基于CFD技术的超高层住宅空调室外机热环境研究

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1、规划与设计建材与装饰2017年4月基于CFD技术的超高层住宅空调室外机热环境研究高旭聪（广东省建科建筑设计院有限公司广东广州510000）摘要：本文基于某实际房地产项目，通过使用CFD技术，从粗至细，由广到微探究了空调室外机对建筑周边微环境的的影响。根据逐级细化的模拟实验结果，可以发现室外机热量在背风面容易发生积聚，且可通过建筑造型措施减少室外机温度的影响，但垂直布置的室外机仍有过热的隐患。模拟实验数据拟合结果显示，垂直布置的室外机随楼层的增高温度上升速度越快。关键词：CFD；风场模拟；室外机；建筑微环境；热积聚中图

2、分类号：TU112.3文献标识码：A文章编号：1673-0038（2017）16-0108-03引言（2）求解定常和非定常问题；随着人们生活水平的提高，分体式房间空调器已在城市家庭（3）求解层流和多个紊流模型（如R-ε模型，R-ω模型，雷诺中普及。分体式空调器室外机安装于室外侧，使用前要进行合理应力模型RSM等）；的安装。随着建筑技术的发展，建筑整体美观对空调器室外机安（4）求解单相流和多个多相流模型（如相间裂缝算法IPSA，装也提出了新的要求。以前是将室外机安装于外墙支架上，这样代数滑动模型ASM，自由表面栏型等）

3、；既不美观又不安全，现在的建筑设计大多预留了室外机的安装（5）可采用直角坐标系，柱坐标系统和随体坐标系统BFC。空间，通过一定的结构设计，使其与建筑物融为一体。但是，有限2模型建立及边界条件的空间和周围存在的遮挡物导致室外机散热效果恶化，对系统2.1三维模型的建立性能产生不利影响。利用CFD对室外机的热环境进行模拟分析，使用Rhinoceros软件进行建模，小区模型以及T4塔楼模型为室外机的安装布置提供参考。如图1所示。1建筑概况及研究方法介绍1.1建筑概况该项目位于深圳市南山区，该建筑为本项目小区的T4号塔楼，建筑

4、共49层，其中下部为群楼，6~19层为低区，21~34层为中区，36~49层为高区，均采用多联式空调机，房间空调器室外机安装于室外侧或阳台。各区每层室外机布置均相同。1.2研究方法利用CFD技术，建立小区模型，对目标塔楼周边风环境进行图1T4塔楼及所在小区3D模型模拟，以该模拟结果作为边界条件，将目标塔楼独立抽出，细化2.2边界条件模型及网格，再对细化后的塔楼模型进行模拟。对迎风面及背风（1）来流面Z轴方向梯度风的选取，因为地表的摩擦作用，面的室外机热环境进行分析，探究建筑设计室外机摆放对建筑靠近地面的风速会随高度的

5、降低而减小。紊流强度（Turbulence热环境的影响。Intensity）为5%。对于模拟参数的选择主要考虑了夏季制冷工况空调室外机（2）根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-的工作环境，采用空调室外计算干球温度33.7℃，相对湿度70%，2012）选取深圳市夏季风向及风速，风向为东南风，平均风速为夏季主导风向东南风，室外平均风速2.7m/s。并在软件中将室外2.7m/s，（对数模型Logarithmic的剖面形式，有效粗糙度Effective机设为带有热源及相应法向量空气流量的实体块，发热量

6、及空roughnessheight选取为0.75m，参考高度取10m），环境温度取气流量根据设备参数选取。33℃。1.3软件介绍（3）根据小区风环境模拟的计算结果，设定T4塔楼单独模在CFD（计算流体动力学）领域中，有许多著名的软件，拟的风边界条件的相对粗糙度为0.75m，参考高度为10m。Phoenics就是其中之一。Phoenics是用于模拟流体流动和热传输（4）紊流模型选取标准的k-ε模型。的通用分析软件。Phoenics的应用领域极广，在工业部门，它可应（5）考虑热压作用，空气边界条件开启Boussinesq

7、假设。用于航空、航天、建筑、汽车、化工、电力、机械、冶金、采矿、核工（6）T4塔楼单独模拟时将280台多联式空调室外机设为体业、石油和造船等部门。它又可应用于医学、能源、交通、环境和积热源模型，附加一相对的风速模拟冷凝器的冷却风扇。所以参农业等各个领域，还可应用于教学和科研领域。数根据产品样册计算而定，发热量为制冷量加功率，风速为风量/Phoenics的基本功能如下：出风口面积，由于不确定产品具体使用的品牌以及型号，在误差（1）求解一维、二维和三维流场；范围许可内不考虑百叶通风率。具体参数设置参照表1。·108·20

8、17年4月建材与装饰规划与设计表1室外机型号发热量（kW）风速（m/s）尺寸（高×宽×深mm）6HP201.271380×950×37010HP351.331650×1100×39014HP505.81720×1210×750注：14HP室外机加装了导风管，导风管口径设为0.75×0.75m，因此风速较高，为5.8m/s。3模拟结果分析3.1小