关于超高层住宅多联机空调室外机设置问题的探讨

关于超高层住宅多联机空调室外机设置问题的探讨

焦磊杰

深圳市同济人建筑设计有限公司,广东深圳 51800

【摘要】多联机空调系统作为一种常见的空调形式，以其节能高效、安装维修简单、控制灵活以及计量方便等优点广泛应用于住宅、商业、办公等项目。随着超高层住宅建筑的使用，其存在的问题也逐渐暴露。本文针对超高层住宅建筑多联机空调室外机设置问题，通过多组CFD热压模拟，分析室外机运行状态参数，给出合理化室外机设置建议。

Discussion on the installation of outdoor units for multi line air conditioning in super high-rise residential buildings

Jiao Leijie

TONGJI ARCHITECTS Co.,Ltd. SHENZHEN,Shenzhen 51800,China

Abstract: As a common form of air conditioning, multi line air conditioning systems are widely used in residential, commercial, office and other projects due to their advantages of energy efficiency, simple installation and maintenance, flexible control, and convenient measurement. With the use of super high-rise residential buildings, their existing problems are gradually exposed. This article focuses on the problem of setting up outdoor units for multi line air conditioning in super high-rise residential buildings. Through multiple sets of CFD thermal pressure simulations, the operating state parameters of outdoor units are analyzed, and reasonable suggestions for setting up outdoor units are given.

【关键词】多联机空调；CFD热压模拟；运行状态；室外机设置建议

Keywords: multi line air conditioning; CFD hot pressing simulation; Operating status; Suggestions for setting up outdoor units

0引言

随着超高层住宅项目越来越多，空调室外机位设置问题也逐渐暴露出来，如：空调室外机位不合理，不便安装检修，导致的高空作业事故频发；空调室外机散热不良，导致的用户停机等问题。本次以风冷热泵型空调室外机为例，结合建筑对空调室外机位的设置，通过CFD热压模拟，分析其运行环境，进而给出合理的空调室外机布置方案；

1. 建筑概况及室外气象参数

1.1建筑概况：

本工程位于广东省深圳市，项目共8栋住宅塔楼，本次模拟分析楼栋建筑高度137.4m，1~2层为架空层及沿街商业，层高6m；3~43层为住宅，层高3m，其中16和31层为避难层，层高4.2m；

1.2室外气象参数【1】（选用地区：深圳）

2. 热压模拟

2.1模拟前分析

部分超高层风冷热泵型多联机空调运行效率低，甚至触发高压或低压停机保护的原因分析：风冷热泵机组以空气作为冷热源，由于空气的比热容小以及室外侧蒸发器的传热温差小等原因，需要较大风量进行散热，因而需要保证室外环境空气流畅，并不形成回流。

2.2模拟条件【2】

（1）模拟对象：3~43层设备平台各设置1台SWJ-140的空调室外机（1~2层裙房未设置）；

（2）空调室外机百叶：通透率80%、角度为0度直百叶；

（3）模拟室外温度：33.7℃（深圳夏季室外计算干球温度）

（4）鉴于建筑外部有其他建筑物影响，室外环境不考虑有风情况；

（5）空调外机附近无其他热源和阻碍空气流通的其他障碍物【2】；

（6）模拟假定机组已达到稳定运行状态（75%复核工况下运行），室外机同时使用系数按80%；

2.3室外机布置方案

方案1：空调外机位于给定建筑轮廓凹槽内，凹槽内空间直通到顶（凹槽宽度3.1m，深度5.0m）。

图1：室外机布置平面图                        图2：室外机模型平面示意图

以此室外机布置方案建立CFD热压模型，竖向温度场和竖向速度场分布，如图3、图4所示：

    图3：室外机1-1竖向截面温度场            图4：室外机1-1竖向截面速度场

通过以上模拟结果，截取典型温度场数据，如图5所示：

图5：方案1 室外机平均进风温度随层变化曲线

    从以上数据可以看出，在此模型条件下，26层以下楼层均小于空调室外机理想进风温度43℃，26层及以上楼层空调进风温度均大于43℃，并随着楼层的升高，室外机进风温度逐渐升高，热岛效应愈发明显。由此得出以下结论：在此方案下，设置在建筑凹槽内的空调室外机进风温度会随楼层增高逐渐升高，26层以上楼层空调室外机运行环境会随着楼层的增高、热量的积聚而变差，甚至有停机风险，故此方案需调整。

方案2：沿用方案1模型空调布置，在避难层（16层和31层）加隔板，将凹槽内热量导出建筑外轮廓线。（凹槽宽度、深度不变）

    从方案1的结论可以看出，空调室外机运行环境的恶化和热量的积聚有必然的联系，通过在避难层（16层和31层）设隔板，将热量导出建筑外轮廓线的方式，分段导出凹槽内积聚的热量，进而减少热量竖向的叠加效应；

以方案2建立CFD热压模型，对竖向温度场和竖向速度场进行分析并截取典型温度场数据，如图6所示：

图6：方案2 室外机平均进风温度随层变化曲线

    从以上数据可以看出，方案2避难层加板，不能有效导出凹槽内的热量，反而会导致热量更快的积聚在隔板下方，导致空调室外机进风温度快速升高。由此得出以下结论：建筑凹槽内避难层加隔板，将热量导出建筑外轮廓线的方案，不仅不能有效导出热量，反而会使室外机运行环境急剧恶化，导致更多楼层空调室外机无法正常运行，此方案不可行。

方案3：空调外机位于给定建筑轮廓凹槽内，凹槽内空间直通到顶，凹槽宽度3.1m，深度减小至3m，如图7所示。

方案4：空调外机位于给定建筑轮廓边沿空调机位处，空调机位宽度1.75m，深度0.6m，如图8所示。

        图7：方案3室外机布置平面图                 图8：方案4室外机布置平面图

分别以方案3和方案4建立CFD热压模型，对竖向温度场和竖向速度场进行分析并截取典型温度场数据，如图9、图10所示：

 图9：方案3室外机平均进风温度随层变化曲线      图10：方案4室外机平均进风温度随层变化曲线

    根据以上数据，通过方案1和方案3数据对比可知，随着建筑凹槽深度变小，空调室外机进风温度达到43℃时，可正常运行的楼层由26层增加至33层。并由方案4数据可知，模拟条件下，当空调室外机设置在建筑外立面时，所有楼层均可正常运行；由此得出以下结论：设置在建筑凹槽内的空调室外机，随着建筑凹槽深度变小，可正常运行的空调室外机楼层逐渐增多；设置在外立面的空调室外机位的空调机组，均可正常运行。

综上所述，在本次模拟条件下，超高层建筑单个户型仅在同一建筑凹槽内设置空调室外机位的方案不可行。结合项目实际情况及以上数据，本着减少对建筑外立面美观性的影响出发，兼顾空调系统正常运行的原则，现可通过方案5，有效解决空调室外机无法正常运行的问题。

方案5：每个户型设置两处空调室外机位，利用避难层（16层和31层）将塔楼竖向分成3段，每个建筑凹槽内仅允许设置两段空调室外机。通过分段设置的方式控制凹槽内空调室外机数量，以解决因空调数量叠加过多而产生的空调室外机运行环境恶化的问题。方案5空调室外机布置方案，如图11所示：

 a：竖向分段布置图                     b：A、B、C户型空调室外机布置方案图

图11：空调室外机布置方案示意图

3结论

    本文运用CFD热压模拟软件对深圳地区某超高层住宅项目，进行多联式空调室外机布置方案模拟，通过对多种布置方案模拟数据的对比研究，现总结如下：

（1）空调室外机位设置既要考虑建筑外立面美观，又要保证空调室外机组的正常运行，不能盲目设置，应在确定室外机方案前进行CFD热压模拟，确定方案的可行性，避免后期设备出现运行问题。

（2）对于建筑凹槽内设置多联式空调室外机的超高层项目，应注意热岛效应对较高楼层空调外机散热的影响，随着楼层的增高，热量累积越来越明显，室外机的运行环境越来越差，甚至有停机风险；

（3）空调室外机应尽量设置在建筑外立面空调位或者较浅建筑凹槽内，如建筑对立面要求较高，可适当调整单个户型空调室外机位的数量，参考本项目方案5，通过不同户型分段交叉设置的方式，解决空调室外机的散热问题。

参考文献

【1】中国建筑科学研究院.民用建筑供热通风与空气调节设计规范：GB50736-2012[J].北京：中国建筑工业出版社，2012:145

【2】夏可超.基于CFD模拟分析的深圳某超高层公寓多联机室外机布置研究[J] .城市建设理论研究(电子版).2022.7

作者简介：焦磊杰，1991年03月生，男，汉，河南南阳人，本科，工程师，从事暖通空调设计与研究