風(fēng)冷式多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評(píng)估

潘軍剛

（中國(guó)石油大學(xué)（華東） 后勤管理處，山東 青島 266580）

0 引言

近年來風(fēng)冷式多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)在住宅、會(huì)所和小型商業(yè)用房中應(yīng)用廣泛[1].對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說，空調(diào)負(fù)荷計(jì)算僅憑估算或按相關(guān)規(guī)范計(jì)算，會(huì)造成空調(diào)負(fù)荷計(jì)算偏差較大，從而導(dǎo)致空調(diào)選型出現(xiàn)較大偏差.如何評(píng)價(jià)空調(diào)負(fù)荷及風(fēng)口布置已知條件下的制冷效果是擺在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面前的一大難題.本文借助流體力學(xué)計(jì)算軟件，通過數(shù)值模擬，利用溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)兩個(gè)指標(biāo)來評(píng)估空調(diào)制冷效果，對(duì)空調(diào)負(fù)荷計(jì)算及空調(diào)選型提供了較大幫助.

1 運(yùn)行現(xiàn)狀

中國(guó)石油大學(xué)（華東）唐島灣餐廳目前沒有配備空調(diào)，夏季采用吊扇通風(fēng)消暑.夏季由于太陽輻射比較強(qiáng)，室內(nèi)外溫度較高，售飯窗口的部分熱量向就餐區(qū)擴(kuò)散，就餐高峰期時(shí)人流量大，室內(nèi)外空氣流通不暢，造成餐廳內(nèi)部比較悶熱（最高時(shí)34℃），空氣濕度較大（接近100%），學(xué)生在買飯和就餐過程中感覺明顯不適.鑒于唐島灣餐廳存在的以上問題，已無法滿足廣大學(xué)生的日常需求，對(duì)學(xué)生的日常生活帶來了較大不便.原有的室內(nèi)風(fēng)扇無法解決餐廳內(nèi)部的悶熱問題，通過加裝空調(diào)系統(tǒng)可以改善餐廳就餐環(huán)境，提高夏季室內(nèi)舒適度.

2 工程概況

中國(guó)石油大學(xué)（華東）唐島灣餐廳共兩層，上下布局相同如圖1所示，南北方向邊長(zhǎng)為30m，東西方向邊長(zhǎng)為60m，地面到頂棚高度3.6米，頂棚到樓板高度1.1米.區(qū)域一為食堂操作間和售飯間區(qū)域，不列入氣流組織和溫度場(chǎng)分析的區(qū)域，區(qū)域二面積1800m2，為學(xué)生就餐區(qū)域，是本次負(fù)荷計(jì)算面積和分析氣流組織和溫度場(chǎng)的區(qū)域.餐廳就餐期間的人流情況見表1.

圖1 唐島灣餐廳的平面圖

表1 唐島灣餐廳人流情況統(tǒng)計(jì)

3 負(fù)荷計(jì)算

分析工況為夏季設(shè)計(jì)工況，青島市夏季設(shè)計(jì)工況見表2.室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度取26℃，風(fēng)速取0.5m/s，餐廳內(nèi)人員的顯熱散熱量取117W/人[1]，潛熱散熱量取60W/人.

表2 青島夏季設(shè)計(jì)工況

根據(jù)相關(guān)規(guī)范、工程經(jīng)驗(yàn)及文獻(xiàn)[2]負(fù)荷計(jì)算公式，計(jì)算餐廳就餐區(qū)的冷負(fù)荷為576kW.

4 空調(diào)選型

唐島灣空調(diào)總負(fù)荷為576kW，總冷負(fù)荷較低，結(jié)合學(xué)生餐廳負(fù)荷變化率較大且不均勻的特點(diǎn)，擬采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng).多聯(lián)機(jī)空調(diào)集一拖多技術(shù)、智能控制技術(shù)、多重健康技術(shù)、節(jié)能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)等多種高新技術(shù)于一身，與傳統(tǒng)空調(diào)相比，具有投資少、控制靈活、占用空間少、長(zhǎng)配管高落差、室內(nèi)機(jī)可自由搭配等優(yōu)點(diǎn).根據(jù)空調(diào)制冷負(fù)荷及某品牌多聯(lián)機(jī)空調(diào)技術(shù)參數(shù)，唐島灣餐廳多聯(lián)機(jī)空調(diào)的布置方案為：每層各配備40匹的室外機(jī)3臺(tái)，選用四面出風(fēng)嵌入式多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)，每層各配36臺(tái)4匹室內(nèi)機(jī)，室內(nèi)風(fēng)口布置方式見圖2.

圖2 唐島灣風(fēng)口分布

5 數(shù)值分析

5.1 研究方法及目的

基于設(shè)計(jì)條件和研究區(qū)域的數(shù)值分析模型，對(duì)某一特定方案下學(xué)生就餐區(qū)域的風(fēng)速和溫度進(jìn)行計(jì)算，將其與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較，對(duì)其進(jìn)行評(píng)估.根據(jù)評(píng)估結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，直至得到較為滿意的室內(nèi)氣流組織.通過計(jì)算流體力學(xué)軟件，對(duì)唐島灣學(xué)生就餐區(qū)域的制冷效果及風(fēng)口布置進(jìn)行方案評(píng)估及優(yōu)化.

5.2 模擬軟件簡(jiǎn)介

本次評(píng)估采用的Airpak軟件，是Ansys公司開發(fā)的專業(yè)人工環(huán)境系統(tǒng)分析軟件，可以準(zhǔn)確地模擬室內(nèi)空氣流動(dòng)、傳熱、污染等物理現(xiàn)象，并提供室內(nèi)溫度、風(fēng)速等技術(shù)指標(biāo)，是目前比較流行的商用CFD軟件.

5.3 分析目標(biāo)

方案設(shè)計(jì)中主要評(píng)估兩個(gè)指標(biāo)，即就餐區(qū)1.2米高度處的平均溫度和平均風(fēng)速，因?yàn)檫@兩個(gè)指標(biāo)直接關(guān)系到就餐人員的舒適性，并結(jié)合各指標(biāo)在空間中各點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差評(píng)估溫度場(chǎng)和風(fēng)速場(chǎng)的均勻性.規(guī)范的設(shè)計(jì)要求為溫度在22℃-28℃之間，風(fēng)速在0.5m/s以下.

5.4 邊界條件及模型假設(shè)

把帶四座的桌椅以及四個(gè)就餐的師生設(shè)置為一個(gè)1m*1m*0.8m的長(zhǎng)方體，就餐時(shí)的單人及其食物的顯熱為117.84W，一個(gè)四人餐桌的熱量即為471.36W.把該熱量均勻分配到該長(zhǎng)方體的各表面.這樣既能夠突出熱源集中的位置和功率大小，又能夠簡(jiǎn)化模型，使得模型更好收斂.

邊界條件上，假設(shè)一樓食堂的天花板和地板為絕熱墻體；其他為普通墻體.與外界進(jìn)行換熱；二樓食堂的地板為絕熱墻體；其他為普通的墻體和屋頂，與外界進(jìn)行換熱.在區(qū)域1和區(qū)域2之間，是就餐區(qū)和后勤區(qū)交界的地方，此邊界實(shí)際是用墻體和玻璃不完全分隔開的.食堂的后勤區(qū)溫度較高，對(duì)于僅研究就餐區(qū)的本項(xiàng)目而言，這其實(shí)是增加了就餐區(qū)的負(fù)荷.在這里做一個(gè)假設(shè)和等效，即：后勤區(qū)對(duì)就餐區(qū)的傳熱效果相當(dāng)于處于設(shè)計(jì)條件下的室外對(duì)就餐區(qū)域的傳熱效果.

5.6 評(píng)估結(jié)論

當(dāng)送風(fēng)溫度為14℃時(shí)，餐廳1.2米的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)如圖3和圖4所示.由圖可見，在該方案下，平均溫度22.5℃；最高溫度29.45℃；溫度的標(biāo)準(zhǔn)差2.95℃；平均速度 0.22m/s；最高速度 1.12m/s；速度的標(biāo)準(zhǔn)差0.159m/s.該方案可以保證售飯區(qū)的舒適度，且南側(cè)就餐區(qū)域靠近窗戶的局部區(qū)域溫度較高，但仍在可接受范圍之內(nèi).

Airpak軟件的仿真結(jié)果顯示，該空調(diào)方案的負(fù)荷計(jì)算及風(fēng)口布置方案比較合理，能夠滿足餐廳的制冷需求.

圖3 唐島灣溫度場(chǎng)分布

圖4 唐島灣速度場(chǎng)分布

6 結(jié)語

6.1 本文根據(jù)相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出了風(fēng)冷式多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的制冷負(fù)荷，結(jié)合負(fù)荷及現(xiàn)場(chǎng)條件，確定了室外機(jī)布置臺(tái)數(shù)，對(duì)室內(nèi)機(jī)風(fēng)口方案進(jìn)行了布置.

6.2 Airpak軟件的仿真結(jié)果顯示，該空調(diào)方案的負(fù)荷計(jì)算及風(fēng)口布置方案比較合理，能夠滿足餐廳的制冷需求.

〔1〕唐蓓.風(fēng)冷式多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].暖通空調(diào)，2013，43(8):39-43.

〔2〕陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.