住宅室外机能耗影响因素的探析

周荣荣，戚玉丽，李清双，胡琳，杜林峰，裘奇达

（嘉兴学院，浙江 嘉兴 314001）

1 引言

我国大部分地区夏季炎热，冬季寒冷，空调作为环境温度调节设备已走进千家万户[1]。据统计，发达国家暖通空调能耗在建筑能耗中占比65%，可见暖通空调的节能是建筑节能的重点对象[2]。随着空调产量及销量的大幅增加，逐渐提高空调能效，实现节能降耗将尤为重要，这将有效推动国家节能减排方案的实施。优化空调室外机，降低能耗则成为提高空调能效、节能经济的一个重要途径。

2 影响空调室外机能耗的相关因素

2.1 部分空调室外机预留空间不足

现场空调安装中，并非所有室外机预留机位均能满足所要安装的空调室外机台数，有时2 间或2 间以上房间需要共用一个设备平台，但是建筑规划时往往只考虑了一台室外机的安放尺寸，使得多台室外机不得不挤在一起或上下叠放[3]。当多台室外机水平列阵布置时，布置间距将受到室外机组尺寸的影响，室外机组尺寸越大，达到同样的热环境所要求的间距要求也越大；当水平列阵布置的间距大于或等于2 m 时，机组吸气温度接近环境温度[4]。同理，当多台室外机垂直叠放时，由于热气流的上升，容易造成热量的积聚，从而影响室外机的运行性能。以夏季工况为例，室外机作为冷凝器使用，其进风温度每升高1 ℃，空调系统的COP 将降低约3%，当进风温度超过45 ℃时，空调系统将不能正常运行，甚至导致系统停机[5]。

综上，当多台室外机在相同位置同时工作运行时会造成周围环境温度的升高，这不仅增加了空调室外机的能耗，还降低了空调实际运行性能，造成能源的浪费，同时给周遭环境带来极大的安全隐患。

2.2 空调室外机周围热环境影响其散热

2.2.1 室外温度过高或过低

空调制冷和制热的极限温度分别为-7 ℃和42 ℃。对于人体而言，适宜人体且节能环保的夏季温度为26～28 ℃，冬季温度为18～22 ℃。室外温度过高或通风不畅会影响室外机的吸气和散热效果，不仅会降低空调室外机的运行效率，还可能因散热不畅影响压缩机的寿命。当温度过低时可能引起压缩机内润滑油黏度增大，导致压缩机启动不畅，甚至有点击绕组过流损坏的风险。实验研究表明：随着室外环境温度的增大，空调室外机的进风温度升高，室外机散热量及制冷量减小，能效比减小[6]。对于夏季制冷时，设定温度每调高2 ℃，可以节电20%；而对于冬季设定温度每降低2 ℃，空调就可以节电10%以上。

2.2.2 室外风向及风速的影响

当人们对室外机的进风参数及空调器的运行性能进行分析时，通常假设室外机外部条件一定，即室外机所处环境自然风速为0，或风速在某一方向相同的情况。但在空调器实际运行时，室外机外部环境的风向及风速都是会变的，同时，不同的建筑布局也会对室外机风环境产生一定的影响[7]。蒋悦波通过采用FLUENT 软件模拟和焓差实验室控制室外内模拟房间的工况，得出室外风右侧风向的平均进风温度低于正前风向室外风；随着正前方室外风风速的提高，能效比最高下降4.8%的变化规律。由此可知，室外机正前方风速的增加会加大空调室外机的能耗损失，降低空调器的能效比，造成能源的浪费，不利于节能环保。

2.3 通风百叶对空调室外机能耗的影响

通风百叶将空调室外机隐藏于建筑构件中，使之与建筑立面融为一体，达到协调统一的效果。不当的布置方式则会影响室外机的散热，能耗增加，空调的运行性能反而下降。而对于百叶窗的安装使用，应注意保证有效通风率≥75%[8]。

2.3.1 通风百叶的开度

蒋悦波通过采用FLUENT 软件模拟得出当百叶间距一定时，随百叶开度的增大，室外机的进风温度先降低后升高，空调的能效比先升高后减小。刘万龙等人[9]针对36 ℃室外环境温度下室外机热环境采用CFD 模拟分析，得出:在同一室外环境温度下,百叶开度越大,室外机进气温度越高,室外机制冷量衰减越严重，推荐百叶角度小于15°。此外，刘万龙等人[10]通过研究表明，随着遮挡百叶角度的增大，室外机周围热环境将变恶劣，如果楼层较高，处于较高位置的室外机因为热压效应，回风温度将进一步升高，可能导致室外机制冷量的严重衰减，甚至停机。综上所述，百叶开度过大或过小都不利于空调室外机的散热，只有当通风百叶处于一个适当的位置，才能保证空调室外机的充分散热，同时使空调器的运行性能达到最佳状态。

2.3.2 通风百叶之间的间距

针对通风百叶之间的距离对室外机散热的影响，学者们也有大量的研究。杨云凯等人[11]通过对某商业建筑进行实验，利用CFD 计算软件发现百叶间距至少达到80 mm 才可以基本消除室外机外百叶对空调出口气流的阻碍作用。国海燕也指出当百叶间距由50 mm 增大到80 mm 时，室外机平均进风温度降低，当安装间距＞80 mm 时，平均进风温度基本保持不变。由此，当百叶间距＞80 mm 时，增大百叶间距将对室外机的散热运行不产生影响。

2.3.3 空调室外机与通风百叶之间的距离

空调室外机排风口与通风百叶之间的距离过大会增加建筑成本，造成空间上的浪费，过小将不利于室外机的散热，增加室外机的能耗，降低空调器的运行性能。蒋悦波等人运用CFD 模拟的研究方法得出当室外机风扇与百叶间距为250 mm 时，室外机最高回风温度为49～51 ℃，局部阻力损失最大，且室外机风扇与百叶距离为250 mm，百叶开度为10°时，安装情况最好[12]。

3 降低室外机能耗的节能装置与节能方法

3.1 节能装置

节能装置，顾名思义是为空气调节、水处理等系统的节能降耗改造而制作的产品。黄成根[13]发明的节能装置充分利用空调室内机冷凝水的低温冷却效果来冷却室外机的散热片，不仅起到节能效果，还可以清洗散热片。由黄晨东和顾健[14]发明的空调节能装置根据空调室外机所排出的热风情况，适时开启喷水程序，发挥降温增效的作用，节能效果显著。目前，为了美观常在室外机机位设置百叶窗，还可以从百叶窗的角度进行节能装置的研发。将太阳能集热装置和热风回收装置与室外机百叶窗相结合可以有效解决空调室外机的散热问题，经实验测得该装置每年可以节约66.815 kW·h，减少近53 kg二氧化碳排放[15]，对节能减排产生了一定的效果。

3.2 节能方法

1）预留合理的室外机机位：通过实地走访嘉兴市多个小区，对居民进行随机问卷调查以及开展网络调查问卷，发现居民所使用的空调类型为分体式空调（壁挂式、立柜式、吊顶式等）的占比为81.3%，其中使用国内品牌（海尔、格力、美的等）的占78.60%，而国内品牌中，1.5 匹的格力空调室外机尺寸为776 mm×320 mm×540 mm，1.5 匹的美的空调室外机尺寸为843 mm×250 mm×540 mm，1.5 匹的海尔空调室外机尺寸有780 mm×245 mm×540 mm 和780 mm×250 mm×650 mm 两种型号。根据T/CCES 10—2020《建筑外墙空调器室外机平台技术规范》发布的标准，当无法确定选用空调器室外机平台尺寸、净高和无遮挡距离时，应符合表1 中的规定[16]。

表1 空调器室外机平台尺寸、无遮挡距离及承载质量参考值

2）3 台及以上空调台数建议采用家用中央空调：根据实地走访调查和网络调查问卷，居民所使用的空调总台数2～3 台占比47.83%，3 台以上的比例为25.08%。相比安装多台分体式空调，家用中空调央应是更为合适的选择。由于传统空调的高耗能，多台分体式空调的使用在炎热的夏天将是一笔不小的的费用；而家用中央空调虽然前期安装费用较高，但从长远利益来看，家用中央空调更节能、环保、耗能较低。

3）优化百叶窗设计：百叶窗的设计在很大程度上影响着室外机的散热状况，因此，优化百叶窗是节能降耗的一个重要发展方向。当室外机在本层阳台室外机位位置或机房内时，应安装导流罩消除百叶遮挡对其散热带来的影响，使其能够充分散热。据计算，优化百叶窗平台可以给长江流域城市节电约19 亿kW·h，相当于节约20.1 万t 标煤，减少二氧化碳排放量18.9 亿kg 二氧化碳。

4）对室外机进行定期维修保养：室外机由于位置特殊，常年日晒雨淋，灰尘污垢难免会残留在外机内部，若不及时清理，则会影响风机扇叶的寿命；形成的水垢会导致热交换效率降低，制冷效果下降，严重时将下降30%，同时硬垢增加，用电量增加或耗能增加，严重时将增加35%。因此，对空调室外机定期维修保养也是空调系统节能降耗的一项重要措施。

4 结语

空调室外机能耗影响因素较多，只有清楚能耗的影响因素，才能“对症下药”，除了文中分析的空调室外机机位布置、热环境、百叶等的影响因素外，制冷剂的选择、使用变频空调等方法都可以有效降低空调系统的能耗。除此之外，也可以设想另一种思路，未来如果没有室外机散热，是否也可以降低房间的温度，通过优化空调机组自身性能来降低能耗，从而寻找解决问题的方法，使空调器达到低能耗、高性能，满足人们的生活需求。对于室外机的节能，还有很多方面可以进行探索。