超低能耗高層住宅室外機運行環境模擬分析

0 引言

在“雙碳”目標的引領下，建筑行業正在不斷進行創新與改變。為更早實現低碳排放與節能轉型，超低能耗建筑發展迅速，并在各個地方開展超低能耗建筑示范區試點。上海等夏熱冬冷地區超低能耗建筑主要通過熱工性能較好的圍護結構、暖通空調節能、電氣節能和可再生能源等措施來滿足超低能耗建筑供暖空調、照明、生活熱水、電梯總能耗控制指標

，因此，多聯機空調系統在高層超低能耗住宅中得到廣泛的應用，室外機作為空調系統的重要組成部分，其運行環境直接影響整個空調系統的能效比

，進而影響空調能耗

。

在超低能耗住宅的設計中，通常在建筑凹槽或天井設置室外機安裝平臺，從而保持建筑外立面的美觀性，但安裝平臺也存在一些問題，室外機平臺布置位置不合理，周圍構筑物的遮擋，可能會導致天井內部熱量堆積，“熱風”短路

，周圍環境溫度過高，導致空調進入停機保護模式。為進一步分析多聯機空調系統室外機運行環境的主要影響因素，本文采用CFD模擬軟件對上海地區超低能耗建筑的室外機運行環境進行模擬分析，對運行環境較差的室外機平臺布置進行優化，從而保證空調系統的正常運行。

1 項目概況與方法概述

1.1 項目概況

該項目位于上海市浦東新區，根據建筑的空調系統類型和室外機平臺設計特點，選取項目的A、B、C三個典型樓棟進行分析，各樓棟天井及周圍區域如圖1所示。

為保證建筑外立面的美觀，3棟樓棟均采用多聯機空調系統且室外機均布置在建筑北部天井設備平臺，各樓棟天井尺寸如表1所示，天井外部為敞開式連廊，其中A、B 2棟均為18層，C棟為16層，各樓層布置均相同。

1.2 方法概述

采用數值模擬的手段對典型樓棟的墻面、天井與室外機進行簡化建模，模擬主要考慮夏季室外機散熱工況，室外氣溫采用室外干球溫度，不考慮室外風對室外機散熱的影響，根據建筑圖紙確定天井平臺室外機的數量、樣本參數、確定模擬的邊界條件，模擬分析各樓棟最不利工況下室外機散熱情況。

2011年，美國食品與藥物管理局（FDA）批準數字乳腺斷層攝影技術應用于臨床乳腺腫瘤篩查工作中。國內方面近年來，隨著DBT技術被獲許進入市場以后，國內對DBT技術的應用研究運營而生。我院也獲批市內首臺斷層乳腺攝影機（美國豪洛捷公司），投入使用后使乳腺診斷效能有所提高。中國女性往往腺體屬于不均勻致密及極度致密的類型較多，DBT在這類致密型乳腺腫塊的顯示方面表現優異。與FFDM相比，DBT較清晰地顯示了腫塊的邊界、準確數量、邊緣情況、腫塊均勻性、周圍組織之間關系以及伴隨征象。本研究通過對比FFDM與DBT對乳腺腫塊診斷的正確性，從而探討數字乳腺斷層攝影（DBT）技術對乳腺癌的診斷價值。

2 模型的建立與邊界條件

2.1 各樓棟模型的建立

根據A、B、C三棟樓室外機運行環境模擬結果分析可知，A棟室外機平均進風溫度最高，可能會影響空調機組的正常運行。本文對A棟室外機位置進行優化，由于設計方案A棟室外機位置相對B、C兩棟比較封閉，且A棟外廊兩側為玻璃圍擋，B、C兩棟為透風欄桿，A棟室外機運行環境相對B、C兩棟更為不利。

2.2 邊界條件的設置

統計結果，繪制各室外機平均回風溫度的變化曲線圖（如圖4所示）。從圖中可以看出，隨著樓層的升高，室外機周圍環境溫度越來越高。

3 結果分析與優化

3.1 設計方案模擬結果分析

截取A、B、C三個樓棟天井內室外機出風口中心面，得到室外機垂直與水平截面溫度云圖與速度矢量，來評估各樓棟室外機的散熱情況。

各樓棟垂直截面溫度場如圖3所示。

[19]王理萬：《立法官僚化：理解中國立法過程的新視角》，《中國法律評論》2012年第2期，第119頁。

由圖3可知，在無風條件下，各個樓棟天井內室外機吹出熱風主要通過室外溫度較低的空氣對流換熱的方式來保證室外機的正常運行。在熱壓的影響下，室外機進風口在一定程度上受到下層室外機排風影響，低層排出的熱量會被高層室外機的進風口吸入。

良渚反山遺址12號墓玉鉞一套3件，其中鉞通長70厘米，上端寬14.4厘米，刃部寬16.8厘米，最厚0.9厘米，孔徑0.53厘米。此鉞南瓜黃色，有透明感。上部有孔，但很小，顯然，不是用來懸掛和捆扎用的，那么，它到底作何用？是裝飾，還是別的？不得而知。

為簡化邊界條件，假設外墻為絕熱壁面，不考慮太陽、墻面輻射等因素，室外機為滿負荷運行狀態，室外環境溫度采用上海市室外干球溫度34.4℃，空氣考慮重力和熱浮升力的影響，將室外機內部冷凝器設置為固定的體積熱源，發熱量為空調的制冷量與功率之和，排風扇采用fan邊界，風量采用室外機循環風量。采用RNG K-ε方程進行計算。根據閆藝文等

室外機的溫度實測與本方法相應邊界條件的模擬結果分析，從而保證了模擬結果的合理性。具體室外機參數如表2所示。

由于A棟室外機散熱量較大，室外機進風平均溫度較高，其中室外機最高平均進風溫度為48.93℃，該棟樓當前布置方式，室外機散熱效果較差，可能影響正常運轉

；B棟的天井內凹較深，室外機最高平均進風溫度為44.37℃；C棟天井內凹深度最淺，室外機的最高平均溫度為38.23℃，室外機的熱量排出效果良好。

以某銀行的手機銀行B2C 支付功能為例，如圖4，確定性有限自動機最初處于未登錄的狀態，經過一系列交易進入支付模塊，用戶選擇不同的驗簽方式使得服務器記錄不同的交易報文，根據不同的交易名稱，確定性有限自動機狀態轉移到不同的支付分支進行處理，支付完成后返回到共同的交易完成狀態，再進行后續交易直至退出，進入終結狀態。

如今，兼任了貴州省大數據產業發展應用研究院首任院長的梅宏，正不斷壯大具有核心競爭力的大數據產業，推動著貴州大數據產業集群發展。

由圖5可知，A棟室外機的設備平臺的外側被隔墻和連廊玻璃圍擋遮擋，室外機進風口與排風口位置相對封閉，背面與側面的進風速度集中在0~2.66 m/s；熱量集中在天井的內側區域，無法從天井直接排出到敞開連廊，速度集中在0~1.33 m/s，換熱效果較差；機組排風速度集中在0~5.33 m/s之間。

水平截面可以更加直觀地觀察室外機排風口和進風口的溫度場和速度場分布。分別截取A、B、C三個樓棟室外機進風溫度較高的頂層室外機排風口中心點水平截面（如圖5~7所示）。

本文模擬室外環境溫度設置為34.4℃，室外機為滿負荷運行狀態，不考慮室外風等影響因素，根據上海氣象參數

可知，夏季室外溫度高于34.4℃全年小時數為71 h，A、B兩棟設計方案高層室外機在該時間段室外無風的情況下可能會進入停機保護的狀態。

由圖7可知，C棟天井的內凹深度較小，整個室外機周圍氣流集中在0~5.33 m/s之間，背面與側面的進風速度集中在0~2 m/s，室外機運行環境較好，可以正常工作。

根據各樓棟不同樓層室外機平均進風溫度的

由圖6可知，B棟天井的內凹深度較大，在熱壓的作用下，背面與側面的進風速度集中在0~4 m/s，熱量集中在天井的內側，造成高層區域熱量容易堆積，從而導致該區域室外機進風溫度較高，室外機的排風速度集中在0~5.5 m/s。

3.2 優化方案模擬結果分析

采用三維建模軟件對A、B、C三個樓棟的天井、設備平臺、空調外機和周圍墻體建模如圖2所示。A棟外廊兩側為玻璃圍擋，B、C棟外廊兩側為透風欄桿，考慮透風欄桿對設備平臺的散熱影響較小，模型未考慮透風欄桿的建立。

蔡曉松指出，亨斯邁紡織染化的策略是與國內品牌進行合作，選擇一些注重企業社會責任的大型公司建立戰略合作關系，參與其產品開發，在他們的新品中注入亨斯邁元素。此外，公司還與一些團體、協會、學會進行合作，提出專業建議，引導行業的可持續發展。

將A棟連廊的玻璃圍擋改為透風欄桿，并且把室外機設備平臺從天井的左側移至右側（如圖8所示）。

2.2 各組血清中心肌酶指標濃度比較 與正常組相比，模型組小鼠CK-MB、cTnI、Hb升高，差異有統計學意義（P＜0.05）。與模型組相比，陽性組、黃芩莖葉黃酮組CK-MB、cTnI、Hb降低，具有劑量依賴性，差異有統計學意義（P＜0.05），見表2。

對A棟室外機運行環境優化方案進行模擬，結果分析如下。

A棟優化方案垂直截面溫度場如圖9所示。從圖中可以看出，室外機排出熱量在熱壓的作用下不斷上升，與天井及以外連廊空氣混合后，溫度下降明顯。天井內室外機最高平均進風溫度為39.35℃，相比A棟未優化前室外機最高平均進風溫度下降了9.58℃，根據A棟優化方案不同樓層室外機平均進風溫度的統計結果，繪制各室外機平均回風溫度的變化曲線圖（如圖10所示）。A棟優化后室外機平均進風溫度大大降低，減弱了熱壓作用下熱量的累積效應。

由圖11可知，由于室外機靠天井外連廊較近，天井深度較淺，連廊采用透風欄桿，天井與連廊空氣混合冷卻效果較好，整個室外機周圍氣流集中在0~5.12 m/s之間，背面與側面的進風速度集中在0~2.6 m/s，且室外機采用雙風扇進行排風，散熱情況較好，可以正常工作。

3.3 能耗結果分析

上海地區超低能耗高層住宅建筑采用總能耗控制指標，全年單位套內面積一次能源消耗量不超過60 kWh/m

，而空調能耗占總能耗比重最大，占比約為40%~60%，夏季室外機能耗占空調能耗比例約為40%

，而通常能耗模擬未考慮室外機運行環境熱量堆積造成運行環境溫度升高而導致空調能耗的上升。據相關研究

可知，在夏季工況下，空調室外機運行環境溫度每升高1℃，空調能效比會降低3%，A棟在保證制冷正常運行的工況下，設計工況下制冷COP比優化工況降低了28.74%，對超低能耗建筑夏季空調能耗影響較大，從而導致能耗模擬指標與實際運行能耗相差較大。

4 結論

本文采用數值模擬的方法對上海地區超低能耗典型高層居住建筑天井內室外機運行環境進行分析，得到以下結論：

1）在熱壓的作用下，室外機運行環境溫度會隨著樓層的升高而升高；當天井外側有隔墻、玻璃圍擋遮擋時，天井與連廊的通風效果較差，對設備平臺室外機散熱影響很大；當室外機位于天井內側，天井深度越大，室外機排出熱量越容易在天井高層區域堆積，從而導致空調運行能耗的增加。

2）當室外機設備平臺位于天井內部時，天井的外側連廊應采用透風欄桿；當天井與連廊存在隔墻時，室外機設備平臺應設置在天井內的無隔墻遮擋側，防止室外機排出熱量在天井隔墻側堆積；設備平臺位于天井內部極大程度保證了建筑外立面的美觀，同時要應盡可能減小天井的深度，確保室外機運行環境的溫度低于停機保護溫度，從而減小超低能耗建筑模擬預測空調能耗與實際運行空調能耗的誤差。

［1］華東建筑設計研究院有限公司.上海市超低能耗建筑技術導則(試行)［S］.上海市住房和城鄉建設管理委員會，2019.

［2］李根，雷謙，鄭春龍，等.住宅小區室外風環境對分體空調室外機出風效果的影響研究［J］.科技創業月刊，2016，29(17):3.

［3］葉宏，華君，葉瑞芳.住宅空調器室外機的安裝位置與節能［J］.住宅科技，2003(7):24-27.

［4］吳成斌，鐘瑜，石文星.多聯機季節運行性能評價指標的差異性分析［J］.制冷與空調，2012，12(5):6.

［5］閆藝文，李百毅，喻偉，等.住宅空調室外機安裝平臺優化設計［J］.暖通空調，2020，50(5):7.

［6］Avara A，Daneshgar E.Optimum placement of condensing units of split-type air-conditioners by numerical simulation［J］.Energy &Buildings，2008，40(7):1268-1272.

［7］中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑節能氣象參數標準:JGJ/T 346-2014［S］.北京:中國建筑工業出版社，2014.

［8］傅新.夏熱冬冷地區超低能耗居住建筑被動式節能技術研究.

［9］Shi Y L，Yang L，Zhang C L.Air management modeling of condensing units in a confined space and its impact on the chiller system performance［J］.Energy&Buildings，2011，43(10):2673-2677.