室外機(jī)安裝平臺(tái)對(duì)空調(diào)器性能影響的研究進(jìn)展

楊子旭，石文星，于洋

（清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系，北京市海淀區(qū) 100084）

1 引言

房間空調(diào)器的價(jià)格便宜、質(zhì)量可靠、安裝使用方便，是一種易于實(shí)現(xiàn)行為節(jié)能的空氣調(diào)節(jié)裝置［1］。隨著城鎮(zhèn)化的加快，我國(guó)城鎮(zhèn)居民家用空調(diào)器的數(shù)量也進(jìn)入了快速增長(zhǎng)時(shí)期，到2018年，房間空調(diào)器的年產(chǎn)量已超過2億臺(tái)［2］。房間空調(diào)器主要采用分體式結(jié)構(gòu)形式，包括安裝在室內(nèi)的室內(nèi)機(jī)和安裝在室外的室外機(jī)兩部分，二者之間通過制冷劑管道、電源與控制線路，連接成一個(gè)直接膨脹式制冷（熱泵）系統(tǒng)。由于室外機(jī)是向室外環(huán)境排放冷凝熱（制冷時(shí)）或從室外環(huán)境提取低品位熱能（制熱時(shí)）的重要設(shè)備，因此必須安裝在室外。然而，很多建筑沒有設(shè)置室外機(jī)安裝平臺(tái)（簡(jiǎn)稱：安裝平臺(tái)）或平臺(tái)設(shè)計(jì)不合理，故在空調(diào)器安裝、故障維修過程中頻發(fā)人員安全問題，同時(shí)大量的室外機(jī)安裝在建筑外立面，也嚴(yán)重影響建筑外立面的美觀性以及室外機(jī)排熱的通暢性。

首先，安裝平臺(tái)直接關(guān)系到人員安全性，不合理的安裝平臺(tái)增加了高空作業(yè)的危險(xiǎn)性，也存在有室外機(jī)墜落傷人風(fēng)險(xiǎn)；其次，室外機(jī)安裝還涉及到建筑美觀性，為此，近年來提出了諸如“就近原則、一室一位、便于安裝、適度遮蔽”［3］、“裝飾費(fèi)用法”［4］等空調(diào)機(jī)位美學(xué)設(shè)計(jì)原則。然而，過度追求建筑美觀，必然會(huì)對(duì)空調(diào)器性能產(chǎn)生影響。不適宜的擺放位置及遮擋物會(huì)導(dǎo)致室外機(jī)風(fēng)量衰減、進(jìn)風(fēng)溫度高于（制冷時(shí)）或低于（制熱時(shí)）自然環(huán)境的氣溫，進(jìn)而影響空調(diào)器的性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致空調(diào)器不能正常運(yùn)行。

由于房間空調(diào)器的能耗占比已經(jīng)超過建筑用電的40%［2］，故降低空調(diào)器的實(shí)際運(yùn)行能耗將有效推動(dòng)國(guó)家節(jié)能減排方案的落實(shí)。探明安裝平臺(tái)的合理結(jié)構(gòu)，是改善空調(diào)器實(shí)際運(yùn)行性能的重要途徑，為此，本文將對(duì)近年來我國(guó)住宅建筑的室外機(jī)安裝平臺(tái)類型及其分布、國(guó)內(nèi)外關(guān)于安裝平臺(tái)對(duì)進(jìn)風(fēng)參數(shù)、空調(diào)器性能影響、以及安裝平臺(tái)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化以及其標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，以闡明室外機(jī)安裝平臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性，并為今后的進(jìn)一步研究與發(fā)展提供參考。

2 安裝平臺(tái)的類型與設(shè)置方式

為了詳細(xì)了解當(dāng)前空調(diào)室外機(jī)安裝平臺(tái)的設(shè)置現(xiàn)狀，首先需要明確室外機(jī)安裝平臺(tái)的類型。根據(jù)安裝平臺(tái)的型式、室外機(jī)的安裝位置，不同的學(xué)者給出不同的分類方式：張春枝［5］通過對(duì)武漢市多個(gè)新、老住宅小區(qū)的實(shí)地調(diào)研，給出了詳細(xì)的安裝方式分類，從安裝型式分為：垂直立面凹槽式、凸窗凹槽式、直接外露式、窗下假陽臺(tái)式、外罩遮蔽落地式等；按臨空面數(shù)量（指室外機(jī)直接暴露在室外空氣的臨界面）多少分為一面臨空、二面臨空、三面臨空、四面臨空、五面臨空（底部支架安裝）；按同一平臺(tái)上空調(diào)器的布置方式又分為同一平臺(tái)單臺(tái)布置和多臺(tái)布置。

閆藝文［6］調(diào)查了重慶地區(qū)住宅空調(diào)室外機(jī)常見安裝方式，除了按臨空面的分類方式外，還有兩種預(yù)留平臺(tái)的安裝方式：一種是槽裝式（內(nèi)凹／外凸，平臺(tái)各面都有遮擋），另一種是飄板式（預(yù)設(shè)的混凝土板）；展圣潔［7］給出了典型室外機(jī)的安裝型式分類，包括：裸裝式、吊籠式、擋板式、假陽臺(tái)式、凹槽式、純裝飾型等形式。

上述研究雖然定義了各個(gè)安裝平臺(tái)類型，但是沒有明確給出各個(gè)安裝平臺(tái)的分布情況。為此，于洋［8，9］選取了我國(guó)人口集中的大城市2232個(gè)樓盤項(xiàng)目作為調(diào)研對(duì)象，采用包括實(shí)地考查、網(wǎng)絡(luò)實(shí)景地圖調(diào)查及建筑設(shè)計(jì)圖紙調(diào)研方式，對(duì)安裝平臺(tái)類型、主要結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行聚類分析，結(jié)果表明，安裝平臺(tái)主要包括三角支架平臺(tái)、百葉窗平臺(tái)、外墻挑出平臺(tái)、空調(diào)罩四種形式，并給出了這些類型的分布占比。

表1總結(jié)了上述調(diào)研結(jié)果以及不同研究人員提出的分類對(duì)應(yīng)關(guān)系，從表中可以看出，不同調(diào)研結(jié)果均覆蓋了室外機(jī)平臺(tái)的主要類型和空調(diào)器的主流安裝方式。

表1 各研究者劃分的安裝平臺(tái)類型及其對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖1是安裝平臺(tái)在調(diào)研樣本中的分布情況［8］，可以看到，百葉窗平臺(tái)在既有項(xiàng)目中已經(jīng)廣泛采用（占既有項(xiàng)目的66.3%），也是待建項(xiàng)目主要選擇的安裝平臺(tái)型式（占55.0%）。外墻挑出平臺(tái)在既有項(xiàng)目中的使用量?jī)H次于百葉窗平臺(tái)（占既有項(xiàng)目的24.4%）。因此，臨空面比較少（通常1～2個(gè)）、采用百葉窗的槽裝安裝平臺(tái)成為主要類型。這種結(jié)構(gòu)隱蔽安裝，美觀可靠；然而，這也給室外機(jī)的運(yùn)行微環(huán)境、進(jìn)風(fēng)參數(shù)以及空調(diào)器高效運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。

圖1 空調(diào)器室外機(jī)安裝平臺(tái)在調(diào)研樣本中的分布［ 8］

3 安裝平臺(tái)對(duì)空調(diào)器性能的影響研究

空調(diào)器在運(yùn)行時(shí)，室外機(jī)不僅處于室外氣象的大環(huán)境（即室外無窮遠(yuǎn)處氣象環(huán)境）中，同時(shí)也處于安裝平臺(tái)的微環(huán)境中。因此，空調(diào)器的微環(huán)境受平臺(tái)結(jié)構(gòu)、安裝位置、室外機(jī)排（吸）熱量以及附近遮擋物等的影響，如圖2所示［9］。從本質(zhì)上講，室外機(jī)運(yùn)行熱環(huán)境的惡化主要受兩方面影響：

圖2 安裝平臺(tái)中的室外機(jī)與其周圍環(huán)境的關(guān)系

（1）安裝平臺(tái)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致空調(diào)器自身微環(huán)境的惡化（室外機(jī)風(fēng)量減小，且制冷（熱）時(shí)，進(jìn)風(fēng)溫度tin高（低）于室外機(jī)運(yùn)行熱環(huán)境溫度ta， 當(dāng)沒有其他熱源影響時(shí)，可以認(rèn)為ta就是室外無窮遠(yuǎn)處氣象環(huán)境溫度t∞）；

（2）高層建筑各樓層不同平臺(tái)室外機(jī)排（吸）熱導(dǎo)致其他空調(diào)器微環(huán)境的進(jìn)一步惡化（制冷（熱）時(shí)，受其他樓層室外機(jī)的排熱影響，空調(diào)室外機(jī)的運(yùn)行熱環(huán)境溫度ta高（低）于室外無窮遠(yuǎn)處氣象環(huán)境溫度t∞）。

在現(xiàn)有空調(diào)器的能耗模擬仿真和實(shí)驗(yàn)研究中，空調(diào)器室內(nèi)、外機(jī)換熱器的進(jìn)風(fēng)一般采用均勻的進(jìn)風(fēng)風(fēng)速和進(jìn)風(fēng)溫度作為其邊界條件［10］，然而，由于上述室外機(jī)微環(huán)境的改變，室外機(jī)的進(jìn)風(fēng)條件（包括：室外機(jī)實(shí)際進(jìn)風(fēng)溫度和風(fēng)量）相較于實(shí)驗(yàn)室或模擬仿真條件惡化［9］，導(dǎo)致空調(diào)器實(shí)際運(yùn)行能耗增大，能效比降低［11，12］。因此，下面將介紹安裝平臺(tái)對(duì)單臺(tái)空調(diào)器和不同平臺(tái)多臺(tái)室外機(jī)（以下多臺(tái)室外機(jī)均指不同平臺(tái)多臺(tái)室外機(jī)）布置方式對(duì)室外機(jī)熱環(huán)境及進(jìn)風(fēng)參數(shù)的影響，再進(jìn)一步介紹安裝平臺(tái)對(duì)空調(diào)器性能影響的研究現(xiàn)狀。

3.1 對(duì)進(jìn)風(fēng)參數(shù)的影響

3.1.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析

徐振坤等人［13］對(duì)長(zhǎng)江流域10萬臺(tái)空調(diào)器近一年中待機(jī)與運(yùn)行時(shí)連續(xù)采集的室外機(jī)運(yùn)行熱環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，結(jié)果表明，部分時(shí)段空調(diào)運(yùn)行室外溫度與氣象參數(shù)偏差過大，圖3給出了空調(diào)器在不同季節(jié)的室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度統(tǒng)計(jì)分布圖。

圖3 利用大數(shù)據(jù)測(cè)量的制冷與制熱季的室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度tin分布［13］

類似的，丁連銳在進(jìn)行空調(diào)器實(shí)際性能測(cè)試時(shí)，統(tǒng)計(jì)測(cè)量期內(nèi)各空調(diào)器室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度的發(fā)生小時(shí)數(shù)，如圖4所示［14］。其中，重慶市2 臺(tái)空調(diào)器機(jī)，一臺(tái)室外機(jī)組進(jìn)風(fēng)溫度主要分布在26.0～45.0℃范圍內(nèi)，其中31.0～41.0℃的時(shí)間占比達(dá)到了82.0%，高于40.0℃的時(shí)間占比為10.1%；另一臺(tái)室外機(jī)組進(jìn)風(fēng)溫度也類似，主要分布在25.0～46.0℃范圍內(nèi)，其中41.0～52.0℃的時(shí)間占比為15.7%。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，安裝平臺(tái)對(duì)室外機(jī)進(jìn)風(fēng)參數(shù)的影響是真實(shí)存在的。但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試尚難以厘清安裝平臺(tái)對(duì)單?臺(tái)空調(diào)器、與多臺(tái)空調(diào)器的布置位置對(duì)其進(jìn)風(fēng)參數(shù)的影響，因此還需要通過理論分析或?qū)嶋H測(cè)試進(jìn)一步探究其相互關(guān)系。

圖4 實(shí)測(cè)制冷/制熱工況下室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度tin發(fā)生小時(shí)數(shù)差異［14］

（1）安裝平臺(tái)對(duì)單臺(tái)空調(diào)器的影響

為真實(shí)反映單臺(tái)安裝平臺(tái)對(duì)進(jìn)風(fēng)參數(shù)的影響，部分研究者開展了現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室測(cè)量。展圣潔［7］對(duì)裸裝式、凹槽式安裝的室外機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，獲得了室外機(jī)的排風(fēng)溫度、后進(jìn)風(fēng)溫度、側(cè)進(jìn)風(fēng)溫度。結(jié)果表明，裸裝式室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度僅升高0.2℃～0.8℃，而凹槽式室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度則升高2.9～12.0℃，其中側(cè)進(jìn)風(fēng)溫度顯著高于后進(jìn)風(fēng)溫度。

閆藝文［6］根據(jù)室外機(jī)各面周圍遮擋物的類型（包括擋板、百葉窗）不同，在實(shí)際使用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試了不同室外機(jī)在6種安裝平臺(tái)下的進(jìn)風(fēng)溫升。結(jié)果表明，槽裝式安裝效果最差，不合理的安裝將使進(jìn)風(fēng)溫度升高近20℃，而采用飄板式安裝或裸裝則有效降低了進(jìn)風(fēng)溫度。

于洋［9］實(shí)際測(cè)試了辦公室某定速空調(diào)器室外機(jī)熱環(huán)境情況，并利用KT板分別模仿了三角支架平臺(tái)、外墻挑出平臺(tái)、空調(diào)罩平臺(tái)以及百葉窗平臺(tái)的模型。由于測(cè)試的空調(diào)器相同，因而結(jié)果有更高的可比性。測(cè)試結(jié)果表明：在夏季制冷工況中，室外機(jī)的平均進(jìn)風(fēng)溫度均高于周圍環(huán)境溫度，存在不同程度的進(jìn)風(fēng)溫升，圖5給出了測(cè)試中不同百葉角度安裝平臺(tái)室外換熱器溫升/溫降分布。

以上研究表明，安裝平臺(tái)會(huì)顯著影響室外機(jī)的進(jìn)風(fēng)參數(shù)；然而，一方面，這些實(shí)驗(yàn)均是在制冷工況下完成的，因而只表現(xiàn)為溫度的升高；另一方面，空調(diào)器進(jìn)風(fēng)溫升還必將受到機(jī)組排熱量影響，而以上文獻(xiàn)均未測(cè)試空調(diào)器的排熱量，因而這些測(cè)試只能顯示一些規(guī)律，并不能用于分析室外機(jī)進(jìn)風(fēng)參數(shù)實(shí)際溫升。

圖5 制冷/制熱工況下采用百葉窗安裝平臺(tái)室外換熱器溫升/溫降分布［9］

實(shí)際上，安裝平臺(tái)對(duì)室外機(jī)進(jìn)風(fēng)參數(shù)影響包括兩方面：（1）室外機(jī)排風(fēng)回流，排熱堆積致使進(jìn)風(fēng)溫度偏離氣象溫度；（2）室外機(jī)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量衰減。

根據(jù)圖6確定的空氣流路圖［8］，室外機(jī)在沒有任何遮擋物的理想條件下時(shí)，流經(jīng)室外換熱器的風(fēng)量即為風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量G0，其室外機(jī)的進(jìn)風(fēng)溫度tin與 外溫ta相 同。當(dāng)室外機(jī)安裝在平臺(tái)內(nèi)時(shí)，由于平臺(tái)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的阻力增大，風(fēng)量衰減至G（＜G0）；而且因平臺(tái)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致排風(fēng)回流（回流風(fēng)量為G1），故使得室外換熱器與自然環(huán)境的換熱風(fēng)量減小至G2（G2=G-G1） ，導(dǎo)致其進(jìn)風(fēng)溫度tin偏 離室外溫度ta（ 制冷時(shí)tin＞ta， 制熱時(shí)tin＜ta）。

圖6 安裝平臺(tái)的空氣流路圖

為了描述排風(fēng)回流和室外機(jī)風(fēng)量衰減的影響，文獻(xiàn)［15］定義了排風(fēng)回流系數(shù)α［15］：

α的大小反映了因平臺(tái)結(jié)構(gòu)的遮擋導(dǎo)致的室外機(jī)排風(fēng)短路程度。然而，平臺(tái)結(jié)構(gòu)也會(huì)導(dǎo)致室外機(jī)風(fēng)機(jī)的風(fēng)阻增大，從而導(dǎo)致室外機(jī)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量減少，文獻(xiàn)［8］注意到這一問題，在排風(fēng)回流系數(shù)α的基礎(chǔ)上，又提出了風(fēng)量衰減系數(shù)β反映平臺(tái)導(dǎo)致的室外機(jī)風(fēng)量衰減程度，即

通過（1）和（2）式定義的α和β兩個(gè)參數(shù)就能很好地描述室外機(jī)平臺(tái)是室外機(jī)進(jìn)風(fēng)參數(shù)的影響程度，為后續(xù)研究工作帶來了極大的方便。

（2）多臺(tái)室外機(jī)的相互影響

對(duì)于高層建筑，為了追求立面的整潔與美觀，空調(diào)器往往上下對(duì)齊或左右對(duì)齊的方式布置。而當(dāng)多臺(tái)空調(diào)同時(shí)制冷運(yùn)行時(shí)，室外機(jī)排熱不僅導(dǎo)致自身微環(huán)境的溫度升高，由于熱風(fēng)上浮，還將導(dǎo)致上部樓層室外機(jī)運(yùn)行溫度過高。也就是說，如圖2所示，在室外無窮遠(yuǎn)處空氣溫度t∞基礎(chǔ)上，還需要考慮多臺(tái)室外機(jī)運(yùn)行導(dǎo)致運(yùn)行環(huán)境溫度ta的升高。由于實(shí)驗(yàn)室難以進(jìn)行多層建筑室外機(jī)布置方式的分析，因此這方面的研究主要通過實(shí)地測(cè)試與仿真模擬進(jìn)行。

Marcel Brulisauer［16］等在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試了新加坡某24層建筑中大量室外機(jī)運(yùn)行時(shí)各室外機(jī)的運(yùn)行環(huán)境溫度，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，室外機(jī)天井溫度沿高度方向上升10-13 ℃；而對(duì)于更高層的室內(nèi)機(jī)，還因自身的百葉窗安裝平臺(tái)的遮擋，其進(jìn)風(fēng)溫度進(jìn)一步上升約9℃。

為了探明更高層的空調(diào)室外機(jī)進(jìn)風(fēng)參數(shù)的狀態(tài)，T.T. Chow［17，18］等采用模擬方法研究了某45層住宅天井內(nèi)的室外機(jī)在制冷模式時(shí)的天井內(nèi)溫度隨樓層的變化情況，以COP下降均值判斷建筑安裝各層室外機(jī)的散熱情況；周德海［19］等人模擬了室外風(fēng)速、開機(jī)臺(tái)數(shù)以及建筑結(jié)構(gòu)對(duì)高層建筑室外機(jī)周圍熱環(huán)境的影響程度，結(jié)果表明室外風(fēng)速對(duì)室外機(jī)散熱影響較大，室外機(jī)開機(jī)臺(tái)數(shù)影響次之，并指出在不改變臨空面的情況下（僅改變百葉窗型式），對(duì)室外機(jī)運(yùn)行熱環(huán)境的改善有限。類似的，張毓敏［20］、胡軍［21］等通過對(duì)高層住宅室外機(jī)進(jìn)行模擬仿真，其結(jié)果表明熱壓效應(yīng)導(dǎo)致超過8～9層的室外機(jī)的進(jìn)風(fēng)溫度就可能出現(xiàn)超限。

圖7給出了模擬的上下層室外機(jī)與室外機(jī)水平間距對(duì)排風(fēng)回流系數(shù)的影響［22］。研究結(jié)果表明，室外機(jī)每上升1層，回流系數(shù)增加約2%；水平間距越大，同層室外機(jī)之間的相互影響也越小。

圖7 高層建筑排風(fēng)回流系數(shù)

針對(duì)高層建筑室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度容易超限的問題，S.A. Nada 和M.A.Said［23］的模擬分析表明，天井的良好通風(fēng)有利于降低各層室外機(jī)的進(jìn)風(fēng)溫度，可以通過錯(cuò)位擺放的方式減少熱量堆積。

以上研究表明，在高層建筑中，由于樓層及建筑結(jié)構(gòu)的影響，室外機(jī)排布不合理極易導(dǎo)致局部空氣環(huán)境尤其是上部的空氣溫度過高，如果安裝平臺(tái)結(jié)構(gòu)不合理，將會(huì)導(dǎo)致空調(diào)器性能的進(jìn)一步下降?，F(xiàn)有研究主要是針對(duì)制冷模式開展研究，而對(duì)制熱模式下的情況未做進(jìn)一步的探討。此外，模型認(rèn)為空調(diào)器室外機(jī)將同時(shí)開啟，這在實(shí)際運(yùn)行過程中也很難發(fā)生。

3.2 對(duì)空調(diào)器運(yùn)行性能的影響

無論是安裝平臺(tái)對(duì)單臺(tái)空調(diào)器的影響、或是多臺(tái)室外機(jī)布置的相互影響，安裝方式不合理將導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)參數(shù)惡化，都將導(dǎo)致空調(diào)器的運(yùn)行性能衰減。

對(duì)于單臺(tái)空調(diào)器的性能衰減，早在2003年，葉宏［24］便分析了當(dāng)時(shí)較為流行的空調(diào)室外機(jī)機(jī)柜對(duì)室外機(jī)運(yùn)行溫度和空調(diào)器性能的影響，指出安放不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致室外機(jī)氣流不通暢，空調(diào)能耗增加14～50%；張春枝［8］等人在焓差實(shí)驗(yàn)室，通過改變室外機(jī)的臨空面數(shù)、百葉角度、百葉間距及安裝尺寸等因素，研究以上因素對(duì)住宅空調(diào)的影響。結(jié)果表明，一面臨空和兩面臨空時(shí)，空調(diào)器的制冷能效比EER較敞開式降低24.5%和9.3%；于洋［8］則在焓差室詳細(xì)的分析了百葉窗安裝平臺(tái)特征尺寸（包括：百葉窗平臺(tái)的距離尺寸、百葉角度及開口率，其中，百葉角度是百葉葉片與水平方向的夾角，開口率是指平臺(tái)中的最小進(jìn)排風(fēng)面面積和進(jìn)排風(fēng)面的總面積之比）對(duì)空調(diào)器性能的影響，并指出室外機(jī)左側(cè)及后側(cè)距離墻壁的位置對(duì)空調(diào)器性能更為敏感（右側(cè)為壓縮機(jī)室）。上述研究總結(jié)出了安裝平臺(tái)對(duì)空調(diào)器運(yùn)行性能的敏感因素。

對(duì)于多臺(tái)室外機(jī)的相對(duì)位置，金梧鳳［25］等給出了兩臺(tái)室外機(jī)同一平面相互垂直安裝、水平安裝以及上下安裝的情況，結(jié)果表明，同一平面相互水平安裝效果最好、垂直安裝效果最差。然而，該實(shí)驗(yàn)只針對(duì)兩臺(tái)室外機(jī)的相對(duì)安裝位置進(jìn)行了研究。對(duì)于高層多臺(tái)室外機(jī)，T.T. Chow［17］等人通過分析高層中室外機(jī)的氣流組織并建立仿真模型，分析了空調(diào)外機(jī)之間相互影響的性能指標(biāo)。

以上研究雖然指出了安裝平臺(tái)對(duì)室外機(jī)實(shí)際進(jìn)風(fēng)溫度和風(fēng)量造成的影響，但是仍存在較大缺陷：一方面，實(shí)驗(yàn)研究中，實(shí)測(cè)的進(jìn)風(fēng)溫度是風(fēng)量衰減后實(shí)際進(jìn)風(fēng)溫度，不能反映排風(fēng)回流和風(fēng)量衰減各自的影響程度，同時(shí)，由于機(jī)組的也沒有明確排熱量的大小，因此結(jié)果也并不具有顯著參考價(jià)值；另一方面，模擬研究中，雖然采用了進(jìn)風(fēng)附加了溫差后的進(jìn)風(fēng)溫度，但均默認(rèn)室外機(jī)風(fēng)量保持不變，忽略了風(fēng)量衰減的作用。由此可見，現(xiàn)有研究尚未考慮二者的綜合影響，更沒有給出二者對(duì)空調(diào)器性能綜合影響的定量描述方法。為此，楊子旭［26］提出采用通過在室外溫度基礎(chǔ)上增加相應(yīng)附加溫差作為室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度來描述，據(jù)此提出反映實(shí)際使用狀態(tài)的空調(diào)器“附加溫差法”性能模型。

圖8 不同風(fēng)量及室外溫度對(duì)應(yīng)的機(jī)組性能曲線轉(zhuǎn)換圖（當(dāng)室內(nèi)溫度給定時(shí)）

圖8給出了空調(diào)器制冷模式下“附加溫差法”性能模型的物理意義。從圖中可以看出，在室內(nèi)溫度不變的前提下，當(dāng)無平臺(tái)遮擋時(shí)，空調(diào)器的制冷能效比EER為圖中A點(diǎn)，空調(diào)器的性能曲線對(duì)應(yīng)圖中的曲線1（即f1(t)），當(dāng)采用安裝平臺(tái)時(shí)，由于安裝平臺(tái)導(dǎo)致流過室外換熱器的風(fēng)量減小為G，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)按照風(fēng)量為G對(duì)空調(diào)器進(jìn)行性能測(cè)試，則可獲得此風(fēng)量下空調(diào)器EER隨進(jìn)風(fēng)溫度的變化曲線則為圖中的曲線2（即f2(t)）。實(shí)際工作點(diǎn)從B點(diǎn)（考慮風(fēng)量衰減）沿曲線2變化為C點(diǎn)（考慮排風(fēng)回流）。空調(diào)器的EER相當(dāng)于在設(shè)計(jì)風(fēng)量G0時(shí)進(jìn)風(fēng)溫度在室外溫度ta基 礎(chǔ)上增加了一個(gè)附加溫差△t（即E與F之間的溫差），該△t中包含了因安裝平臺(tái)導(dǎo)致的風(fēng)量衰減附加溫差△t2和排風(fēng)回流附加溫差△t1。同時(shí)，C點(diǎn)的EER也是制冷劑與溫度為ta的 室外空氣進(jìn)行有效換熱風(fēng)量G2條件下的EER，即對(duì)應(yīng)實(shí)際性能曲線3（即f3(t)）上的F點(diǎn)。

（3）式是針對(duì)單臺(tái)室外機(jī)受安裝平臺(tái)影響而確定的，即認(rèn)為室外無窮遠(yuǎn)處空氣溫度t∞與室外機(jī)運(yùn)行環(huán)境溫度ta一 致。

對(duì)于多臺(tái)室外機(jī)存在排風(fēng)相互干擾時(shí)，如果忽略室外機(jī)風(fēng)量相互干擾、可能進(jìn)一步降低等因素，則還需要考慮其他室外機(jī)排熱帶來的室外機(jī)運(yùn)行熱環(huán)境溫度ta的變化，因此尚需引入排風(fēng)干擾附加溫升△t3，（3）式則可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為：

4 安裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)優(yōu)化及標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)

4.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

對(duì)于單臺(tái)安裝平臺(tái)設(shè)計(jì)優(yōu)化，關(guān)鍵是確定空調(diào)器距離周圍壁面的距離。

在距離尺寸方面，趙安強(qiáng)［27］指出，影響室外機(jī)散熱差的顯著性因素為凹槽寬度與高度，并通過風(fēng)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)說明，必要時(shí)應(yīng)在出風(fēng)口添加隔板（導(dǎo)流板），優(yōu)化排風(fēng)氣流組織，使其直接吹走；金梧鳳［28］等人對(duì)布置在建筑凹槽內(nèi)的兩臺(tái)空調(diào)室外機(jī)相對(duì)安裝位置對(duì)周圍熱環(huán)境的影響進(jìn)行了研究，給出了兩臺(tái)室外機(jī)水平安裝和垂直安裝時(shí)的最小間距；國(guó)海燕［29］則通過CFD 模擬研究給出了安裝平臺(tái)中空調(diào)器與后側(cè)墻壁的推薦距離為150～250mm。

對(duì)于目前應(yīng)用最廣的百葉窗安裝平臺(tái)，百葉窗的開口率、百葉角度等參數(shù)也至關(guān)重要。安裝平臺(tái)的百葉設(shè)置除了考慮考慮有防雨的作用［30］［31］，更重要的是考慮美觀性，而百葉角度不僅導(dǎo)致排風(fēng)回流，還對(duì)空調(diào)室外機(jī)排風(fēng)阻力有影響［32］。程卓明［33］等人對(duì)比了百葉角度對(duì)室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度的影響，推薦百葉角度應(yīng)當(dāng)小于45°；劉萬龍［34］等人在焓差實(shí)驗(yàn)室搭建百葉窗平臺(tái)，針對(duì)多聯(lián)機(jī)的變工況性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，推薦百葉角度應(yīng)小于15°；楊陽［35］采用CFD 模擬方法對(duì)多聯(lián)機(jī)室外機(jī)的百葉角度和開口率進(jìn)行了優(yōu)化，推薦在百葉角度45°時(shí)，開口率不低于80%。以上研究主要通過實(shí)驗(yàn)研究或模擬獲得，需要說明的是，由于研究所給的百葉窗尺寸、開口率等邊界條件各不一致，因而研究推薦百葉窗參數(shù)存在一定差異。

于洋［9］根據(jù)建立的安裝平臺(tái)空氣的流路圖（流體網(wǎng)絡(luò)圖），以β（排風(fēng)回流系數(shù)）和α（流量衰減系數(shù)）為判據(jù)，給出了不同容量室外機(jī)安裝平臺(tái)的最小推薦尺寸，為安裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持。由此可見，在百葉窗安裝平臺(tái)尺寸合適、百葉參數(shù)合理的前提下，空調(diào)器室外機(jī)運(yùn)行環(huán)境能夠接近室外環(huán)境的真實(shí)溫度。

對(duì)于高層建筑，除了安裝平臺(tái)的優(yōu)化，多臺(tái)室外機(jī)布置相對(duì)位置也應(yīng)當(dāng)優(yōu)化。G. Wang［35］等人模擬了高層建筑中多聯(lián)機(jī)因排風(fēng)不暢對(duì)實(shí)際運(yùn)行性能的影響，并最終給出了安裝方式的建議；胡軍［21］給出了高層建筑室外機(jī)安裝方案，即室外機(jī)每?jī)蓪釉O(shè)置一個(gè)隔層，每層室外機(jī)設(shè)置一個(gè)靜壓箱；李義奇［37］則提出，豎直排列相比交錯(cuò)排列室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度更低，且凹槽的進(jìn)深不能太大，超過1200 mm時(shí)可能導(dǎo)致絕大部分空調(diào)器不能正常運(yùn)行。

目前，由于建筑的體型、結(jié)構(gòu)各異，室外機(jī)與建筑的結(jié)合方式（窗下、陽臺(tái)下、天井）也不盡相同，因而目前仍缺少通用的、有具體參數(shù)的高層建筑室外機(jī)布置方式。

4.2 安裝平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)

實(shí)際上，對(duì)于安裝平臺(tái)預(yù)留位置，各個(gè)廠家在產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè)中針對(duì)不同容量的空調(diào)器都給出了如圖9所示的室外機(jī)安裝預(yù)留空間的要求，但是由于建筑設(shè)計(jì)的原因，這些預(yù)留空間常常難以滿足。

圖9 不同廠家安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)室外機(jī)安裝位置的要求

針對(duì)室外機(jī)的安裝及平臺(tái)建設(shè)，我國(guó)已制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如在GB 50096-2011《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》［38］中就規(guī)定“當(dāng)陽臺(tái)或建筑外墻設(shè)置空調(diào)室外機(jī)時(shí)，其安裝位置應(yīng)能通暢地室外排放空氣和自室外吸入空氣，在排出空氣的一側(cè)不應(yīng)有遮擋物”；GB17790-1999 《房間空氣調(diào)節(jié)器安裝規(guī)范》［39］也給出了安裝空調(diào)器室內(nèi)機(jī)及室外機(jī)時(shí)的注意事項(xiàng)。這兩部標(biāo)準(zhǔn)僅定性地給出了室外機(jī)的安裝原則，但難以有效指導(dǎo)室外機(jī)安裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

為了更為定量地為室外機(jī)安裝平臺(tái)設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持，近年來，我國(guó)部分地區(qū)也出臺(tái)了地方性標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)程來規(guī)范室外機(jī)的安裝。如：2013 年，重慶市發(fā)布了工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑外立面空調(diào)室外機(jī)位技術(shù)規(guī)程》［40］，涉及到空調(diào)室外機(jī)位的設(shè)計(jì)尺寸、材料要求以及施工方法等，要求機(jī)位最小凈寬尺寸不應(yīng)小于0.9m，最小凈深尺寸不應(yīng)小于0.5m。同年，湖北省《低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［41］的第4.2.5條的規(guī)定“當(dāng)采用住宅空調(diào)時(shí), 空調(diào)室外機(jī)應(yīng)設(shè)置在通風(fēng)良好的位置，并避免氣流和噪聲對(duì)周圍環(huán)境造成污染”，并給出了室外機(jī)的擱板的尺寸設(shè)計(jì)要求。

盡管如此，但在建筑設(shè)計(jì)中，往往更重視建筑美觀性和人員安全性，但對(duì)室外機(jī)的排熱問題沒有得到充分的重視。鑒于此，全國(guó)人大代表李金波提出了制定空調(diào)室外機(jī)安裝平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范的提案，國(guó)家部委對(duì)此高度重視，對(duì)行業(yè)組織提出了制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。2019 年，土木工程學(xué)會(huì)根據(jù)住建部《對(duì)十三屆全國(guó)人大一次會(huì)議第7898 號(hào)建議的答復(fù)》意見精神［42］，起草了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《建筑物外墻空調(diào)室外機(jī)安裝平臺(tái)技術(shù)規(guī)范》［43］，規(guī)范了空調(diào)室外機(jī)安裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收要求，確保空調(diào)器的安全、高效地運(yùn)行，在其附錄A中，明確給出了不同額定制冷量空調(diào)器室外機(jī)安裝平臺(tái)的尺寸、凈高及正面無遮擋距離等參數(shù)。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用效果分析

由于空調(diào)器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)直接影響空調(diào)器的運(yùn)行能耗和性能［45］，室外機(jī)安裝平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將有效提升機(jī)組的性能。根據(jù)前文調(diào)研的平臺(tái)種類分布和每臺(tái)空調(diào)器的全年能耗計(jì)算結(jié)果，可以對(duì)一個(gè)房間、一棟建筑、一個(gè)區(qū)域乃至全國(guó)的室外機(jī)安裝平臺(tái)所帶來的節(jié)能效果進(jìn)行估算或評(píng)估。

根據(jù)城鎮(zhèn)居民家庭每百戶空調(diào)器擁有量和家庭戶數(shù)數(shù)據(jù)［2］，以長(zhǎng)江流域9個(gè)主要省份的空調(diào)器數(shù)量進(jìn)行分析。經(jīng)估算，這一地區(qū)空調(diào)器的保有量約為1.87億臺(tái)。百葉窗平臺(tái)的比例為66.3%。根據(jù)文獻(xiàn)［26］提出的按照1hp，1.5hp及2hp空調(diào)百葉窗平臺(tái)優(yōu)化后的全年節(jié)電量、各匹數(shù)空調(diào)的占比［45］，以及文獻(xiàn)中提出的隔層布置室外機(jī)排布方式［21］的節(jié)電量，估算長(zhǎng)江流域整體全部空調(diào)的節(jié)電量。計(jì)算結(jié)果表明，百葉窗平臺(tái)的優(yōu)化就可以給長(zhǎng)江流域城市每年帶來約19億kWh的節(jié)電量，相當(dāng)于節(jié)約20.1萬噸標(biāo)煤、減排18.9億千克CO2。

對(duì)于高層建筑，采用隔層布置室外機(jī)排布方式則能帶來約12.1億kWh的節(jié)電量，相當(dāng)于節(jié)約12.7萬噸標(biāo)煤、減排11.9億千克CO2。由此可以看出，安裝平臺(tái)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于降低住宅空調(diào)器能耗意義重大。

5 今后的工作

使用習(xí)慣、控制水平和安裝方式直接影響空調(diào)器的運(yùn)行能耗和全工況性能，其實(shí)際運(yùn)行性能普遍低于實(shí)驗(yàn)室性能。特別是，室外機(jī)的安裝方式導(dǎo)致其運(yùn)行工況惡化，導(dǎo)致性能衰減尚屬目前關(guān)注不夠的問題，因此優(yōu)化室外機(jī)安裝平臺(tái)具有重要且明確的意義?，F(xiàn)有研究已基本闡明了室外機(jī)安裝平臺(tái)對(duì)空調(diào)器性能影響的基本特征，但尚需深入開展如下研究工作：

（1）研究平臺(tái)對(duì)變頻空調(diào)器性能的影響。目前，針對(duì)定頻空調(diào)器室外機(jī)的影響規(guī)律已經(jīng)基本探明；然而，變頻空調(diào)器是目前的主要類型，且其輸出的制冷（熱）能力和能效比均隨室內(nèi)負(fù)荷變化而變化，且室外機(jī)的風(fēng)量也將隨著進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而從室外機(jī)排出（提?。┑臒崃恳搽S之變化，因此，尚需進(jìn)一步探明安裝平臺(tái)對(duì)變頻空調(diào)器性能的影響規(guī)律。

（2）探明高層建筑中室外機(jī)安裝平臺(tái)美學(xué)設(shè)置以及各層空調(diào)對(duì)室外機(jī)微環(huán)境的相互影響。目前的高層建筑中多臺(tái)室外機(jī)的相互影響研究主要依靠模擬仿真完成，并給出一些解決方案，如隔層布置、增加靜壓箱等，但是相比于單臺(tái)安裝平臺(tái)，多臺(tái)室外機(jī)布置受到建筑結(jié)構(gòu)（如：不同建筑室外機(jī)布置位置各異）、住宅體型（如：窗下布置是否有隔層布置空間）的影響，難以給出定量的描述，而且受鄰里關(guān)系（如：隔層布置的噪聲問題）、空調(diào)廠家（室內(nèi)外機(jī)配管長(zhǎng)度）等多方面的影響，因此，還需進(jìn)行大量的分析研究，并綜合考慮建筑學(xué)、美學(xué)、社會(huì)學(xué)等多方面因素，才能解決好高層建筑室外機(jī)的布置問題。

（3）研究安裝平臺(tái)在室外自然風(fēng)環(huán)境條件下對(duì)空調(diào)器性能的影響。目前分析室外機(jī)進(jìn)風(fēng)參數(shù)及空調(diào)器運(yùn)行性能時(shí)，通常認(rèn)為室外機(jī)外部環(huán)境自然風(fēng)速為0、或僅有某一相同方向的風(fēng)速。但是空調(diào)器實(shí)際運(yùn)行時(shí)，室外機(jī)外部環(huán)境的風(fēng)向、風(fēng)速均不是固定值，且不同的建筑布局也會(huì)對(duì)建筑風(fēng)環(huán)境產(chǎn)生影響。因此，應(yīng)進(jìn)一步探明不同樓層、不同建筑朝向、不同風(fēng)向及風(fēng)速下分析室外機(jī)進(jìn)風(fēng)參數(shù)及空調(diào)器運(yùn)行性能。

（4）安裝平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)宣貫與完善。團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《建筑物外墻空調(diào)室外機(jī)安裝平臺(tái)技術(shù)規(guī)范》已經(jīng)頒布實(shí)施，為了強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)的重要性，尚需進(jìn)一步對(duì)建筑師進(jìn)行宣貫，以引起建筑行業(yè)的重視并貫徹落實(shí)，才能有效地推動(dòng)建筑節(jié)能進(jìn)程；另一方面，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了新建建筑中使用量最廣的百葉窗型、外墻挑出式的技術(shù)措施，但對(duì)目前老舊建筑美觀性改造主要采用的空調(diào)罩型安裝平臺(tái)，尚未給出具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)要求，也沒有明確規(guī)定高層建筑不同層之間上下、左右的布置原則。

（5）考慮安裝平臺(tái)分布和使用行為空調(diào)器住宅能耗預(yù)測(cè)。能耗預(yù)測(cè)是電網(wǎng)建設(shè)、能源調(diào)度、能源價(jià)格制定的基礎(chǔ)工作，以家庭為單位，結(jié)合室外機(jī)安裝平臺(tái)結(jié)構(gòu)分布和氣象條件，基于實(shí)測(cè)探明其空調(diào)使用行為、空調(diào)器能效與能耗特征，準(zhǔn)確獲得空調(diào)器用電數(shù)據(jù)，研究住戶、小區(qū)、城市、區(qū)域以及全國(guó)層面的空調(diào)器用電規(guī)律，也將成為未來的重要研究?jī)?nèi)容。