凹槽內(nèi)兩臺空調(diào)室外機相對安裝位置對周圍熱環(huán)境的影響

金梧鳳劉碩徐磊任立月

(1天津商業(yè)大學(xué)天津制冷技術(shù)重點實驗室 天津 300134;2聯(lián)通云數(shù)據(jù)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)

凹槽內(nèi)兩臺空調(diào)室外機相對安裝位置對周圍熱環(huán)境的影響

金梧鳳1劉碩1徐磊2任立月3

(1天津商業(yè)大學(xué)天津制冷技術(shù)重點實驗室 天津 300134;2聯(lián)通云數(shù)據(jù)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)

本文以焓差實驗室為平臺，以住宅建筑凹槽內(nèi)的兩臺某型號分體式空調(diào)室外機的安裝條件為研究對象，研究三種室外機安裝條件對周圍熱環(huán)境、空調(diào)器EER和凹槽面積的影響。凹槽內(nèi)室外機的三種安裝條件分別為同一平面相互垂直安裝(兩室外機在同一高度，室外機長度延長線互相垂直相交)、同一平面左右水平安裝(兩室外機在同一高度，室外機長度延長線共線)及沿外墻上下垂直安裝(不同高度，室外機高度延長線共線)。實驗結(jié)果表明:該型號兩臺室外機同一平面垂直安裝時，建議水平間距(平行于外墻)d1≥650 mm，小于此間距時，距百葉較遠的室外機運行環(huán)境惡劣，回風溫度高于正常運行溫度45℃;垂直間距(垂直于外墻)d2選擇300 mm左右，繼續(xù)增大則回風溫度上升;當凹槽內(nèi)兩臺室外機間不具備水平安裝條件，但滿足水平、垂直間距大于650 mm×300 mm空間要求時，建議采用平面垂直安裝方式。水平安裝時，回風效果較好，但考慮凹槽占用面積大，且水平間距d1＞70 mm后，回風溫度和EER都趨于平穩(wěn)，故最佳間距為70 mm。上下垂直安裝時，凹槽占地面積小于水平安裝方式和平面垂直安裝方式，回風效果明顯優(yōu)于平面垂直安裝方式，最低回風溫度甚至低于水平安裝方式，最佳間距為150 mm。

室外機;安裝位置;能效比;回風溫度;熱環(huán)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

近年來，分體式空調(diào)因其占地小、噪聲低、使用靈活等優(yōu)點在建筑中普遍得到使用。作為空調(diào)系統(tǒng)中耗電量最大的室外機，通常安裝在側(cè)墻或屋頂上[1]。但出于美觀的需求，建筑設(shè)計師常把空調(diào)室外機機擺放至凹槽內(nèi)，并采用百葉等構(gòu)件進行遮蔽[2]。夏季，當室外機回風溫度較高，甚至超過環(huán)境溫度，室外機與環(huán)境的換熱越來越困難，導(dǎo)致空調(diào)性能降低[3]造成冷凝器因高溫保護而停機。

目前，針對室外機的周圍熱環(huán)境，國內(nèi)外學(xué)者進行了大量的相關(guān)研究。數(shù)值模擬研究方面，T.T.Chow等[4]以冷凝溫度和冷凝機組的效率為標準，確定了室外冷凝機組的最佳安裝方式;A.Avara等[5]研究了安裝在被三面墻包圍的有限空間內(nèi)的室外機組，得出空間大小改變時所對應(yīng)的室外機組離支撐墻的最佳安裝距離D;張景等[6]采用源匯模型得出進風不“短路”時多臺室外機組的最佳布置距離;張燕等[7]應(yīng)用Fluent軟件研究了凹槽內(nèi)同時安裝多臺室外機時應(yīng)采用的安裝距離及角度，結(jié)果表明:垂直安裝方式不僅凹槽占有面積小，而且能夠得到良好的室外熱環(huán)境。程卓明等[8]結(jié)合模擬和實驗發(fā)現(xiàn)百葉開度為45°時，室外機冷凝器的進風溫度為35.9～38.3℃。

凹槽內(nèi)安裝多臺室外機，室外機間會相互影響，不佳的安裝方式和安裝間距將導(dǎo)致熱環(huán)境惡劣，影響空調(diào)的使用性能，造成不必要的能耗，嚴重時甚至使設(shè)備保護性停機或燒毀電動機。針對凹槽內(nèi)同時容納多臺室外機的情況，以前的國內(nèi)外研究大多集中在數(shù)值模擬方面，實驗則僅側(cè)重于探討凹槽內(nèi)設(shè)置一臺室外機時的情況。本實驗以凹槽內(nèi)安放兩臺LS-83541AT型室外機為研究對象，觀察并記錄同一平面相互垂直、同一平面左右水平和沿外墻上下垂直三種不同安裝方式下的排、回風溫度、出口風速和輸入功率，計算得出散熱量及EER，經(jīng)比較得出最優(yōu)安裝方式和安裝間距，為室外機的安裝條件提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和研究方法。

1 實驗設(shè)計

1.1 影響因素

室外冷凝機組離墻的距離，百葉的形式、間距、開啟方向、角度和室外機距百葉距離對室外機周圍熱環(huán)境產(chǎn)生明顯影響[8-11]，正前方室外風速對能效比的影響最大，隨著正前方室外風速的增加，能效比最高下降4.8%[12]，因此，本實驗忽略室外風速的影響。此外，凹槽內(nèi)室外機正確的安裝方式和安裝間距能夠保證夏季室外機有良好的運行環(huán)境，可使住宅電耗減少3 ～8(kW·h)/(m2·a)[13]。

1.2 實驗裝置及實驗方法

實驗選擇在天津商業(yè)大學(xué)焓差實驗臺(圖1)進行，實驗臺包括模擬室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境的模擬小室，由保溫壁面隔開;實驗臺有兩套用于室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)小室的制冷系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)，以及自身的控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備。通過調(diào)節(jié)焓差實驗臺的各個系統(tǒng)將室內(nèi)側(cè)小室和室外側(cè)小室調(diào)整至所需狀態(tài)，模擬夏季空調(diào)運行時的室內(nèi)外溫濕度。室外側(cè)模擬房間溫度為35℃，室內(nèi)側(cè)模擬房間溫度為25℃，空調(diào)溫度為18℃。

圖1 焓差實驗臺Fig.1 The lab of enthalpy difference

實驗裝置(圖2)包括兩臺LS-83541AT型室外機，冷凝器形狀為L型，因此室外機有兩側(cè)進風口，左側(cè)和上側(cè)為進風口，具體參數(shù)如表1。凹槽使用厚度為5 mm的三合板代替，并附以百葉遮擋。4個多點風速儀探頭均勻布置在排風口附近測量風速，T型熱電偶布置在回、排風口處測量溫度，數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集器傳輸至室外計算機進行記錄，空調(diào)機輸入功率由功率儀測得，具體參數(shù)如表2所示。

圖2 實驗裝置Fig.2 Experimental device

表1 室外機參數(shù)Tab.1 The outdoor machine parameter

表2 室外機參數(shù)Tab.2 The range and accuracy of experimental devices

實驗選用GB/T 7725—2004[11]標準規(guī)定的空調(diào)器焓差法，測試空調(diào)器的制冷性能。首先直接測試室外機進、排風口位置的風速、溫度，計算室外機的散熱量，再利用功率儀測量壓縮機的功率，二者相減得出空調(diào)制冷量。

室外機散熱量及空調(diào)器制冷量以及能效比計算如下:

式中:Q0為室外機散熱量，W;tc為平均出口溫度，℃;ti為平均進口溫度，℃;c為空氣比熱容，J/(kg·℃);m為空氣質(zhì)量流量，kg/s;Qa為室外機制冷量，W;PE為壓縮機輸入功率，W;EER為能效比。

實驗采用對不同安裝條件下空調(diào)室外機周圍熱環(huán)境的數(shù)值模擬[10]所得的最佳安裝距離和百葉形式，在此不再贅述，具體參數(shù)見表3。

表3 室外機安裝距離及百葉形式Tab.3 Mounting distance of the outdoor machine

1.3 實驗工況

在進行實驗工作之前，進行了相關(guān)的文獻搜集和資料分析[14-21]:室外機的安裝不僅要考慮周圍散熱是否良好，同時要具有足夠的空間便于檢修維護，位置要盡量隱蔽，避免影響房子外觀和噪音影響室內(nèi)，另外考慮室外機占地面積過大，會造成住宅面積減小，故多臺室外機應(yīng)在滿足性能要求的前提下盡量緊湊安裝。

凹槽內(nèi)兩臺室外機常見的安裝方式如圖3所示，為了得出凹槽熱環(huán)境和EER隨安裝間距變化的準確變化趨勢，間距變化應(yīng)盡量小，而過大的間距研究范圍無實際價值，故確定如表4所示的具體實驗工況。

圖3 室外機安裝方式Fig.3 Installation types

實驗研究了兩臺LS-83541AT型分體式空調(diào)室外機，由于不同空調(diào)廠家生產(chǎn)的空調(diào)器類型不同，空調(diào)器性能參數(shù)、室外機尺寸和散熱強度也不同，研究范圍限于凹槽內(nèi)的兩臺LS-83541AT型室外機安裝條件對其周圍熱環(huán)境的影響，但研究結(jié)果可為為室外機的安裝條件提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和研究方法。

表4 實驗工況Tab.4 Experiment condition

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 同一平面相互垂直安裝

1)水平間距d1變化

首先研究同一平面相互垂直安裝方式中水平間距d1對室外機周圍熱環(huán)境的影響，具體實驗工況如表4中A1～A9所示。

室外機2排風形成“氣流壁”[7]阻礙室外機1的排風，部分熱量無法排出凹槽而被室外機1回風口吸入形成“氣流短路”，故室外機1回風溫度始終高于室外機2;隨著d1的增大，室外機2的排風被室外機1的排風帶出凹槽，凹槽內(nèi)整體溫度下降。

由圖4(a)可知，隨著d1增大，兩臺室外機的回風溫度均有下降的趨勢:在250～350 mm階段，室外機1的回風溫度下降幅度最大，為1.24℃。在550～650 mm階段，室外機2的回風溫度下降幅度最大，為2.1℃。由圖4(b)可知，250～350 mm階段，室外機1的EER增加幅度最大，為0.19;550～650 mm階段，室外機2的EER增加幅度最大，為0.53。

距離越大，室外機的回風溫度越低，EER越高，但是同樣會增大凹槽的面積，使得建筑的有效利用面積減少，增加建筑面積成本。綜合考慮面積成本和兩臺室外機回風溫度、EER的變化趨勢，可以認為水平間距宜d1≥650 mm。

2)垂直間距d2變化

圖4 回風溫度和EER隨d1的變化Fig.4 Return air temperature and EER vary with the d1

同一平面相互垂直安裝方式中垂直間距d2對室外機周圍熱環(huán)境的影響，實驗工況如表4中A′1～A′7所示。

室外機1的回風溫度受室外機2的排風和室外機1距百葉的距離影響，d2較小時，室外機1排風被室外機2排風形成的“氣流壁”阻擋回到回風口，形成“氣流短路”，室外機2由于后回風側(cè)靠近百葉，回風溫度較低。雖然d2的增加使得室外機1受室外機2排風影響減小，回風溫度下降，但當距離繼續(xù)增大(d2＞300 mm)時，由于室外機1出風靜壓有限，離百葉過遠，并且在室外機2排風氣流的干擾下，室外機1排出的熱氣流不能夠完全排出凹槽，使凹槽內(nèi)的整體溫度回升。

由圖5(a)可知，隨著d2的增大，兩臺室外機的回風溫度出現(xiàn)先減小后增大的趨勢，當d2=300 mm時回風溫度最低，分別為46.41℃、42.71℃。由圖5(b)可知，EER隨著d2的增大先增大后減小，當d2=300 mm時達到最大，室外機1和室外機2的EER分別為2.08、1.63。因此，可認為垂直間距d2宜選取300 mm。

圖5 回風溫度和EER隨d2的變化Fig.5 Return air temperature and EER vary with the d2

2.2 同一平面左右水平安裝

同一平面左右水平安裝方式對室外機周圍熱環(huán)境的影響，具體實驗工況如表4中B1～B5所示。

由圖6(a)可知，隨著水平距離d的增大，室外機1和2的回風溫度都有下降的趨勢，在50～70 mm階段分別有最大下降幅度，分別為1.78℃和0.61℃，在d=70 mm時達到最低值。之后由于兩臺室外機之間氣流場的相互作用導(dǎo)致回風溫度略有回升，但幅度較小，可以認為當d繼續(xù)增大，這種影響會逐漸減小，回風溫度逐漸趨于穩(wěn)定。由圖5(b)可知，空調(diào)1和2的EER隨d增大而增大，在d=70 mm時達到最大值，之后由于氣流場的作用產(chǎn)生小幅波動，可認為隨著氣流場作用的減弱趨于穩(wěn)定。

圖6 回風溫度和EER隨d的變化Fig.6 Return air temperature and EER vary with the d

考慮建筑本身對凹槽長度的限制，可認為同一平面左右水平安裝時，d=70 mm時就可以保證較為理想的室外機熱環(huán)境。

2.3 沿外墻上下垂直安裝

上下垂直安裝方式對室外機周圍熱環(huán)境的影響，具體實驗工況如表4中C1～C6所示。

室外機1置于室外機2下方，空間狹窄，凹槽外的低溫空氣不易進入到室外機1的回風口，而更易通過室外機2的上空進入到室外機2的回風口。隨著垂直距離h的增大，室外低溫空氣可通過兩臺室外機的縫隙進入到室外機的回風口，使凹槽內(nèi)溫度降低。當h＞150 mm時，更大的縫隙不會造成溫度降低。

由圖7(a)可知，隨著室外機間距的增大，回風溫度呈現(xiàn)出先減小后趨向穩(wěn)定的趨勢，當h=150 mm時回風溫度降到最低，然后趨于穩(wěn)定。

由圖7(b)可知，兩臺室外機的EER先升高后穩(wěn)定，當h=150 mm時升到最大，然后趨向穩(wěn)定。當h=150 mm時，室外機1和室外機2的EER比h=0 mm時分別升高了7.01%和6.85%。綜上所述:選擇沿外墻上下垂直安裝時，垂直間距h宜大于150 mm。

3 結(jié)論

本文以凹槽內(nèi)兩臺LS-B3541AT型分體式空調(diào)室外機為研究對象，分析了室外機相對安裝方式和安裝間距對室外機周圍熱環(huán)境和空調(diào)EER的影響，得出了如下結(jié)論:

圖7 回風溫度和EER隨h的變化Fig.7 Return air temperature and EER vary with the h

1)當凹槽內(nèi)同一平面相互垂直安裝時，不建議室外機間水平距離d1＜650 mm，原因在于小于此間距時，距百葉較遠的室外機運行環(huán)境惡劣，回風溫度高于正常運行溫度45℃;垂直距離d2約為300 mm時達到最佳回風效果，繼續(xù)增大則回風溫度上升;當凹槽內(nèi)兩臺室外機間不具備水平安裝條件，但滿足水平、垂直間距大于650 mm×300 mm空間要求時，建議采用同一平面相互垂直安裝方式。

2)室外機同一平面左右水平安裝回風效果較好，但考慮凹槽占用面積大，且水平間距d＞70 mm后，回風溫度和EER都趨于平穩(wěn)，故同一平面左右水平安裝方式間距d=70 mm時就可以達到為理想的室外機熱環(huán)境。

3)沿外墻上下垂直安裝方式的凹槽占地面積小于同一平面左右水平安裝方式和同一平面相互垂直安裝方式，回風效果明顯優(yōu)于同一平面相互垂直安裝方式，最低回風溫度甚至低于同一平面左右水平安裝方式，考慮回風溫度在垂直間距＞150 mm后趨于穩(wěn)定，故建議沿外墻上下垂直安裝間距宜＞150 mm。

4)本實驗只針對兩臺室外機的相對安裝位置進行了研究，為最低限度減小凹槽對能效比的影響，今后還將對凹槽大小和形狀、百葉間距和角度、室外溫度等因素的影響做進一步研究。

本文受天津市創(chuàng)新團隊項目(TD12-5048)資助。(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

金梧鳳，男，副教授，天津商業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院，13802186472，E-mail:kob@tjcu.edu.cn。研究方向:空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)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.