超低能耗高层住宅室外机运行环境模拟分析

0 引言

在“双碳”目标的引领下，建筑行业正在不断进行创新与改变。为更早实现低碳排放与节能转型，超低能耗建筑发展迅速，并在各个地方开展超低能耗建筑示范区试点。上海等夏热冬冷地区超低能耗建筑主要通过热工性能较好的围护结构、暖通空调节能、电气节能和可再生能源等措施来满足超低能耗建筑供暖空调、照明、生活热水、电梯总能耗控制指标

，因此，多联机空调系统在高层超低能耗住宅中得到广泛的应用，室外机作为空调系统的重要组成部分，其运行环境直接影响整个空调系统的能效比

，进而影响空调能耗

。

在超低能耗住宅的设计中，通常在建筑凹槽或天井设置室外机安装平台，从而保持建筑外立面的美观性，但安装平台也存在一些问题，室外机平台布置位置不合理，周围构筑物的遮挡，可能会导致天井内部热量堆积，“热风”短路

，周围环境温度过高，导致空调进入停机保护模式。为进一步分析多联机空调系统室外机运行环境的主要影响因素，本文采用CFD模拟软件对上海地区超低能耗建筑的室外机运行环境进行模拟分析，对运行环境较差的室外机平台布置进行优化，从而保证空调系统的正常运行。

1 项目概况与方法概述

1.1 项目概况

该项目位于上海市浦东新区，根据建筑的空调系统类型和室外机平台设计特点，选取项目的A、B、C三个典型楼栋进行分析，各楼栋天井及周围区域如图1所示。

为保证建筑外立面的美观，3栋楼栋均采用多联机空调系统且室外机均布置在建筑北部天井设备平台，各楼栋天井尺寸如表1所示，天井外部为敞开式连廊，其中A、B 2栋均为18层，C栋为16层，各楼层布置均相同。

1.2 方法概述

采用数值模拟的手段对典型楼栋的墙面、天井与室外机进行简化建模，模拟主要考虑夏季室外机散热工况，室外气温采用室外干球温度，不考虑室外风对室外机散热的影响，根据建筑图纸确定天井平台室外机的数量、样本参数、确定模拟的边界条件，模拟分析各楼栋最不利工况下室外机散热情况。

2011年，美国食品与药物管理局（FDA）批准数字乳腺断层摄影技术应用于临床乳腺肿瘤筛查工作中。国内方面近年来，随着DBT技术被获许进入市场以后，国内对DBT技术的应用研究运营而生。我院也获批市内首台断层乳腺摄影机（美国豪洛捷公司），投入使用后使乳腺诊断效能有所提高。中国女性往往腺体属于不均匀致密及极度致密的类型较多，DBT在这类致密型乳腺肿块的显示方面表现优异。与FFDM相比，DBT较清晰地显示了肿块的边界、准确数量、边缘情况、肿块均匀性、周围组织之间关系以及伴随征象。本研究通过对比FFDM与DBT对乳腺肿块诊断的正确性，从而探讨数字乳腺断层摄影（DBT）技术对乳腺癌的诊断价值。

2 模型的建立与边界条件

2.1 各楼栋模型的建立

根据A、B、C三栋楼室外机运行环境模拟结果分析可知，A栋室外机平均进风温度最高，可能会影响空调机组的正常运行。本文对A栋室外机位置进行优化，由于设计方案A栋室外机位置相对B、C两栋比较封闭，且A栋外廊两侧为玻璃围挡，B、C两栋为透风栏杆，A栋室外机运行环境相对B、C两栋更为不利。

2.2 边界条件的设置

统计结果，绘制各室外机平均回风温度的变化曲线图（如图4所示）。从图中可以看出，随着楼层的升高，室外机周围环境温度越来越高。

3 结果分析与优化

3.1 设计方案模拟结果分析

截取A、B、C三个楼栋天井内室外机出风口中心面，得到室外机垂直与水平截面温度云图与速度矢量，来评估各楼栋室外机的散热情况。

各楼栋垂直截面温度场如图3所示。

[19]王理万：《立法官僚化：理解中国立法过程的新视角》，《中国法律评论》2012年第2期，第119页。

由图3可知，在无风条件下，各个楼栋天井内室外机吹出热风主要通过室外温度较低的空气对流换热的方式来保证室外机的正常运行。在热压的影响下，室外机进风口在一定程度上受到下层室外机排风影响，低层排出的热量会被高层室外机的进风口吸入。

良渚反山遗址12号墓玉钺一套3件，其中钺通长70厘米，上端宽14.4厘米，刃部宽16.8厘米，最厚0.9厘米，孔径0.53厘米。此钺南瓜黄色，有透明感。上部有孔，但很小，显然，不是用来悬挂和捆扎用的，那么，它到底作何用？是装饰，还是别的？不得而知。

为简化边界条件，假设外墙为绝热壁面，不考虑太阳、墙面辐射等因素，室外机为满负荷运行状态，室外环境温度采用上海市室外干球温度34.4℃，空气考虑重力和热浮升力的影响，将室外机内部冷凝器设置为固定的体积热源，发热量为空调的制冷量与功率之和，排风扇采用fan边界，风量采用室外机循环风量。采用RNG K-ε方程进行计算。根据闫艺文等

室外机的温度实测与本方法相应边界条件的模拟结果分析，从而保证了模拟结果的合理性。具体室外机参数如表2所示。

由于A栋室外机散热量较大，室外机进风平均温度较高，其中室外机最高平均进风温度为48.93℃，该栋楼当前布置方式，室外机散热效果较差，可能影响正常运转

；B栋的天井内凹较深，室外机最高平均进风温度为44.37℃；C栋天井内凹深度最浅，室外机的最高平均温度为38.23℃，室外机的热量排出效果良好。

以某银行的手机银行B2C 支付功能为例，如图4，确定性有限自动机最初处于未登录的状态，经过一系列交易进入支付模块，用户选择不同的验签方式使得服务器记录不同的交易报文，根据不同的交易名称，确定性有限自动机状态转移到不同的支付分支进行处理，支付完成后返回到共同的交易完成状态，再进行后续交易直至退出，进入终结状态。

如今，兼任了贵州省大数据产业发展应用研究院首任院长的梅宏，正不断壮大具有核心竞争力的大数据产业，推动着贵州大数据产业集群发展。

由图5可知，A栋室外机的设备平台的外侧被隔墙和连廊玻璃围挡遮挡，室外机进风口与排风口位置相对封闭，背面与侧面的进风速度集中在0~2.66 m/s；热量集中在天井的内侧区域，无法从天井直接排出到敞开连廊，速度集中在0~1.33 m/s，换热效果较差；机组排风速度集中在0~5.33 m/s之间。

水平截面可以更加直观地观察室外机排风口和进风口的温度场和速度场分布。分别截取A、B、C三个楼栋室外机进风温度较高的顶层室外机排风口中心点水平截面（如图5~7所示）。

本文模拟室外环境温度设置为34.4℃，室外机为满负荷运行状态，不考虑室外风等影响因素，根据上海气象参数

可知，夏季室外温度高于34.4℃全年小时数为71 h，A、B两栋设计方案高层室外机在该时间段室外无风的情况下可能会进入停机保护的状态。

由图7可知，C栋天井的内凹深度较小，整个室外机周围气流集中在0~5.33 m/s之间，背面与侧面的进风速度集中在0~2 m/s，室外机运行环境较好，可以正常工作。

根据各楼栋不同楼层室外机平均进风温度的

由图6可知，B栋天井的内凹深度较大，在热压的作用下，背面与侧面的进风速度集中在0~4 m/s，热量集中在天井的内侧，造成高层区域热量容易堆积，从而导致该区域室外机进风温度较高，室外机的排风速度集中在0~5.5 m/s。

3.2 优化方案模拟结果分析

采用三维建模软件对A、B、C三个楼栋的天井、设备平台、空调外机和周围墙体建模如图2所示。A栋外廊两侧为玻璃围挡，B、C栋外廊两侧为透风栏杆，考虑透风栏杆对设备平台的散热影响较小，模型未考虑透风栏杆的建立。

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将A栋连廊的玻璃围挡改为透风栏杆，并且把室外机设备平台从天井的左侧移至右侧（如图8所示）。

2.2 各组血清中心肌酶指标浓度比较 与正常组相比，模型组小鼠CK-MB、cTnI、Hb升高，差异有统计学意义（P＜0.05）。与模型组相比，阳性组、黄芩茎叶黄酮组CK-MB、cTnI、Hb降低，具有剂量依赖性，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

对A栋室外机运行环境优化方案进行模拟，结果分析如下。

A栋优化方案垂直截面温度场如图9所示。从图中可以看出，室外机排出热量在热压的作用下不断上升，与天井及以外连廊空气混合后，温度下降明显。天井内室外机最高平均进风温度为39.35℃，相比A栋未优化前室外机最高平均进风温度下降了9.58℃，根据A栋优化方案不同楼层室外机平均进风温度的统计结果，绘制各室外机平均回风温度的变化曲线图（如图10所示）。A栋优化后室外机平均进风温度大大降低，减弱了热压作用下热量的累积效应。

由图11可知，由于室外机靠天井外连廊较近，天井深度较浅，连廊采用透风栏杆，天井与连廊空气混合冷却效果较好，整个室外机周围气流集中在0~5.12 m/s之间，背面与侧面的进风速度集中在0~2.6 m/s，且室外机采用双风扇进行排风，散热情况较好，可以正常工作。

3.3 能耗结果分析

上海地区超低能耗高层住宅建筑采用总能耗控制指标，全年单位套内面积一次能源消耗量不超过60 kWh/m

，而空调能耗占总能耗比重最大，占比约为40%~60%，夏季室外机能耗占空调能耗比例约为40%

，而通常能耗模拟未考虑室外机运行环境热量堆积造成运行环境温度升高而导致空调能耗的上升。据相关研究

可知，在夏季工况下，空调室外机运行环境温度每升高1℃，空调能效比会降低3%，A栋在保证制冷正常运行的工况下，设计工况下制冷COP比优化工况降低了28.74%，对超低能耗建筑夏季空调能耗影响较大，从而导致能耗模拟指标与实际运行能耗相差较大。

4 结论

本文采用数值模拟的方法对上海地区超低能耗典型高层居住建筑天井内室外机运行环境进行分析，得到以下结论：

1）在热压的作用下，室外机运行环境温度会随着楼层的升高而升高；当天井外侧有隔墙、玻璃围挡遮挡时，天井与连廊的通风效果较差，对设备平台室外机散热影响很大；当室外机位于天井内侧，天井深度越大，室外机排出热量越容易在天井高层区域堆积，从而导致空调运行能耗的增加。

2）当室外机设备平台位于天井内部时，天井的外侧连廊应采用透风栏杆；当天井与连廊存在隔墙时，室外机设备平台应设置在天井内的无隔墙遮挡侧，防止室外机排出热量在天井隔墙侧堆积；设备平台位于天井内部极大程度保证了建筑外立面的美观，同时要应尽可能减小天井的深度，确保室外机运行环境的温度低于停机保护温度，从而减小超低能耗建筑模拟预测空调能耗与实际运行空调能耗的误差。

［1］华东建筑设计研究院有限公司.上海市超低能耗建筑技术导则(试行)［S］.上海市住房和城乡建设管理委员会，2019.

［2］李根，雷谦，郑春龙，等.住宅小区室外风环境对分体空调室外机出风效果的影响研究［J］.科技创业月刊，2016，29(17):3.

［3］叶宏，华君，叶瑞芳.住宅空调器室外机的安装位置与节能［J］.住宅科技，2003(7):24-27.

［4］吴成斌，钟瑜，石文星.多联机季节运行性能评价指标的差异性分析［J］.制冷与空调，2012，12(5):6.

［5］闫艺文，李百毅，喻伟，等.住宅空调室外机安装平台优化设计［J］.暖通空调，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］中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑节能气象参数标准:JGJ/T 346-2014［S］.北京:中国建筑工业出版社，2014.

［8］傅新.夏热冬冷地区超低能耗居住建筑被动式节能技术研究.

［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.