金梧鳳，鄭亞飛，蔣悅波，白賢三

（1.天津商業(yè)大學天津市制冷技術重點實驗室，天津300134；2.浙江清華長三角研究院，浙江 杭州310012；3.樂金電子（天津）有限公司，天津300400）

在現有的建筑中，分體式空調室外機常被直接安裝在建筑外立面上，用支架進行支撐，這樣的擺放不利于建筑外立面的美觀性，同時也會帶來安全隱患．為了克服以上缺陷，建筑設計師把空調室外機機位擺放至凹槽內，并采用百葉等構件進行遮蔽，如圖1所示，在這種情況下，空調室外機的散熱效果取決于室外機和墻體,室外機距百葉之間的距離以及百葉的形式．

目前，國內外學者針對室外機的周圍熱環(huán)境進行了大量的相關研究．周德海等人[1]針對室外風速、溫度等影響因素對凹槽內室外機周圍熱環(huán)境進行了數值模擬分析，指出室外風速對室外機散熱影響較大，室外溫度影響較?。故ソ軐Π疾鄣母叨?、寬度、進深進行實驗、模擬研究，指出凹槽的進深宜大于 90 cm,寬度應大于 220 cm，高度大于 70 cm[2]．T.T.Chow[3-5]等人對放置在建筑凹槽內的室外機的散熱情況進行了數值模擬分析，以COP的平均下降值分析了多臺室外機的散熱情況．CAC Laboratory, LG Electronics[6]等用數值方法分析了室外機距墻體最優(yōu)位置比，同時分析了最壞的情況．韓國漢陽大學的Seok-Ho Choi等人[7]針對建筑凹槽內六種不同的室外機布置方式，通過數值模擬和數學計算研究了室外自然風從正面吹、側面吹和無室外自然風三種情況下冷凝器的進風溫度及室外機的COP值和CGPI值，研究表明室外自然風從正面吹使得室外機風扇吹出的氣流上升，導致熱空氣進入上層設備，影響上層空調設備散熱．美的公司的程卓明[8]用實驗和模擬的方法分析了百葉安裝開度對夏季空調運行的影響，發(fā)現百葉開度為45°時,室外機冷凝器的進風溫度達到35.9～38.3℃．

可以看出，目前關于凹槽內室外機周圍熱環(huán)境的研究大多集中在數值模擬上，側重于室外環(huán)境對空調性能的影響，實驗研究方面對凹槽的大小、百葉開度進行了研究，兩者都沒對凹槽內室外機最佳安裝位置和凹槽最佳百葉開度進行研究．本文以凹槽內某型號室外機為研究對象，改變室外機在凹槽內的位置及凹槽的百葉角度，對室外機的進出口溫度、散熱量及EER并進行了研究分析，本研究成果為凹槽內室外機的通用安裝條件研究提供研究方法和基礎依據．

圖1 凹槽內室外機擺放形式Fig1. The form of the outdoor unit placed in the groove

1 實驗原理與裝置

1.1 實驗原理

GB/T7725-2004[9]標準規(guī)定，有兩種空調器性能測試方法：①為平衡環(huán)境型房間量熱計法；②為空調器焓差法．其中，焓差法測試精度較高，能測試房間空調器的制冷能力和制熱能力，另外，還可以針對房間空調器季節(jié)節(jié)能能效比測定間歇啟停狀態(tài)下空調器的制冷量和輸入功率，因此，本次實驗采用焓差法測量熱泵型空調器的制冷性能．空氣焓差法測試方法包括：室外機出風外接風管法、出風采樣法、出風多點測試法和室內機空氣焓差法．本文中采用室外機出風多點測試法進行實驗，即直接測試室外機的進、排風口位置的多點風速、風溫，計算室外機的散熱量；測量壓縮機的功率，兩者之差為該空調的制冷量．如圖2所示，左邊為室內側測試房間，右側為室外側測試房間，在做實驗過程中，把室外機放置在室外側房間，室內機放置在室內側房間．

圖2 焓差室原理圖Fig.2 Schematic diagram of the enthalpy different laboratory

室外機散熱量及空調器制冷量以及能效比可以用下式表示：

式中： Q0室外機散熱量，W； tc為出口溫度，℃；ti為進口溫度，℃；c為空氣比熱容，J/kg·℃；m為質量流量，kg/s； Qa為室外機制冷量，W； PE為壓縮機輸入功率，W；．EER為制冷性能系數，W/W．

1.2 實驗裝置及實驗方法

為了得到可控制的室內側和室外側環(huán)境，本實驗選擇在天津商業(yè)大學焓差實驗室進行，圖3為焓差實驗室照片，其中包括分別模擬室內環(huán)境和室外環(huán)境的模擬小室，這兩個小室相鄰且壁面為保溫墻；焓差室包括兩套用于室內側和室外側小室的制冷系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)，以及自身的控制系統(tǒng)和數據采集設備．實驗中通過調節(jié)焓差實驗室的各個系統(tǒng)將室內側小室和室外側小室調整至所需狀態(tài)．

圖3 焓差實驗室Fig.3 The enthalpy difference lab

實驗裝置中包括室外機、凹槽和溫濕度傳感器，熱點耦測點在凹槽內，通過數據采集裝置連接至室外計算機中，對實驗進行記錄．本實驗使用厚度為5 mm的三合板代替凹槽結構，封閉百葉采用角度可調、百葉間距分別為50 mm、100 mm的兩種鋁合金百葉，其尺寸為1400 mm×1100 mm，百葉葉片寬度為50 mm．實驗中選用的空調器室外機的型號為 LS-83541AT,尺寸為 0.72 m×0.23 m×0.483 m(長×寬×高),制冷量為3 500 W,最大輸入功率1 850 W．

實驗開始前，室外環(huán)境溫度設為35℃，室內機設定溫度為18℃，焓差室室內側和室外側模擬房間工況達到穩(wěn)定以后開啟實驗空調器，待其運行 15 min后記錄實驗數據．采用多點風速儀測量風速，T型熱電偶進行溫度測量，采用功率表測得輸入功率，結合以上裝置測得的數據，進而得出室外機在不同安裝條件工況下的制冷量及EER變化．

1.3 實驗工況

在進行實驗工作之前 ，進行了相關的數值模擬和資料分析[10-13]，因為實驗采用的是典型的家用分體式空調，冷凝器形狀為L型，因此室外機有兩側進風口，圖4所示左側和上側為進風口，a點為出風口測點，b和c點為進風口測點，d點為凹槽內室外機周圍環(huán)境溫度測點．圖5為百葉形式，上面已經說明，這里不再贅述．

圖4 凹槽內室外機安裝位置Fig.4 Outdoor unit installation position in the groov e

根據以上分析，制定實驗工況表，見表1．

1.4 研究范圍

本實驗針對某一型號的分體式空調室外機進行研究，其容量和外形尺寸前面已經給出．因為空調廠家眾多，生產的空調器類型也相對較多，而且不同型號的空調器性能參數和室外機尺寸不同，并且室外機的散熱強度也是不同的，本研究的范圍限于2.2中描述的某型號室外機凹槽內安裝條件對其冷凝器散熱影響的研究，但其研究成果可為凹槽內室外機的通用安裝條件的研究提供研究方法以及基礎性研究依據．

圖5 百葉形式Fig.5 Louver form

表1 實驗工況Tab.1 Experimental conditions

2 實驗結果分析

2.1 室外機距墻距離的影響

首先研究不同室外機距墻位置對室外機周圍熱環(huán)境的影響，具體實驗工況如表1中A1-A4所示．

圖6 室外機與墻的距離不同時室外機的進風溫度Fig.6 Inlet temperature of outdoor unit of different distance from the wall to the condenser

圖7 冷凝器與墻的距離不同時的散熱量、制冷量、壓縮機輸入功率以及EERFig.7 Heat dissipating capacity, outdoor unit refrigerating capacity and the input power of the compressor and EER under various conditions

圖6 是對比工況A1、A2、A3和A4 情況下室外機進口平均溫度隨時間變化的趨勢圖．可以看出，隨著室外機距墻距離的增大，室外機進風溫度顯著減小，當L1、L2=80 mm時，室外機進口平均溫度為42.3℃；當增大至100 mm、200 mm、300 mm時，室外機進口平均溫度分別為 39.3℃、38.3℃、37.2℃，從80 mm至100 mm時變化比較明顯．從圖7中可以看出隨著間距的增大，散熱量和制冷量也隨之增大，當冷凝器距墻距離為300 mm時，散熱量和制冷量分別比距離為80 mm時增大了20.2%和30.8%，EER增大了30.4%，這種情況下室外機散熱最好．

這是因為當室外機距墻的距離增大時，室外機的回風空間隨之增大，室外空氣可以順利的進入并與冷凝器進行熱交換，因此散熱效果得以優(yōu)化；最高溫度在間距最小時，最低溫度出現在間距最大時，而且當間距達到100 mm及以上時，溫度變化幅度減小，這是因為當間距很小時，室外機的回風空間小，進口氣流流動受到阻礙，導致進風口的溫度最大，而隨著間距的增大，并達到一定距離時，回風空間增大，進口空氣流通順暢，能有效吸入室外空氣，以致進風口溫度減小幅度變?。?/p>

從以上分析結果可知，當室外機與墻的間距大于80 mm時，溫度變化幅度減小，制冷量和散熱量變化趨勢減緩，因此從上述分析結果建議室外機距墻距離應大于80 mm．

2.2 室外機距百葉距離的影響

下面研究室外機與百葉之間距離對室外機周圍熱環(huán)境的影響，A2、A5為實驗工況．

圖8 室外機與百葉距離不同時室外機的進風溫度Fig.8 Inlet temperature of outdoor unit of different distance from the wall to the louver

圖9 室外機與百葉距離不同時的散熱量、制冷量、壓縮機輸入功率以及EERFig.9 Heat dissipating capacity, outdoor unit refrigerating capacity and the input power of the compressor and EER under various conditions

圖8 為對比工況A2和A5下室外機平均進風溫度隨時間變化的均勢圖，從圖中可以看出，當間距為300 mm時，進風溫度最低，平均溫度為37.7℃，間距為100 mm最大，平均溫度為39.3℃，間距為500 mm時，平均溫度為38.3℃．從圖9中可以看出，EER先升高再減小，出風口距百葉為300 mm時EER比出風口距百葉為100 mm時增大了7.8%；而散熱量和制冷量則呈現先增大后平緩的趨勢，即出風口距百葉為300 mm時和出風口距百葉為500 mm時，散熱量和制冷量差別很小，可視為無變化．

這是因為隨著風扇距百葉距離的增大，通風空間隨之增大，因此室外機散熱效果變好，EER增大，但是當風扇與百葉之間的距離超過某一限值時，由于室外機出風靜壓有限，室外機排出的熱氣流不能夠完全排出凹槽，甚至會直接進入冷凝器造成“氣流短路”現象，造成室外機的進風溫度又呈現升高的趨勢，所以會出現EER降低的現象．

從上述分析可以得出室外機與百葉之間則存在最佳距離，即在300 mm左右時室外機散熱效果最好，EER最高．

2.3 百葉形式的影響

為了維持建筑外立面的整齊，室外機常被安裝在凹槽內并以百葉進行遮蔽，因此百葉形式對室外機周圍的熱環(huán)境同樣起著至關重要的作用．具體實驗工況如A6和A7所示．

圖10 不同百葉開度下室外機的進風溫度Fig.10 Inlet temperature of outdoor unit of different louver angle

圖 10為不同百葉開度下室外機進風溫度隨時間的變化趨勢圖，從圖中可以看出，當百葉開度為40°時，室外機進風溫度最大，平均溫度為42.3℃，百葉開度為 0°和 30°時分別為 39.4℃和39.3℃．從圖11中可以看出，散熱量和制冷量隨著百葉開度的增大，呈現先升高后降低的趨勢，即百葉開度為30°時空調運行狀況最好，同時隨著百葉開度的增大，EER也呈現先增大后降低的趨勢，30°時比 0°和 40°時 EER 分別增大 0.9%和6.9%．百葉間距為100 mm時室外機進風溫度、散熱量、制冷量和EER的變化規(guī)律與50 mm時類似，故不做詳細說明．

圖11 不同百葉開度下的散熱量、制冷量、壓縮機輸入功率和EERFig.11 Heat dissipating capacity, outdoor unit refrigerating capacity and the input power of the compressor and EER under different lover angle

圖12 不同百葉間距下室外機的進風溫度Fig.12 Inlet temperature of outdoor unit of different louver space

圖13 不同百葉間距下的散熱量、制冷量、壓縮機輸入功率和EERFig.13 Heat dissipating capacity, outdoor unit refrigerating capacity and the input power of the compressor and EER under different lover space

研究不同百葉間距對室外機周圍熱環(huán)境的影響，圖12和13所示為百葉開度為30°時的不同百葉間距下室外機的進風溫度、散熱量、制冷量和EER，從圖中可以看出百葉間距為50 mm時室外機的進風溫度遠大于間距為100 mm時的進風溫度，即隨著百葉間距的增大，室外機進風溫度顯著降低，散熱量、制冷量和EER也隨之升高，其中EER約上升15.3%．百葉角度為0°和40°時各參數的變化規(guī)律相似，在此不做贅述．

以上種工況下導致的不同散熱量及制冷量是因為室外機排出的熱風需要經過百葉排放到大氣中，如果百葉開度過大，排出的熱風將與百葉進行碰撞，使得排風能量減小，造成部分熱氣流堵塞在凹槽內，甚至發(fā)生回流現象，影響室外機散熱；而百葉間距的增大則會使排風空間變大，室外機的通風狀況得到改善，進而使得空調系統(tǒng)的運行狀況得以優(yōu)化．

從上述分析結果可以得出，當百葉開度設為30°左右時散熱效果最好，同時在選擇百葉時，百葉間距滿足美觀要求的前提下越大越好．

3 結論

本文針對某一型號家用分體式空調室外機，以其在凹槽內的周圍熱環(huán)境為切入點，對影響其周圍熱環(huán)境的安裝位置及百葉形式進行分析，得出了以下結論：

(1)室外機與墻之間距離越大，室外機散熱效果越好，能效比越高，結合凹槽占用面積，建議室外機距墻距離應大于80 mm；

(2)風扇與百葉之間則存在最佳距離，即在300 mm左右時室外機的散熱效果最好，EER最高．

(3)當百葉間距一定時，存在著最佳百葉角度，即30°左右時空調能效比最高；隨著百葉間距的增大，室外機的散熱量、制冷量和能效比也隨之增大，因此建議住宅用空調系統(tǒng)在不影響建筑外立面美觀性的前提下，盡量增大百葉的間距，并使百葉角度維持在30°左右．

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