室外机布置对室内环境影响的数值模拟

室外机布置对室内环境影响的数值模拟

陈浩

深圳市华阳国际工程设计股份有限公司广州分公司，广州 广东， 510000

摘 要：本文运用CFD软件，对常见的室外机布置进行数值模拟分析，比较两种方案的优劣，用于辅助方案的确定。

关键词：空调布置；温度场；数值模拟

Numerical simulation of the influence of outdoor unit layout on indoor environment

CHEN Hao

（Guangzhou Branch of Shenzhen Huayang International Engineering Design Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong, 510000）

Abstract：In this paper, CFD software is used to carry out numerical simulation analysis on the layout of common outdoor units, and to compare the advantages and disadvantages of the two schemes for the determination of auxiliary schemes.

Key words：Air conditioning arrangement；Temperature field ；numerical simulation.

1 引言

目前，由于各小区中针对空调机位布置不当而引起的纠纷越来越多，设计与实际不相符是一个重要原因^[1]，空调室外机布置的是否合理成了评价建筑设计的一个重要重要因素^[2]，本文将针对常见的两种室外机布置进行数值模拟。此模拟过程与结果对于暖通专业在方案设计阶段的决策工作具有一定推广意义, 尤其是在不确定方案优劣可行的情况下, 可以借助气流模拟软件对室内外气流环境进行数值模拟比较, 用于辅助方案的确定。

2计算模型

图1 计算物理模型

根据笛卡尔三维坐标设计房间的长宽高分别为5m×4m×3m，阳台的长宽高分别为1m×4m×3m，在x=4.5m和x=5.5m（y=0.5m）分别设置分体式空调室内机和室外机，其大小为0.4m×0.1m×0.1m，在y=2m处设置宽高为0.1m×2.8m的门缝隙，当室内外机同时运行时，观察室外机的运行对室内环境的影响，在本次模拟过程中，将室外机布置分两种情况，一种是出风面2沿着X轴正方向（用A表示），另一种是出风面沿着Y轴正方向（用B来表示），对这两种情况分别进行分析。

2.1 数学模型

基于传热学、流体力学等基础理论知识，建立风流传热数学模型，作如下假设：

(1) 房间内风流为不可压缩流体，满足Boussinesq假设，忽略由流体粘性力做功引起的耗散热；

(2) 风流流动为非稳态紊流，流体的紊流粘性具有各向同性；

(3) 假设壁面风量不可渗透，气密性好，在壁面处扩散通量为0。

计算模型的运行应满足一下公式^[3]：

连续性方程：

动量方程：

能量方程：

式中， 、 、 为水流在 、 、 方向上的速度，m/s； 为温度，K； 为水流动力粘度系数，Pa·s； 为水流的热导率，W/（m²·℃）； 为比定压热容，J/（kg·K）； 为内热源项，W/m³。

2.2 边界条件设置

以圆管中流态判别准则公式Re=νd/ν知，本算例中的房间内风流流态为紊流，故采用三维标准k-ε模型。其中，湍流动能κ=0.05ν²，湍流动能耗散率ε=Cμ^0.75κ^1.5/0.07D^[11], Cμ一般取常数0.09，D为水力直径。

计算所用的材料参数为：室内空气密度ρ_a=1.225kg/m³,比热容C_pa=1.00643J/(kg·k),导热系数λa=0.0242W/(m·k),运动粘性系数ν=1.7894e-05kg/（m·s）。房间壁面为碳酸钙，密度ρ=2350kg/m³,比热容C_p=840 J/(kg·k)，热传导系数λr=1.43 W/(m·k)。

风口边界：设置室内机风口风速为1.5m/s，温度299k；室外机风口风速为2m/s，温度303k；

3 结果与分析

图2 X=3.5m处温度场布置 图3 Y=0.5m处温度场布置（方案A）

分析图2和图3可知，在室外机和室内机同时运行时，室外的温度明显高于室内，即便是通向阳台的门有缝隙，但是大量的热量依旧不能传递到室内，因此在目前高层楼房建造时，若是室外没有有效的空调机位，可将室外机布置在生活阳台之上，在旧楼改造的过程中，这是个较为简单方便的解决方案。分析图3和图4可知，在室内机布置位置和运行方式不变的情况下，改变室外机的布置方式并不能对室内温度场产生的很大影响，因此在房间和阳台之间有门隔开时，室外机的布置对室内没有影响。

图4 Y=0.5m处温度场布置（方案B）

4 结论

本文采用GAMBIT建模，结合FLUENT进行迭代计算，综合分析室外机布置对室内环境的影响得出结论，但是模型参数和计算数据的选择对计算结果有一定的偏差，需要进一步的探索。

参考文献：

[1] 时竹星.谈供热通风空调设计中常见问题[J].山西建筑, 2019, 45 (05) :104-105.

[2] 刘文青.我国暖通空调系统设计与运行阶段的节能探讨[J].中国设备工程,2018(24):188-189.

[3] 张国枢.通风安全学[M]. 徐州:中国矿E-mail:894448308@qq.com

业大学出版社,2011

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