北京某办公楼多联机室外机散热优化方案研究.pdf

北京某办公楼多联机室外机散热优化方案研究李冰刘敏张昱王松庆刘鹏张哲（建科公共设施运营管理有限公司，北京；东北林业大学，哈尔滨）摘要：以北京某办公楼为研究对象，针对多联机室外机在夏季高温期间频繁出现宕机的问题，采用现场测试与 数值模拟的方式，结合实际运维经验，全面分析宕机的原因，并根据项目实际情况，针对性地制定多联机室外机散热优化方案。模拟分析结果表明，相比现状情况，在室外气温达到 时，机房温度可控制在 以下，室外机机房内热环境得到较大的改善。关键词：室外机；宕机；机房热环境；热环境中国建设科技集团科技创新基金青年科技基金项目（编号：）李冰，女，年生，硕士研究生，工程师 北京市西城区车公庄大街 号院号楼层 ：收稿日期：引言与传统空调相比，多联机空调系统具有节能高效、控制灵活方便、占用空间少等特点，广泛应用于办公建筑中。多联机空调系统的正常运行在提高员工的工作效率和舒适度方面发挥着重要作用。作为多联机空调系统的核心组件之一，室外机的布置方式与工作环境是确保系统运行正常的关键。在设计阶段，考虑到建筑外立面的美观性，室外机往往会被设置在阳台、机房、避难层、凹槽、天井内，并统一采用格栅或百叶遮挡，导致室外机通风不畅，空调冷凝器进风温度升高，空调系统制冷性能下降，甚至无法正常运行。有研究显示，空调冷凝器的进风温度每升高，其 约降低，当进风温度超过室外机的过热保护温度时，空调系统会无法正常运行，进而影响用户的使用，并且会降低室外机的使用寿命。文改黎通过 模拟，得出将室外机设置于凹槽内比设置于屋面上进风温度约高。在施工阶段，若安装不规范、施工质量差（如：未按设计要求选型、未按厂家要求布置室外机、室外机与室内机的连接不紧密等），容易造成换热不畅，降低室外机的性能。薛覆陆等人在既有建筑结构下，通过对深圳市夏季主导风速和风向工况下设备间的热环境仿真模拟分析，对室外机布置方案进行了优化。郭婷婷通过模拟得出，当多台机组集中布置时，改变机组间距能有效降低机组进风温度。在使用阶段，未对室外机及附属设备设施进行及时维护，也是多联机系统无法正常运行的重要诱因之一。本文以北京某办公楼为研究对象，针对多联机室外机在夏季高温期间频繁出现宕机的问题，全面分析设计、施工和运维各阶段的原因，制定了多联机室外机散热优化方案，为其他项目提供案例参考与思路。项目概述 项目概况该项目位于北京市西城区，总建筑面积为 万，其中地上建筑面积 万，地下建筑面积 万。地上 层，地下层，层及以上为办公区，层为会议区，首层包括展厅、门厅、多功能厅，地下层及夹层为餐厅和厨房，地下层至地下层为车库和机房。多联机系统概况 层办公层采用温湿度独立控制空调系统形式。其中，湿度控制由空调新风承担，每个办公层设置新风处理设备。室内温度控制由干式多联机系统承担。干式多联机室内机采用干工况蒸发器，全楼共计 台；室外机采用变频调速控制，层每层均布置台，层布置台。室外机设备明细如表所示。室外机在机房中摆放位置为：西面为机组面板，另外三面（东、南、北）均为散热翅片。表室外机设备明细设备型号形式制冷量数量安装位置服务区域 高温风冷变频 室外机房 高温风冷变频 室外机房办公区、办公室、会议室、消防电梯前室 高温风冷变频 室外机房 高温风冷变频 室外机房 机房概况除 层多联机室外机置于天台外，层每层西侧设置一个多联机机房，机房面积约为 ，每层均布置台室外机，总占地面积约为 。机房东侧为墙体，南侧为室内检修门，北侧为通高格栅，西侧采用陶板遮挡。排风口设置在北侧，采用格栅风口，格栅角度为；进风口设置在西侧，采用百叶窗，百叶倾角为向下 。如图所示。多联机空调系统存在问题自该办公楼投运以来，夏季高温期间层、层和层的多联机室外机频繁出现宕机。据统计，在 年供冷季（月 日至月 日），层室外机宕机的频次为 次，层室外机宕机的频次为 次，层室外机宕机的频次为次。宕机原因分析夏季当室外温度达到 时，室外机出现停机现象，此时室外机机房温度达到 以上。本章从设计阶段、施暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷图室外机在机房的分布图工阶段与使用阶段着手，全面分析室外机散热条件差的原因，并针对性地制定优化散热方案。设计阶段在设计阶段，受建筑美学影响，室外机机房空间狭小且环境封闭，室外机工作环境恶劣，散热条件差，是导致宕机的原因之一。施工阶段在施工阶段，受设计限制，无法按室外机安装空间要求进行安装，导致机组换热效率下降，散热不畅，具体表现为台室外机紧贴排布（如图所示），东侧散热翅片与机房墙壁间的距离过近（仅为 ）（如图所示）。使用阶段 排风口与风管间的软连接破损室外机排风口与镀锌铁皮风管间采用软连接，在使用阶段，未及时对软连接进行维护与更换，软连接破损（如图所示），部分排风排放至机房内，导致机房热量堆积。室外机排风管与排风格栅间的柔性连接脱落图室外机排风软连接破损室外机排风管与排风格栅之间采用柔性连接，在使用阶段，柔性连接从排风格栅上脱落（如图所示），未及时对其维护，导致排风面积减小，排风阻力增加，且部分热风排放至机房，加剧了机房的热效应。图室外机排风管与排风格栅间的柔性连接脱落 机组排风扇静压小在使用阶段，未结合室外机机房狭小且封闭的特点合理调节机组排风扇静压，导致排风能力不足，散热欠佳。针对使用阶段的问题，优化建议方案如表所示。表室外机散热条件差原因及优化建议方案序号散热条件差原因优化建议方案排风口与风管间的软连接破损更换破损的排风管软连接；制定定期检查与维护计划，运维人员定期检查、维护与更换软连接室外机排风管与排风格栅间的柔性连接脱落修复室外机排风管与排风格栅间的柔性连接；制定定期检查与维护计划，运维人员定期检查、维护与更换柔性连接机组排风扇静压小将台室外机中远端机组的排风扇静压调为额定静压值 室外机机房热环境分析 室外机机房散热方案建议针对未按室外机安装空间要求进行安装的问题，优化建议方案如下：）增加台机组之间的距离。为了避免影响维护保养人员的通行，台机组距离增加至 。）增加东侧散热翅片与机房墙壁间的距离。东侧散热翅片为室外机的主要换热面，增加东侧散热翅片与机房墙壁间的距离能有效改善室外机散热条件。在不改变建筑结构的前提下，同时为了保证足够的检修维保操作空间，此方案不具备可实施性。为了避免此问题，考虑将机房西侧建筑外墙拆除，并将机组向西侧移动 。选取宕机频次较高的层机房为研究对象，采用 数值模拟软件，对室外机机房在现状条件、增加台机组之间的距离、增加东侧散热翅片与机房墙壁间的距离种工况下的机房热环境进行仿真模拟，以分析散热优化方案的实施效果。层 的 台 室 外 机 均 为 ，尺 寸 为 （长宽高），单台室外机额定制冷量为 ，制冷输入功率为 。每台机组包含台排风扇，单台排风扇风量 。模拟时，假定室外环境温度为。现状条件下机房热环境模拟为了观测机房的温度分布，选取机房内距离地面高度空调制冷暖通空调 年第 卷增刊分别为、的空间平面。现状条件下，不同位置平面机房内的温度分布云图见图。图现状条件下不同高度平面温度场分布云图现状条件下，距离地面高度 的空间平面为最高温度区域，最高温度达到 。增加台机组之间的距离至 机房热环境模拟增加台机组之间的距离至 时，不同位置平面机房内的温度分布云图见图。图台室外机间距增加至 时不同高度平面温度场分布云图台室外机间距增加至 时，最高温度位于 空间平面，为 。在此工况下，南面机组内部出现了热量堆积区域，且在台机组中间的空隙处也产生了热量堆积。拆除机房西侧建筑外墙，将机组向西侧移动 机房热环境模拟拆除机房西侧建筑外墙，并将机组向西侧移动 时，不同位置平面机房内的温度分布云图见图。图拆除机房西侧建筑外墙，将机组向西侧移动 时不同高度平面温度场分布云图拆除机房西侧建筑外墙，将机组向西侧移动 时，机房内温度场分布较为均匀，没有热量堆积区域，空间平面最高温度为 。综上所述，种工况下南面机组内部温度均高于北面机组，造成该现象的原因是南面机组距离北侧的格栅风口较远，气流组织较差。机组间距增加至 扰乱了原有空气速度场分布，造成了气流短路，同时，在空隙处出现了热量堆积，部分区域的温度甚至高于现状温度。拆除机房西侧建筑外墙，将机组向西侧移动 ，机房空间平面温度场的最高温度降低至 ，低于该室外机的过热保护温度，与现状相比，机房温度降低了约，且机房内温度场分布较均匀，大大减少了热量堆积现象的发生，有效地改善了室外机的工作环境，优化了室外机散热条件，能够解决夏季高温期间室外机宕机的问题。结论以北京某办公楼为研究对象，针对室外机在夏季高温期间频繁出现宕机的问题，全面分析设计、施工和运维各阶段的原因，采用 数值模拟软件，对层室外机机房热环境进行仿真模拟，与现状相比：）机组间距增加至 ，造成了气流短路，在空隙处出现了热量堆积，部分区域的温度甚至高于现状温度。）拆除机房西侧建筑外墙，将机组向西侧移动 ，在室外气温达到 时，机房空间平面温度场的最高温度维持在 以下，且机房内温度场分布较均匀，大大减少了热量堆积现象的发生，能够解决夏季高温期间室外机宕机的问题。综上，在建筑设计时，应充分考虑室外机的工作环境与散热条件；在建筑已竣工且结构无法改变的情况下，施工时，室外机应选择合理的布置方式，且尽可能遵守厂家的标准化安装要求；在使用过程中，还需要制定全面、科学的检查和养护计划，做好室外机及附属设备设施的维护管理工作。参考文献：王婷谈多联机空调系统室外机的布置山西建筑，（）：邹晓锐多联机空调系统室外机组喷雾降温技术节能效果测试研究中国建筑装饰装修，（）：王新亚，张志刚，聂亚飞，等某高层办公楼多联机系统室外机换热条件研究暖通空调，（增刊）：文改黎某办公建筑空调室外机布置方式可行性分析暖通空调，（增刊）：，（）：谷德军，王剑波，朴完奎，等室外机室格栅对空调运行环境的影响绿色科技，（）：薛覆陆，姚桂菊，黄志祥，等避难层室外机布置方式对热环境的影响研究制冷，（）：郭婷婷基于 模拟的多联机空调室外机布置研究成都：西华大学，王海林多联机中央空调的安装设计规范以及日常维护管理工业技术，（）：暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷