凹槽内两台空调室外机相对安装位置对周围热环境的影响

金梧凤刘硕徐磊任立月

(1天津商业大学天津制冷技术重点实验室 天津 300134;2联通云数据有限公司廊坊市分公司 廊坊 065000;3恒信大友(北京)科技有限公司 北京 100083)

凹槽内两台空调室外机相对安装位置对周围热环境的影响

金梧凤1刘硕1徐磊2任立月3

(1天津商业大学天津制冷技术重点实验室 天津 300134;2联通云数据有限公司廊坊市分公司 廊坊 065000;3恒信大友(北京)科技有限公司 北京 100083)

本文以焓差实验室为平台，以住宅建筑凹槽内的两台某型号分体式空调室外机的安装条件为研究对象，研究三种室外机安装条件对周围热环境、空调器EER和凹槽面积的影响。凹槽内室外机的三种安装条件分别为同一平面相互垂直安装(两室外机在同一高度，室外机长度延长线互相垂直相交)、同一平面左右水平安装(两室外机在同一高度，室外机长度延长线共线)及沿外墙上下垂直安装(不同高度，室外机高度延长线共线)。实验结果表明:该型号两台室外机同一平面垂直安装时，建议水平间距(平行于外墙)d1≥650 mm，小于此间距时，距百叶较远的室外机运行环境恶劣，回风温度高于正常运行温度45℃;垂直间距(垂直于外墙)d2选择300 mm左右，继续增大则回风温度上升;当凹槽内两台室外机间不具备水平安装条件，但满足水平、垂直间距大于650 mm×300 mm空间要求时，建议采用平面垂直安装方式。水平安装时，回风效果较好，但考虑凹槽占用面积大，且水平间距d1＞70 mm后，回风温度和EER都趋于平稳，故最佳间距为70 mm。上下垂直安装时，凹槽占地面积小于水平安装方式和平面垂直安装方式，回风效果明显优于平面垂直安装方式，最低回风温度甚至低于水平安装方式，最佳间距为150 mm。

室外机;安装位置;能效比;回风温度;热环境

AbstractThe installation conditions of two outdoor units were examined experimentally in an enthalpy-potential laboratory platform in this study.The influence of three installation conditions of outdoor unit on the surrounding thermal environment，air conditioner EER and groove area was studied.Three kinds of the outdoor unit installation conditions of groove were vertical installation of the same plane(two outdoor units at the same height， the length extension line of the outdoor unit perpendicular to each other and intersect)， horizontal installation of the same plane(two outdoor units at the same height，the length extension line of the outdoor unit is collinear)and parallel installation in height direction along the wall(two outdoor units at different heights，the height extension line of the outdoor unit is collinear)， respectively.For vertical installation in the same plane，the results suggest that horizontal distance(parallel to the exterior wall)d1should not be less than 650 mm.Otherwise， a less favorable ambient environment will be obtained for the outdoor unit， and the return air temperature will be higher than normal， at 45 ℃.Further， the vertical distance(perpendicular to the exterior wall)d2is recommended as 300 mm because bigger distance would cause the return air temperature to rise.If the slots do not match the installation conditions，but meet the horizontal and vertical spacing requirements(greater than 650 mm ×300 mm)，the perpendicular installation method to yield vertical installation in the same plane is recommended.The return air effect is good when plane installation is employed，and the considered grooves occupy a large area.Further，neither the return air temperature nor energy efficiency ratio(EER)increase obviously whend1is more than 70 mm;thus， the optimal distance is 70 mm.When vertical installation perpendicular to the plane is employed， the groove area is less than those for horizontal installation and vertical installation in the same plane，and the return air effect is considerably better than that for vertical installation in the same plane.In addition，the lowest return air temperature is lower than that for plane installation;thus，the optimal distance is 150 mm.

Keywordsoutdoor unit;installation position;energy efficiency ratio;return air temperature;thermal environment

近年来，分体式空调因其占地小、噪声低、使用灵活等优点在建筑中普遍得到使用。作为空调系统中耗电量最大的室外机，通常安装在侧墙或屋顶上[1]。但出于美观的需求，建筑设计师常把空调室外机机摆放至凹槽内，并采用百叶等构件进行遮蔽[2]。夏季，当室外机回风温度较高，甚至超过环境温度，室外机与环境的换热越来越困难，导致空调性能降低[3]造成冷凝器因高温保护而停机。

目前，针对室外机的周围热环境，国内外学者进行了大量的相关研究。数值模拟研究方面，T.T.Chow等[4]以冷凝温度和冷凝机组的效率为标准，确定了室外冷凝机组的最佳安装方式;A.Avara等[5]研究了安装在被三面墙包围的有限空间内的室外机组，得出空间大小改变时所对应的室外机组离支撑墙的最佳安装距离D;张景等[6]采用源汇模型得出进风不“短路”时多台室外机组的最佳布置距离;张燕等[7]应用Fluent软件研究了凹槽内同时安装多台室外机时应采用的安装距离及角度，结果表明:垂直安装方式不仅凹槽占有面积小，而且能够得到良好的室外热环境。程卓明等[8]结合模拟和实验发现百叶开度为45°时，室外机冷凝器的进风温度为35.9～38.3℃。

凹槽内安装多台室外机，室外机间会相互影响，不佳的安装方式和安装间距将导致热环境恶劣，影响空调的使用性能，造成不必要的能耗，严重时甚至使设备保护性停机或烧毁电动机。针对凹槽内同时容纳多台室外机的情况，以前的国内外研究大多集中在数值模拟方面，实验则仅侧重于探讨凹槽内设置一台室外机时的情况。本实验以凹槽内安放两台LS-83541AT型室外机为研究对象，观察并记录同一平面相互垂直、同一平面左右水平和沿外墙上下垂直三种不同安装方式下的排、回风温度、出口风速和输入功率，计算得出散热量及EER，经比较得出最优安装方式和安装间距，为室外机的安装条件提供基础数据和研究方法。

1 实验设计

1.1 影响因素

室外冷凝机组离墙的距离，百叶的形式、间距、开启方向、角度和室外机距百叶距离对室外机周围热环境产生明显影响[8-11]，正前方室外风速对能效比的影响最大，随着正前方室外风速的增加，能效比最高下降4.8%[12]，因此，本实验忽略室外风速的影响。此外，凹槽内室外机正确的安装方式和安装间距能够保证夏季室外机有良好的运行环境，可使住宅电耗减少3 ～8(kW·h)/(m2·a)[13]。

1.2 实验装置及实验方法

实验选择在天津商业大学焓差实验台(图1)进行，实验台包括模拟室内环境和室外环境的模拟小室，由保温壁面隔开;实验台有两套用于室内侧和室外侧小室的制冷系统和空气处理系统，以及自身的控制系统和数据采集设备。通过调节焓差实验台的各个系统将室内侧小室和室外侧小室调整至所需状态，模拟夏季空调运行时的室内外温湿度。室外侧模拟房间温度为35℃，室内侧模拟房间温度为25℃，空调温度为18℃。

图1 焓差实验台Fig.1 The lab of enthalpy difference

实验装置(图2)包括两台LS-83541AT型室外机，冷凝器形状为L型，因此室外机有两侧进风口，左侧和上侧为进风口，具体参数如表1。凹槽使用厚度为5 mm的三合板代替，并附以百叶遮挡。4个多点风速仪探头均匀布置在排风口附近测量风速，T型热电偶布置在回、排风口处测量温度，数据经数据采集器传输至室外计算机进行记录，空调机输入功率由功率仪测得，具体参数如表2所示。

图2 实验装置Fig.2 Experimental device

表1 室外机参数Tab.1 The outdoor machine parameter

表2 室外机参数Tab.2 The range and accuracy of experimental devices

实验选用GB/T 7725—2004[11]标准规定的空调器焓差法，测试空调器的制冷性能。首先直接测试室外机进、排风口位置的风速、温度，计算室外机的散热量，再利用功率仪测量压缩机的功率，二者相减得出空调制冷量。

室外机散热量及空调器制冷量以及能效比计算如下:

式中:Q0为室外机散热量，W;tc为平均出口温度，℃;ti为平均进口温度，℃;c为空气比热容，J/(kg·℃);m为空气质量流量，kg/s;Qa为室外机制冷量，W;PE为压缩机输入功率，W;EER为能效比。

实验采用对不同安装条件下空调室外机周围热环境的数值模拟[10]所得的最佳安装距离和百叶形式，在此不再赘述，具体参数见表3。

表3 室外机安装距离及百叶形式Tab.3 Mounting distance of the outdoor machine

1.3 实验工况

在进行实验工作之前，进行了相关的文献搜集和资料分析[14-21]:室外机的安装不仅要考虑周围散热是否良好，同时要具有足够的空间便于检修维护，位置要尽量隐蔽，避免影响房子外观和噪音影响室内，另外考虑室外机占地面积过大，会造成住宅面积减小，故多台室外机应在满足性能要求的前提下尽量紧凑安装。

凹槽内两台室外机常见的安装方式如图3所示，为了得出凹槽热环境和EER随安装间距变化的准确变化趋势，间距变化应尽量小，而过大的间距研究范围无实际价值，故确定如表4所示的具体实验工况。

图3 室外机安装方式Fig.3 Installation types

实验研究了两台LS-83541AT型分体式空调室外机，由于不同空调厂家生产的空调器类型不同，空调器性能参数、室外机尺寸和散热强度也不同，研究范围限于凹槽内的两台LS-83541AT型室外机安装条件对其周围热环境的影响，但研究结果可为为室外机的安装条件提供基础数据和研究方法。

表4 实验工况Tab.4 Experiment condition

2 实验结果及分析

2.1 同一平面相互垂直安装

1)水平间距d1变化

首先研究同一平面相互垂直安装方式中水平间距d1对室外机周围热环境的影响，具体实验工况如表4中A1～A9所示。

室外机2排风形成“气流壁”[7]阻碍室外机1的排风，部分热量无法排出凹槽而被室外机1回风口吸入形成“气流短路”，故室外机1回风温度始终高于室外机2;随着d1的增大，室外机2的排风被室外机1的排风带出凹槽，凹槽内整体温度下降。

由图4(a)可知，随着d1增大，两台室外机的回风温度均有下降的趋势:在250～350 mm阶段，室外机1的回风温度下降幅度最大，为1.24℃。在550～650 mm阶段，室外机2的回风温度下降幅度最大，为2.1℃。由图4(b)可知，250～350 mm阶段，室外机1的EER增加幅度最大，为0.19;550～650 mm阶段，室外机2的EER增加幅度最大，为0.53。

距离越大，室外机的回风温度越低，EER越高，但是同样会增大凹槽的面积，使得建筑的有效利用面积减少，增加建筑面积成本。综合考虑面积成本和两台室外机回风温度、EER的变化趋势，可以认为水平间距宜d1≥650 mm。

2)垂直间距d2变化

图4 回风温度和EER随d1的变化Fig.4 Return air temperature and EER vary with the d1

同一平面相互垂直安装方式中垂直间距d2对室外机周围热环境的影响，实验工况如表4中A′1～A′7所示。

室外机1的回风温度受室外机2的排风和室外机1距百叶的距离影响，d2较小时，室外机1排风被室外机2排风形成的“气流壁”阻挡回到回风口，形成“气流短路”，室外机2由于后回风侧靠近百叶，回风温度较低。虽然d2的增加使得室外机1受室外机2排风影响减小，回风温度下降，但当距离继续增大(d2＞300 mm)时，由于室外机1出风静压有限，离百叶过远，并且在室外机2排风气流的干扰下，室外机1排出的热气流不能够完全排出凹槽，使凹槽内的整体温度回升。

由图5(a)可知，随着d2的增大，两台室外机的回风温度出现先减小后增大的趋势，当d2=300 mm时回风温度最低，分别为46.41℃、42.71℃。由图5(b)可知，EER随着d2的增大先增大后减小，当d2=300 mm时达到最大，室外机1和室外机2的EER分别为2.08、1.63。因此，可认为垂直间距d2宜选取300 mm。

图5 回风温度和EER随d2的变化Fig.5 Return air temperature and EER vary with the d2

2.2 同一平面左右水平安装

同一平面左右水平安装方式对室外机周围热环境的影响，具体实验工况如表4中B1～B5所示。

由图6(a)可知，随着水平距离d的增大，室外机1和2的回风温度都有下降的趋势，在50～70 mm阶段分别有最大下降幅度，分别为1.78℃和0.61℃，在d=70 mm时达到最低值。之后由于两台室外机之间气流场的相互作用导致回风温度略有回升，但幅度较小，可以认为当d继续增大，这种影响会逐渐减小，回风温度逐渐趋于稳定。由图5(b)可知，空调1和2的EER随d增大而增大，在d=70 mm时达到最大值，之后由于气流场的作用产生小幅波动，可认为随着气流场作用的减弱趋于稳定。

图6 回风温度和EER随d的变化Fig.6 Return air temperature and EER vary with the d

考虑建筑本身对凹槽长度的限制，可认为同一平面左右水平安装时，d=70 mm时就可以保证较为理想的室外机热环境。

2.3 沿外墙上下垂直安装

上下垂直安装方式对室外机周围热环境的影响，具体实验工况如表4中C1～C6所示。

室外机1置于室外机2下方，空间狭窄，凹槽外的低温空气不易进入到室外机1的回风口，而更易通过室外机2的上空进入到室外机2的回风口。随着垂直距离h的增大，室外低温空气可通过两台室外机的缝隙进入到室外机的回风口，使凹槽内温度降低。当h＞150 mm时，更大的缝隙不会造成温度降低。

由图7(a)可知，随着室外机间距的增大，回风温度呈现出先减小后趋向稳定的趋势，当h=150 mm时回风温度降到最低，然后趋于稳定。

由图7(b)可知，两台室外机的EER先升高后稳定，当h=150 mm时升到最大，然后趋向稳定。当h=150 mm时，室外机1和室外机2的EER比h=0 mm时分别升高了7.01%和6.85%。综上所述:选择沿外墙上下垂直安装时，垂直间距h宜大于150 mm。

3 结论

本文以凹槽内两台LS-B3541AT型分体式空调室外机为研究对象，分析了室外机相对安装方式和安装间距对室外机周围热环境和空调EER的影响，得出了如下结论:

图7 回风温度和EER随h的变化Fig.7 Return air temperature and EER vary with the h

1)当凹槽内同一平面相互垂直安装时，不建议室外机间水平距离d1＜650 mm，原因在于小于此间距时，距百叶较远的室外机运行环境恶劣，回风温度高于正常运行温度45℃;垂直距离d2约为300 mm时达到最佳回风效果，继续增大则回风温度上升;当凹槽内两台室外机间不具备水平安装条件，但满足水平、垂直间距大于650 mm×300 mm空间要求时，建议采用同一平面相互垂直安装方式。

2)室外机同一平面左右水平安装回风效果较好，但考虑凹槽占用面积大，且水平间距d＞70 mm后，回风温度和EER都趋于平稳，故同一平面左右水平安装方式间距d=70 mm时就可以达到为理想的室外机热环境。

3)沿外墙上下垂直安装方式的凹槽占地面积小于同一平面左右水平安装方式和同一平面相互垂直安装方式，回风效果明显优于同一平面相互垂直安装方式，最低回风温度甚至低于同一平面左右水平安装方式，考虑回风温度在垂直间距＞150 mm后趋于稳定，故建议沿外墙上下垂直安装间距宜＞150 mm。

4)本实验只针对两台室外机的相对安装位置进行了研究，为最低限度减小凹槽对能效比的影响，今后还将对凹槽大小和形状、百叶间距和角度、室外温度等因素的影响做进一步研究。

本文受天津市创新团队项目(TD12-5048)资助。(The project was supported by the Tianjin Innovation Team Project(No.TD12-5048).)

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Effect of Relative Position of Two Sets of Outdoor Units Installed in Groove on Surrounding Thermal Environment

Jin Wufeng1Liu Shuo1Xu Lei2Ren Liyue3
(1.Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology， Tianjin University of Commerce， Tianjin， 300134， China;2.Unicom Cloud Data Co.， Ltd.， Langfang Branch， Langfang， 065000， China;3.Beijing T&S Technologies Co.，Ltd.， Beijing， 100083， China)

TB61+1;TB657.5

A

2016年11月4日

0253-4339(2017)05-0014-07

10.3969/j.issn.0253-4339.2017.05.014

金梧凤，男，副教授，天津商业大学机械工程学院，13802186472，E-mail:kob@tjcu.edu.cn。研究方向:空调系统优化。

About the corresponding authorJin Wufeng， male， associate professor， Institute of Mechanical Engineering， Tianjin University of Commerce， +86 13802186472，E-mail:kob@tjcu.edu.cn。Research fields:air-conditioning system optimization.