利用CFD计算软件对某商业建筑室外机凹槽的热环境进行了数值模拟，结合理论计算结果，对比分析了不同室外机外百叶间距和百叶倾角对凹槽内室外机的热环境的影响。结果表明，当百叶间距增大到80ｍｍ时，可以基本消除室外机外百叶对空调出口气流的阻碍影响。同时，为了减少走廊下垂墙壁对气流的阻碍效果，室外机外百叶的下倾角应控制在10°左右。
当前，建筑设计师为了美观的外立面效果，均考虑将室外空调机设置于增设的凹槽结构内，并在凹槽外部设有百叶隔栅。但未考虑室外凹槽的位置、空调位的外百叶的开孔率及形式均会对室外机的工作热环境产生重要影响。这种不合理的设计经常会使室外机凹槽内的热量聚集，导致室外机回风温度过高从而出现保护性停机的现象。研究表明，当室外机进风温度上升1℃时，制冷能效比将下降约3%。因此，合理的空调室外机的位置及凹槽百叶设计对构建良好的空调运行环境及降低建筑运行能耗均有重要意义。
本文针对实际的商业建筑项目，利用CFD计算软件对建筑空调室外机的位置及外百叶的设计参数进行了模拟及优化分析，并考虑当地气象条件的影响，给出了一套优化设计方案。项目优化过程及分析结果可供类似建筑空调室外机设
计参考。
１．１ 商业建筑概况及室外机布置该项目位于重庆，地上1～2层为商业，2～18层为住宅，商业部分采用3P分体式空调（电功率为2.25KW）设计方案，室外机凹槽（见图1）位于2层商铺外，外部为走廊空间，直接连接室外，上下层无室外空调机相互干扰。
１．２ 气象条件
本次优化设计仅考虑空调室外机夏季制冷工况下可能发生的保护性停机问题。根据GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（以下简称《规范》）的相关内容，重庆市夏季室外空调设计温度为35.5℃。分析过程中仅考虑室外机热扩散的最不利条件，忽略热辐射的影响，且假定室外为静风状态。
１．３ 设计存在的问题
该项目设计主要存在2个问题：1）在实际的工程设计中，建筑设计师没有充分考虑室外机热流的“上浮”效应，在2楼走廊外墙处设计有广告位下垂墙壁，致使室外机热风无法直接吹至室外，热量出现聚集并从室外机上部回流，形成回风“短路”，进而导致室外机散热环境较差；2）实际的工程设计未进行详细的空调位外百叶设计，不合理的外百叶设计会进一步恶化空调凹槽内的散热环境。
２．１ CFD数值模拟模型
该项目利用CFD流场计算软件，模拟空调室外机凹槽内热环境分布，并评估建筑凹槽是否满足室外机热环境。假定流动空气为理想气体，引用Boussinesq假设，假定空气流为稳态湍流，且为不可压缩流体。流体流动过程的数值模型描述的控制方程主要包括：连续性方程、动量方程、湍流动能方程、湍流耗散方程和能量方程。
２．２ 空调室外机参数设置
经过调研统计，典型3P分体式空调机室外机尺寸为：宽950ｍｍ，高800ｍｍ，深350ｍｍ。3P分体式空调机室外机的适用面积为35～50㎡。
根据重庆市DBJ50-052-2013《公共建筑节能（绿色建筑）设计标准》的相关内容，分体式空调能效等级必须达到一级能效，因此取分体式空调运行能效比为3.4，3P分体式空调室外机制冷量约为7.5KW，总的散热功率约为９．３２ｋＷ。3P空调室内机循环风量为1200m³／h，因此估算室外机风量为5400m³／h，换算成标准单位风量为1.5m³／s。
按照典型3P分体式空调机室外机尺寸，典型空调出风口百叶直径do＝0.5ｍ。假定空调出风口净面积比例为85％。根据流量平衡方程，空调出风口速度为：
式中 为空调室外机出风口速度，ｍ／ｓ；Q 为空调室外机出风口流量，m³／ｓ。经计算，Vo＝8.99ｍ／ｓ。
根据《规范》的相关内容，重庆市夏季室外空调设计温度To为35.5 ℃，空气比定压热容Cp为1005Ｊ/（Kg·K），空气密度ρ为1.14ｋｇ／m³。根据能量守恒原则，空调室外机出风口温度Tout为
式中P 为空调室外机总散热功率，W。经计算，Tout＝40.9℃。
因此，在空调室外机散热条件正常的状态下，空调室外机出风口温度相对周围空气环境温升为5.4℃。例如，在夏季极端天气40℃且室外机散热良好的情况下，空调出风口温度为45.4℃。
项目数值模拟分析主要针对设计中出现的问题，提出解决方案。因此，主要考虑1个方面的优化设计方案：1）优化空调位平百叶的间距设计；2）优化空调位百叶的下倾角设计，利用导流设计思路，使热空气绕过下垂墙壁吹至室外。
４．１ 凹槽百叶间距对比结果分析
图2为百叶间距60ｍｍ 和80ｍｍ、百叶下倾角20°时，夏季空调制冷工况下室外机出风口温度和速度分布图。
由图2a可知，在夏季制冷工况下，空调出风口温度最高约为43.9℃，超出理论计算温度约3.0℃（理论计算条件下，空调出风口的温度为40.9℃）。相比理论计算，由于百叶倾角的缘故，气流通过百叶时有加速效应，因此最高流速位置位于百叶间，空调出风口处流速与理论计算一致。室外空调机位百叶间距过小，导致空调出风口处气流受阻而滞留在凹槽内，同时室外机热量回流，因此，室外机进风口温度升高2.5～3.5℃。相应地导致了室外机出风口温度平均升高约3.0℃。
由图2b可知，在夏季制冷工况下，空调出风口温度最高约为42.2℃，超出理论计算温度约1.3℃。由于室外空调机位百叶和走廊外墙面下垂墙壁共同作用导致热量回流，因此，室外机进风口温度升高1.0～2.5℃。相应地导致了室外机出风口温度平均升高约1.3℃。但是，大部分的热流能够顺利地导入室外。
根据上述2个方案的结果对比分析可知，为了保证凹槽内空调室外机具有良好的散热环境，凹槽百叶的间距至少应该达到80ｍｍ。
４．２ 凹槽百叶下倾角对比结果分析
图3为百叶间距80ｍｍ，百叶下倾角分别为0°和10°时，夏季空调制冷工况下室外机出风口温度和速度分布图。
由图3a可知，空调机位采用平百叶时，在夏季制冷工况下，空调出风口温度最高约为42.75℃，超出理论计算温度约1.9℃。相比理论计算，由于百叶倾角的缘故，气流通过百叶时有加速效应，因此最高流速位置位于百叶间，平百叶速度计算结果显示，空调出口处流速与理论计算一致。室外机受下垂墙壁阻挡，热量回流，因此，室外机进口温度升高1.5～3.0℃。相应地导致了室外机出口温度平均升高约1.9℃。
由图3b可知，空调机位采用平百叶倾角10°时，在夏季制冷工况下，空调出风口温度最高约为41.4℃，仅超出理论计算温度约0.4℃，百叶合理的下倾角将大部分的热流顺利地导入室外，因此，空调位基本没有热量聚集。
如图2,3所示，由3个下倾角方案的结果对比分析可知，当凹槽百叶的间距为80ｍｍ、下倾角为10°时，能够保证空调位室外机具有良好的散热环境。
结合既有建筑实际的设计条件，通过合理的空调位百叶设计，保证了室外机良好的热环境。根据分析，空调位百叶的合理间距至少应达到80ｍｍ。同时，根据项目建筑特点，通过导流的设计思路，控制百叶的下倾角设计在10°左右时，空调室外机热量能够顺利排至室外。本文得到的空调百叶间距建议值，对于工业化建筑中标准建筑构件的生产有参考价值。
作者：中机中联工程有限公司 杨云铠 程予川 刘彬 何开远 熊海
素材来源网络，感谢原创者，如涉及侵权，请联系删除！谢谢
