超低能耗高層住宅室外機(jī)運(yùn)行環(huán)境模擬分析

0 引言

在“雙碳”目標(biāo)的引領(lǐng)下，建筑行業(yè)正在不斷進(jìn)行創(chuàng)新與改變。為更早實(shí)現(xiàn)低碳排放與節(jié)能轉(zhuǎn)型，超低能耗建筑發(fā)展迅速，并在各個(gè)地方開展超低能耗建筑示范區(qū)試點(diǎn)。上海等夏熱冬冷地區(qū)超低能耗建筑主要通過熱工性能較好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、暖通空調(diào)節(jié)能、電氣節(jié)能和可再生能源等措施來滿足超低能耗建筑供暖空調(diào)、照明、生活熱水、電梯總能耗控制指標(biāo)

，因此，多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)在高層超低能耗住宅中得到廣泛的應(yīng)用，室外機(jī)作為空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，其運(yùn)行環(huán)境直接影響整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的能效比

，進(jìn)而影響空調(diào)能耗

。

在超低能耗住宅的設(shè)計(jì)中，通常在建筑凹槽或天井設(shè)置室外機(jī)安裝平臺(tái)，從而保持建筑外立面的美觀性，但安裝平臺(tái)也存在一些問題，室外機(jī)平臺(tái)布置位置不合理，周圍構(gòu)筑物的遮擋，可能會(huì)導(dǎo)致天井內(nèi)部熱量堆積，“熱風(fēng)”短路

，周圍環(huán)境溫度過高，導(dǎo)致空調(diào)進(jìn)入停機(jī)保護(hù)模式。為進(jìn)一步分析多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)室外機(jī)運(yùn)行環(huán)境的主要影響因素，本文采用CFD模擬軟件對(duì)上海地區(qū)超低能耗建筑的室外機(jī)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行模擬分析，對(duì)運(yùn)行環(huán)境較差的室外機(jī)平臺(tái)布置進(jìn)行優(yōu)化，從而保證空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1 項(xiàng)目概況與方法概述

1.1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)，根據(jù)建筑的空調(diào)系統(tǒng)類型和室外機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，選取項(xiàng)目的A、B、C三個(gè)典型樓棟進(jìn)行分析，各樓棟天井及周圍區(qū)域如圖1所示。

為保證建筑外立面的美觀，3棟樓棟均采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)且室外機(jī)均布置在建筑北部天井設(shè)備平臺(tái)，各樓棟天井尺寸如表1所示，天井外部為敞開式連廊，其中A、B 2棟均為18層，C棟為16層，各樓層布置均相同。

1.2 方法概述

采用數(shù)值模擬的手段對(duì)典型樓棟的墻面、天井與室外機(jī)進(jìn)行簡化建模，模擬主要考慮夏季室外機(jī)散熱工況，室外氣溫采用室外干球溫度，不考慮室外風(fēng)對(duì)室外機(jī)散熱的影響，根據(jù)建筑圖紙確定天井平臺(tái)室外機(jī)的數(shù)量、樣本參數(shù)、確定模擬的邊界條件，模擬分析各樓棟最不利工況下室外機(jī)散熱情況。

2011年，美國食品與藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)數(shù)字乳腺斷層攝影技術(shù)應(yīng)用于臨床乳腺腫瘤篩查工作中。國內(nèi)方面近年來，隨著DBT技術(shù)被獲許進(jìn)入市場以后，國內(nèi)對(duì)DBT技術(shù)的應(yīng)用研究運(yùn)營而生。我院也獲批市內(nèi)首臺(tái)斷層乳腺攝影機(jī)（美國豪洛捷公司），投入使用后使乳腺診斷效能有所提高。中國女性往往腺體屬于不均勻致密及極度致密的類型較多，DBT在這類致密型乳腺腫塊的顯示方面表現(xiàn)優(yōu)異。與FFDM相比，DBT較清晰地顯示了腫塊的邊界、準(zhǔn)確數(shù)量、邊緣情況、腫塊均勻性、周圍組織之間關(guān)系以及伴隨征象。本研究通過對(duì)比FFDM與DBT對(duì)乳腺腫塊診斷的正確性，從而探討數(shù)字乳腺斷層攝影（DBT）技術(shù)對(duì)乳腺癌的診斷價(jià)值。

2 模型的建立與邊界條件

2.1 各樓棟模型的建立

根據(jù)A、B、C三棟樓室外機(jī)運(yùn)行環(huán)境模擬結(jié)果分析可知，A棟室外機(jī)平均進(jìn)風(fēng)溫度最高，可能會(huì)影響空調(diào)機(jī)組的正常運(yùn)行。本文對(duì)A棟室外機(jī)位置進(jìn)行優(yōu)化，由于設(shè)計(jì)方案A棟室外機(jī)位置相對(duì)B、C兩棟比較封閉，且A棟外廊兩側(cè)為玻璃圍擋，B、C兩棟為透風(fēng)欄桿，A棟室外機(jī)運(yùn)行環(huán)境相對(duì)B、C兩棟更為不利。

2.2 邊界條件的設(shè)置

統(tǒng)計(jì)結(jié)果，繪制各室外機(jī)平均回風(fēng)溫度的變化曲線圖（如圖4所示）。從圖中可以看出，隨著樓層的升高，室外機(jī)周圍環(huán)境溫度越來越高。

3 結(jié)果分析與優(yōu)化

3.1 設(shè)計(jì)方案模擬結(jié)果分析

截取A、B、C三個(gè)樓棟天井內(nèi)室外機(jī)出風(fēng)口中心面，得到室外機(jī)垂直與水平截面溫度云圖與速度矢量，來評(píng)估各樓棟室外機(jī)的散熱情況。

各樓棟垂直截面溫度場如圖3所示。

[19]王理萬：《立法官僚化：理解中國立法過程的新視角》，《中國法律評(píng)論》2012年第2期，第119頁。

由圖3可知，在無風(fēng)條件下，各個(gè)樓棟天井內(nèi)室外機(jī)吹出熱風(fēng)主要通過室外溫度較低的空氣對(duì)流換熱的方式來保證室外機(jī)的正常運(yùn)行。在熱壓的影響下，室外機(jī)進(jìn)風(fēng)口在一定程度上受到下層室外機(jī)排風(fēng)影響，低層排出的熱量會(huì)被高層室外機(jī)的進(jìn)風(fēng)口吸入。

良渚反山遺址12號(hào)墓玉鉞一套3件，其中鉞通長70厘米，上端寬14.4厘米，刃部寬16.8厘米，最厚0.9厘米，孔徑0.53厘米。此鉞南瓜黃色，有透明感。上部有孔，但很小，顯然，不是用來懸掛和捆扎用的，那么，它到底作何用？是裝飾，還是別的？不得而知。

為簡化邊界條件，假設(shè)外墻為絕熱壁面，不考慮太陽、墻面輻射等因素，室外機(jī)為滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，室外環(huán)境溫度采用上海市室外干球溫度34.4℃，空氣考慮重力和熱浮升力的影響，將室外機(jī)內(nèi)部冷凝器設(shè)置為固定的體積熱源，發(fā)熱量為空調(diào)的制冷量與功率之和，排風(fēng)扇采用fan邊界，風(fēng)量采用室外機(jī)循環(huán)風(fēng)量。采用RNG K-ε方程進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)閆藝文等

室外機(jī)的溫度實(shí)測(cè)與本方法相應(yīng)邊界條件的模擬結(jié)果分析，從而保證了模擬結(jié)果的合理性。具體室外機(jī)參數(shù)如表2所示。

由于A棟室外機(jī)散熱量較大，室外機(jī)進(jìn)風(fēng)平均溫度較高，其中室外機(jī)最高平均進(jìn)風(fēng)溫度為48.93℃，該棟樓當(dāng)前布置方式，室外機(jī)散熱效果較差，可能影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)

；B棟的天井內(nèi)凹較深，室外機(jī)最高平均進(jìn)風(fēng)溫度為44.37℃；C棟天井內(nèi)凹深度最淺，室外機(jī)的最高平均溫度為38.23℃，室外機(jī)的熱量排出效果良好。

以某銀行的手機(jī)銀行B2C 支付功能為例，如圖4，確定性有限自動(dòng)機(jī)最初處于未登錄的狀態(tài)，經(jīng)過一系列交易進(jìn)入支付模塊，用戶選擇不同的驗(yàn)簽方式使得服務(wù)器記錄不同的交易報(bào)文，根據(jù)不同的交易名稱，確定性有限自動(dòng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到不同的支付分支進(jìn)行處理，支付完成后返回到共同的交易完成狀態(tài)，再進(jìn)行后續(xù)交易直至退出，進(jìn)入終結(jié)狀態(tài)。

如今，兼任了貴州省大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)用研究院首任院長的梅宏，正不斷壯大具有核心競爭力的大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)著貴州大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。

由圖5可知，A棟室外機(jī)的設(shè)備平臺(tái)的外側(cè)被隔墻和連廊玻璃圍擋遮擋，室外機(jī)進(jìn)風(fēng)口與排風(fēng)口位置相對(duì)封閉，背面與側(cè)面的進(jìn)風(fēng)速度集中在0~2.66 m/s；熱量集中在天井的內(nèi)側(cè)區(qū)域，無法從天井直接排出到敞開連廊，速度集中在0~1.33 m/s，換熱效果較差；機(jī)組排風(fēng)速度集中在0~5.33 m/s之間。

水平截面可以更加直觀地觀察室外機(jī)排風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口的溫度場和速度場分布。分別截取A、B、C三個(gè)樓棟室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度較高的頂層室外機(jī)排風(fēng)口中心點(diǎn)水平截面（如圖5~7所示）。

本文模擬室外環(huán)境溫度設(shè)置為34.4℃，室外機(jī)為滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，不考慮室外風(fēng)等影響因素，根據(jù)上海氣象參數(shù)

可知，夏季室外溫度高于34.4℃全年小時(shí)數(shù)為71 h，A、B兩棟設(shè)計(jì)方案高層室外機(jī)在該時(shí)間段室外無風(fēng)的情況下可能會(huì)進(jìn)入停機(jī)保護(hù)的狀態(tài)。

由圖7可知，C棟天井的內(nèi)凹深度較小，整個(gè)室外機(jī)周圍氣流集中在0~5.33 m/s之間，背面與側(cè)面的進(jìn)風(fēng)速度集中在0~2 m/s，室外機(jī)運(yùn)行環(huán)境較好，可以正常工作。

根據(jù)各樓棟不同樓層室外機(jī)平均進(jìn)風(fēng)溫度的

由圖6可知，B棟天井的內(nèi)凹深度較大，在熱壓的作用下，背面與側(cè)面的進(jìn)風(fēng)速度集中在0~4 m/s，熱量集中在天井的內(nèi)側(cè)，造成高層區(qū)域熱量容易堆積，從而導(dǎo)致該區(qū)域室外機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度較高，室外機(jī)的排風(fēng)速度集中在0~5.5 m/s。

3.2 優(yōu)化方案模擬結(jié)果分析

采用三維建模軟件對(duì)A、B、C三個(gè)樓棟的天井、設(shè)備平臺(tái)、空調(diào)外機(jī)和周圍墻體建模如圖2所示。A棟外廊兩側(cè)為玻璃圍擋，B、C棟外廊兩側(cè)為透風(fēng)欄桿，考慮透風(fēng)欄桿對(duì)設(shè)備平臺(tái)的散熱影響較小，模型未考慮透風(fēng)欄桿的建立。

蔡曉松指出，亨斯邁紡織染化的策略是與國內(nèi)品牌進(jìn)行合作，選擇一些注重企業(yè)社會(huì)責(zé)任的大型公司建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，參與其產(chǎn)品開發(fā)，在他們的新品中注入亨斯邁元素。此外，公司還與一些團(tuán)體、協(xié)會(huì)、學(xué)會(huì)進(jìn)行合作，提出專業(yè)建議，引導(dǎo)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

將A棟連廊的玻璃圍擋改為透風(fēng)欄桿，并且把室外機(jī)設(shè)備平臺(tái)從天井的左側(cè)移至右側(cè)（如圖8所示）。

2.2 各組血清中心肌酶指標(biāo)濃度比較 與正常組相比，模型組小鼠CK-MB、cTnI、Hb升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。與模型組相比，陽性組、黃芩莖葉黃酮組CK-MB、cTnI、Hb降低，具有劑量依賴性，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表2。

對(duì)A棟室外機(jī)運(yùn)行環(huán)境優(yōu)化方案進(jìn)行模擬，結(jié)果分析如下。

A棟優(yōu)化方案垂直截面溫度場如圖9所示。從圖中可以看出，室外機(jī)排出熱量在熱壓的作用下不斷上升，與天井及以外連廊空氣混合后，溫度下降明顯。天井內(nèi)室外機(jī)最高平均進(jìn)風(fēng)溫度為39.35℃，相比A棟未優(yōu)化前室外機(jī)最高平均進(jìn)風(fēng)溫度下降了9.58℃，根據(jù)A棟優(yōu)化方案不同樓層室外機(jī)平均進(jìn)風(fēng)溫度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，繪制各室外機(jī)平均回風(fēng)溫度的變化曲線圖（如圖10所示）。A棟優(yōu)化后室外機(jī)平均進(jìn)風(fēng)溫度大大降低，減弱了熱壓作用下熱量的累積效應(yīng)。

由圖11可知，由于室外機(jī)靠天井外連廊較近，天井深度較淺，連廊采用透風(fēng)欄桿，天井與連廊空氣混合冷卻效果較好，整個(gè)室外機(jī)周圍氣流集中在0~5.12 m/s之間，背面與側(cè)面的進(jìn)風(fēng)速度集中在0~2.6 m/s，且室外機(jī)采用雙風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng)，散熱情況較好，可以正常工作。

3.3 能耗結(jié)果分析

上海地區(qū)超低能耗高層住宅建筑采用總能耗控制指標(biāo)，全年單位套內(nèi)面積一次能源消耗量不超過60 kWh/m

，而空調(diào)能耗占總能耗比重最大，占比約為40%~60%，夏季室外機(jī)能耗占空調(diào)能耗比例約為40%

，而通常能耗模擬未考慮室外機(jī)運(yùn)行環(huán)境熱量堆積造成運(yùn)行環(huán)境溫度升高而導(dǎo)致空調(diào)能耗的上升。據(jù)相關(guān)研究

可知，在夏季工況下，空調(diào)室外機(jī)運(yùn)行環(huán)境溫度每升高1℃，空調(diào)能效比會(huì)降低3%，A棟在保證制冷正常運(yùn)行的工況下，設(shè)計(jì)工況下制冷COP比優(yōu)化工況降低了28.74%，對(duì)超低能耗建筑夏季空調(diào)能耗影響較大，從而導(dǎo)致能耗模擬指標(biāo)與實(shí)際運(yùn)行能耗相差較大。

4 結(jié)論

本文采用數(shù)值模擬的方法對(duì)上海地區(qū)超低能耗典型高層居住建筑天井內(nèi)室外機(jī)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

1）在熱壓的作用下，室外機(jī)運(yùn)行環(huán)境溫度會(huì)隨著樓層的升高而升高；當(dāng)天井外側(cè)有隔墻、玻璃圍擋遮擋時(shí)，天井與連廊的通風(fēng)效果較差，對(duì)設(shè)備平臺(tái)室外機(jī)散熱影響很大；當(dāng)室外機(jī)位于天井內(nèi)側(cè)，天井深度越大，室外機(jī)排出熱量越容易在天井高層區(qū)域堆積，從而導(dǎo)致空調(diào)運(yùn)行能耗的增加。

2）當(dāng)室外機(jī)設(shè)備平臺(tái)位于天井內(nèi)部時(shí)，天井的外側(cè)連廊應(yīng)采用透風(fēng)欄桿；當(dāng)天井與連廊存在隔墻時(shí)，室外機(jī)設(shè)備平臺(tái)應(yīng)設(shè)置在天井內(nèi)的無隔墻遮擋側(cè)，防止室外機(jī)排出熱量在天井隔墻側(cè)堆積；設(shè)備平臺(tái)位于天井內(nèi)部極大程度保證了建筑外立面的美觀，同時(shí)要應(yīng)盡可能減小天井的深度，確保室外機(jī)運(yùn)行環(huán)境的溫度低于停機(jī)保護(hù)溫度，從而減小超低能耗建筑模擬預(yù)測(cè)空調(diào)能耗與實(shí)際運(yùn)行空調(diào)能耗的誤差。

［1］華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司.上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則(試行)［S］.上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會(huì)，2019.

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