無錫地鐵控制中心VRV外機組熱環(huán)境分析及應用

印書紅撒世忠蔡久蘭

1江蘇無錫二建建設(shè)集團有限公司

2合肥萬科置業(yè)有限公司

3約克（中國）商貿(mào)有限公司

0 引言

近年來變頻多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)因其系統(tǒng)設(shè)計安裝簡便，室內(nèi)機布置靈活，空調(diào)系統(tǒng)電力計費簡便，運行管理簡便，部分負荷節(jié)能效果好等優(yōu)點，應用越來越廣泛。而大型空調(diào)系統(tǒng)成排室外機組的平面設(shè)計布置及安裝間距，通風換熱的好壞將會直接影響到室外機組和系統(tǒng)的正常高效運行以及機組的效能。因此大型商用建筑在有多臺空調(diào)室外機集中成排布置時室外機組的平面布置設(shè)計，室外機組安裝環(huán)境，周圍通風換熱的條件將是變頻多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。實際工程中，有許多項目因為機組排風布局不合理，導致機組能效下降，甚至影響到機組正常工作。當較多數(shù)量的機組大量布置在有限范圍內(nèi)時，其排風的組織尤為重要。

本文根據(jù)地鐵控制中心項目的空調(diào)室外機組平面布置設(shè)計，進行了相關(guān)的安裝熱環(huán)境CFD模擬分析計算。根據(jù)CFD模擬得到的相關(guān)計算結(jié)果，應用到項目詳細設(shè)計和工程安裝中。獲得了較好的運行效果。同時也期望可為類似工程項目提供實例參考。

1 項目簡介

無錫地鐵控制中心大廈及配套工程是無錫市政府近年開發(fā)的大型民生項目。地鐵控制中心是對全線列車運行、電力供應、車站設(shè)備運行、防災報警、環(huán)境監(jiān)控、票務(wù)管理、乘客服務(wù)等地鐵運營工作全程進行調(diào)度、指揮和監(jiān)控的中樞。無錫地鐵控制中心大廈承擔無錫地鐵1號線至6號線的控制指揮調(diào)度管理任務(wù)，地鐵線路的運營、調(diào)度、指揮、管理均在于此。

無錫地鐵控制中心及配套工程為一類高層建筑，由地鐵公司運營管理主樓（C區(qū)，28層，建筑高度128 m）及南側(cè)綜合功能架空裙樓（D區(qū)，2層，下設(shè)架空層，屋頂距地24.9 m），塔樓北側(cè)貼鄰建設(shè)地鐵控制中心大樓（B區(qū)，7層，屋頂距地39.1 m），及北側(cè)地鐵派出所（3層），交通公安分局（9層，建筑高度38.5 m），110 kV變電站裙房（A區(qū)）共同連體組成。地下室共二層，地下二層為車庫及設(shè)備用房，地下一層為車庫及物業(yè)開發(fā)?？傆玫孛娣e21,967.25 m2，總建筑面積119,990.13 m2。

無錫地鐵控制中心大廈項目空調(diào)系統(tǒng)，安裝的是“約克”YSE系列變頻多聯(lián)機?？刂浦行拇髲B及配套工程項目空調(diào)系統(tǒng)共安裝“約克”YVOH變頻多聯(lián)室外機234臺，總制冷量10,107.5 kW。安裝YDCK卡式吸頂式室內(nèi)機和YDCP暗裝風管式室內(nèi)機1321臺、分體式空調(diào)35臺、全熱交換新風機組56臺。

2 控制中心空調(diào)室外機安裝環(huán)境

控制中心空調(diào)系統(tǒng)共安裝“約克”YVOH100-340室外機36臺（566匹），室外機組安裝在大廈七層裙房屋頂平臺，這里同時安裝有控制中心30臺“約頓”機房專用空調(diào)的室外機?？照{(diào)室外機組安裝的位置如圖1所示。

圖1 地鐵控制中心樓頂機組分布圖

多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)室外機的安裝，要求環(huán)境空氣應保持流暢、不受阻礙，并且不形成回流或短路，否則將影響機組的排熱與吸熱，進而降低機組效率，嚴重時甚至會使機組因高壓或低壓保護動作而停機。其中夏季冷凝器的高壓保護問題尤為嚴重。

控制中心空調(diào)設(shè)備室外機安裝平臺位于大廈七層裙房樓頂，平臺四周為高4 m的玻璃幕墻，平臺中部為4 m高的圓形網(wǎng)架屋面（安裝完工后,機組地面與玻璃幕墻和網(wǎng)架屋面落差為3 m左右）?？照{(diào)多聯(lián)機室外機組和機房空調(diào)冷凝器安放在幕墻和網(wǎng)架屋面之間的一塊空地上，為一東西短、南北長的區(qū)域。由于幕墻和屋面的阻擋，可能存在通風不暢的隱患，因此在項目深化設(shè)計時通過CFD流體仿真技術(shù)進行空氣風場的模擬分析計算。

3 CFD仿真模擬

3.1 空調(diào)室外設(shè)計條件

本項目位于江蘇省無錫市，北緯31.75°，東經(jīng)119.93°，室外空調(diào)計算參數(shù)：

夏季空調(diào)干球計算溫度34.6℃，濕球計算溫度28.1℃，夏季空調(diào)計算日平均溫度31.5℃，夏季通風干球計算溫度31.3℃，夏季平均風速2.8 m/s。

冬季空調(diào)干球計算溫度-3.5℃，冬季通風干球計算溫度3.1℃，冬季空調(diào)室外相對濕度75%，冬季平均風速2.8 m/s。

由于夏季通風環(huán)境換熱條件較差，所以本次僅以最不利的夏季通風工況進行熱模擬分析計算。

3.2 CFD仿真計算中的邊界條件設(shè)定

環(huán)境參數(shù)：夏季大氣環(huán)境溫度為34.6℃，壓力為1個大氣壓，由于機組平臺四周為高4 m的玻璃幕墻及網(wǎng)架屋面，所以周圍不考慮環(huán)境有風狀態(tài)，且室外機組附近無其他熱源，計算中也不考慮太陽輻射的影響。計算對象：設(shè)備平臺上的“約克”變頻多聯(lián)機室外機組及“約頓”機房空調(diào)室外機，其排風量和排熱量如表1所示。機組類型：“約克”YVOH80-160為上出風機型，“約頓”HCE18-25機房空調(diào)冷凝器為上出風機型。

3.3 計算網(wǎng)格

考慮到計算的精度，整個模型中全部使用高質(zhì)量的六面體網(wǎng)格，并對空調(diào)機組附近的網(wǎng)格進行了局部加密（圖2），以更準確地模擬機組進風換熱狀態(tài)。

圖2 計算區(qū)域網(wǎng)格示意圖

3.4 流體仿真模型

根據(jù)樓頂平臺機組安裝設(shè)計圖紙，以及室外機組等相關(guān)信息，建立了CFD流體仿真的模型[1]，如圖3所示。計算區(qū)域包含了變頻多聯(lián)機機組和機房空調(diào)機組的放置區(qū)域。并且計算中考慮了周圍玻璃幕墻和網(wǎng)架屋面遮擋對機組回風的影響。

圖3 仿真模型三維示意圖

3.5 仿真結(jié)果

圖4、圖5為計算的空氣進風和排風的流場分布，由分布圖可見，區(qū)域A由于處于很多機組的中心地帶，機組很難吸到溫度較低的新風，回風溫度要明顯高于其他區(qū)域，最高處已經(jīng)接近52℃左右。由于此處機組的出風速度較低，出現(xiàn)了部分回流（短路）現(xiàn)象。

如圖6和圖7中切面圖所示，區(qū)域A處的回風溫度為整個區(qū)域最高（約50～52℃），區(qū)域B由于處于兩排機組的中間，因此回風溫度也較其余區(qū)域高（最高有46.5℃）。

圖5 出風空氣流場

圖6 離地面0.5 m處水平橫截面空氣溫度分布圖

圖7 東西向、南北向切面溫度分布圖

4 模擬結(jié)論和建議

圖6和圖7中的區(qū)域A，由于處于機組群落的中心位置，機組很難得到溫度較低的新風，造成這個區(qū)域的回風溫度普遍很高，機組回風溫度最高50～52℃，而區(qū)域B中的回風溫度最高到46.5℃，對空調(diào)機組的運行有一定的影響[2]。

目前空調(diào)方案設(shè)計中，局部位置在運行中可能出現(xiàn)的較高回風溫度，從而影響劇組的制冷能效，甚至導致空調(diào)機組壓縮機高壓保護。

5 應用及結(jié)果

根據(jù)CFD仿真模擬結(jié)果，在空調(diào)系統(tǒng)深化設(shè)計時對空調(diào)室外機組的布置進行了優(yōu)化，對區(qū)域A和區(qū)域B的室外機組布置作了以下改進[3-4]：

1）拉大成排機組排列間隔，相鄰成排機組間距≥800 mm。

2）將大容量室外機組置于外圍的區(qū)域。

3）提高室外機組離地面的安裝高度。將機組安裝高度提高到離地面600 mm以上，且機組底座做成架空支架，以利機組進風。

4）取消部分玻璃幕墻，更換為百葉格柵，有利于空氣流動，充分利用自然風。

5）設(shè)計特殊的玻璃幕墻,幕墻底部留空300 mm，幕墻中間連接處留空200 mm，達到自然通風。

機組安裝調(diào)試完成后已運行2年，運行狀況良好，未發(fā)生諸如通風不暢、散熱不良、機組高低壓保護等的故障。而且此項目獲得了建設(shè)工程國優(yōu)金獎“魯班獎”。

6 結(jié)語

變頻多聯(lián)式空調(diào)機組室外機進行平面布置時一定要考慮機組周圍安裝的熱環(huán)境，特別是多臺室外機組成排集中布置時，一定要考慮通風換熱條件。

成排機組平行布置時，需拉大成排機組排列間隔，相鄰成排機組間距≥800 mm。

將成排機組安裝高度提高到機組底部離地面≥600mm以上，且機組底座做成架空支架。

機組周邊外圍女兒墻高度超過機組頂高時，機組離女兒墻間距≥800mm以上。

如機組外圍女兒墻高度超過機組頂高時，機組離女兒墻間距小于800mm，在女兒墻上設(shè)置面積足夠的進排風百葉。