第一辑，6-16
[3]尹奎超，由世俊.侧式站台中活塞风的利用及对站台环境的影响规律研究[D]，天津，天津大学，2008
[4]陶文铨，数值传热学[M]，陕西：西安交通大学出版社1988：431-451
[5]无锡地铁集团有限公司.无锡地铁1号线控制中心及配套工程变制冷剂流量空调系统工程项目招标文件[G]．无锡，2012：5-12．