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        住宅室外機能耗影響因素的探析

        2022-11-03 03:22:50周榮榮戚玉麗李清雙胡琳杜林峰裘奇達
        工程建設(shè)與設(shè)計 2022年19期
        關(guān)鍵詞:室外機百葉窗空調(diào)器

        周榮榮,戚玉麗,李清雙,胡琳,杜林峰,裘奇達

        (嘉興學(xué)院,浙江 嘉興 314001)

        1 引言

        我國大部分地區(qū)夏季炎熱,冬季寒冷,空調(diào)作為環(huán)境溫度調(diào)節(jié)設(shè)備已走進千家萬戶[1]。據(jù)統(tǒng)計,發(fā)達國家暖通空調(diào)能耗在建筑能耗中占比65%,可見暖通空調(diào)的節(jié)能是建筑節(jié)能的重點對象[2]。隨著空調(diào)產(chǎn)量及銷量的大幅增加,逐漸提高空調(diào)能效,實現(xiàn)節(jié)能降耗將尤為重要,這將有效推動國家節(jié)能減排方案的實施。優(yōu)化空調(diào)室外機,降低能耗則成為提高空調(diào)能效、節(jié)能經(jīng)濟的一個重要途徑。

        2 影響空調(diào)室外機能耗的相關(guān)因素

        2.1 部分空調(diào)室外機預(yù)留空間不足

        現(xiàn)場空調(diào)安裝中,并非所有室外機預(yù)留機位均能滿足所要安裝的空調(diào)室外機臺數(shù),有時2 間或2 間以上房間需要共用一個設(shè)備平臺,但是建筑規(guī)劃時往往只考慮了一臺室外機的安放尺寸,使得多臺室外機不得不擠在一起或上下疊放[3]。當(dāng)多臺室外機水平列陣布置時,布置間距將受到室外機組尺寸的影響,室外機組尺寸越大,達到同樣的熱環(huán)境所要求的間距要求也越大;當(dāng)水平列陣布置的間距大于或等于2 m 時,機組吸氣溫度接近環(huán)境溫度[4]。同理,當(dāng)多臺室外機垂直疊放時,由于熱氣流的上升,容易造成熱量的積聚,從而影響室外機的運行性能。以夏季工況為例,室外機作為冷凝器使用,其進風(fēng)溫度每升高1 ℃,空調(diào)系統(tǒng)的COP 將降低約3%,當(dāng)進風(fēng)溫度超過45 ℃時,空調(diào)系統(tǒng)將不能正常運行,甚至導(dǎo)致系統(tǒng)停機[5]。

        綜上,當(dāng)多臺室外機在相同位置同時工作運行時會造成周圍環(huán)境溫度的升高,這不僅增加了空調(diào)室外機的能耗,還降低了空調(diào)實際運行性能,造成能源的浪費,同時給周遭環(huán)境帶來極大的安全隱患。

        2.2 空調(diào)室外機周圍熱環(huán)境影響其散熱

        2.2.1 室外溫度過高或過低

        空調(diào)制冷和制熱的極限溫度分別為-7 ℃和42 ℃。對于人體而言,適宜人體且節(jié)能環(huán)保的夏季溫度為26~28 ℃,冬季溫度為18~22 ℃。室外溫度過高或通風(fēng)不暢會影響室外機的吸氣和散熱效果,不僅會降低空調(diào)室外機的運行效率,還可能因散熱不暢影響壓縮機的壽命。當(dāng)溫度過低時可能引起壓縮機內(nèi)潤滑油黏度增大,導(dǎo)致壓縮機啟動不暢,甚至有點擊繞組過流損壞的風(fēng)險。實驗研究表明:隨著室外環(huán)境溫度的增大,空調(diào)室外機的進風(fēng)溫度升高,室外機散熱量及制冷量減小,能效比減小[6]。對于夏季制冷時,設(shè)定溫度每調(diào)高2 ℃,可以節(jié)電20%;而對于冬季設(shè)定溫度每降低2 ℃,空調(diào)就可以節(jié)電10%以上。

        2.2.2 室外風(fēng)向及風(fēng)速的影響

        當(dāng)人們對室外機的進風(fēng)參數(shù)及空調(diào)器的運行性能進行分析時,通常假設(shè)室外機外部條件一定,即室外機所處環(huán)境自然風(fēng)速為0,或風(fēng)速在某一方向相同的情況。但在空調(diào)器實際運行時,室外機外部環(huán)境的風(fēng)向及風(fēng)速都是會變的,同時,不同的建筑布局也會對室外機風(fēng)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響[7]。蔣悅波通過采用FLUENT 軟件模擬和焓差實驗室控制室外內(nèi)模擬房間的工況,得出室外風(fēng)右側(cè)風(fēng)向的平均進風(fēng)溫度低于正前風(fēng)向室外風(fēng);隨著正前方室外風(fēng)風(fēng)速的提高,能效比最高下降4.8%的變化規(guī)律。由此可知,室外機正前方風(fēng)速的增加會加大空調(diào)室外機的能耗損失,降低空調(diào)器的能效比,造成能源的浪費,不利于節(jié)能環(huán)保。

        2.3 通風(fēng)百葉對空調(diào)室外機能耗的影響

        通風(fēng)百葉將空調(diào)室外機隱藏于建筑構(gòu)件中,使之與建筑立面融為一體,達到協(xié)調(diào)統(tǒng)一的效果。不當(dāng)?shù)牟贾梅绞絼t會影響室外機的散熱,能耗增加,空調(diào)的運行性能反而下降。而對于百葉窗的安裝使用,應(yīng)注意保證有效通風(fēng)率≥75%[8]。

        2.3.1 通風(fēng)百葉的開度

        蔣悅波通過采用FLUENT 軟件模擬得出當(dāng)百葉間距一定時,隨百葉開度的增大,室外機的進風(fēng)溫度先降低后升高,空調(diào)的能效比先升高后減小。劉萬龍等人[9]針對36 ℃室外環(huán)境溫度下室外機熱環(huán)境采用CFD 模擬分析,得出:在同一室外環(huán)境溫度下,百葉開度越大,室外機進氣溫度越高,室外機制冷量衰減越嚴重,推薦百葉角度小于15°。此外,劉萬龍等人[10]通過研究表明,隨著遮擋百葉角度的增大,室外機周圍熱環(huán)境將變惡劣,如果樓層較高,處于較高位置的室外機因為熱壓效應(yīng),回風(fēng)溫度將進一步升高,可能導(dǎo)致室外機制冷量的嚴重衰減,甚至停機。綜上所述,百葉開度過大或過小都不利于空調(diào)室外機的散熱,只有當(dāng)通風(fēng)百葉處于一個適當(dāng)?shù)奈恢茫拍鼙WC空調(diào)室外機的充分散熱,同時使空調(diào)器的運行性能達到最佳狀態(tài)。

        2.3.2 通風(fēng)百葉之間的間距

        針對通風(fēng)百葉之間的距離對室外機散熱的影響,學(xué)者們也有大量的研究。楊云凱等人[11]通過對某商業(yè)建筑進行實驗,利用CFD 計算軟件發(fā)現(xiàn)百葉間距至少達到80 mm 才可以基本消除室外機外百葉對空調(diào)出口氣流的阻礙作用。國海燕也指出當(dāng)百葉間距由50 mm 增大到80 mm 時,室外機平均進風(fēng)溫度降低,當(dāng)安裝間距>80 mm 時,平均進風(fēng)溫度基本保持不變。由此,當(dāng)百葉間距>80 mm 時,增大百葉間距將對室外機的散熱運行不產(chǎn)生影響。

        2.3.3 空調(diào)室外機與通風(fēng)百葉之間的距離

        空調(diào)室外機排風(fēng)口與通風(fēng)百葉之間的距離過大會增加建筑成本,造成空間上的浪費,過小將不利于室外機的散熱,增加室外機的能耗,降低空調(diào)器的運行性能。蔣悅波等人運用CFD 模擬的研究方法得出當(dāng)室外機風(fēng)扇與百葉間距為250 mm 時,室外機最高回風(fēng)溫度為49~51 ℃,局部阻力損失最大,且室外機風(fēng)扇與百葉距離為250 mm,百葉開度為10°時,安裝情況最好[12]。

        3 降低室外機能耗的節(jié)能裝置與節(jié)能方法

        3.1 節(jié)能裝置

        節(jié)能裝置,顧名思義是為空氣調(diào)節(jié)、水處理等系統(tǒng)的節(jié)能降耗改造而制作的產(chǎn)品。黃成根[13]發(fā)明的節(jié)能裝置充分利用空調(diào)室內(nèi)機冷凝水的低溫冷卻效果來冷卻室外機的散熱片,不僅起到節(jié)能效果,還可以清洗散熱片。由黃晨東和顧健[14]發(fā)明的空調(diào)節(jié)能裝置根據(jù)空調(diào)室外機所排出的熱風(fēng)情況,適時開啟噴水程序,發(fā)揮降溫增效的作用,節(jié)能效果顯著。目前,為了美觀常在室外機機位設(shè)置百葉窗,還可以從百葉窗的角度進行節(jié)能裝置的研發(fā)。將太陽能集熱裝置和熱風(fēng)回收裝置與室外機百葉窗相結(jié)合可以有效解決空調(diào)室外機的散熱問題,經(jīng)實驗測得該裝置每年可以節(jié)約66.815 kW·h,減少近53 kg二氧化碳排放[15],對節(jié)能減排產(chǎn)生了一定的效果。

        3.2 節(jié)能方法

        1)預(yù)留合理的室外機機位:通過實地走訪嘉興市多個小區(qū),對居民進行隨機問卷調(diào)查以及開展網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問卷,發(fā)現(xiàn)居民所使用的空調(diào)類型為分體式空調(diào)(壁掛式、立柜式、吊頂式等)的占比為81.3%,其中使用國內(nèi)品牌(海爾、格力、美的等)的占78.60%,而國內(nèi)品牌中,1.5 匹的格力空調(diào)室外機尺寸為776 mm×320 mm×540 mm,1.5 匹的美的空調(diào)室外機尺寸為843 mm×250 mm×540 mm,1.5 匹的海爾空調(diào)室外機尺寸有780 mm×245 mm×540 mm 和780 mm×250 mm×650 mm 兩種型號。根據(jù)T/CCES 10—2020《建筑外墻空調(diào)器室外機平臺技術(shù)規(guī)范》發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)無法確定選用空調(diào)器室外機平臺尺寸、凈高和無遮擋距離時,應(yīng)符合表1 中的規(guī)定[16]。

        表1 空調(diào)器室外機平臺尺寸、無遮擋距離及承載質(zhì)量參考值

        2)3 臺及以上空調(diào)臺數(shù)建議采用家用中央空調(diào):根據(jù)實地走訪調(diào)查和網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問卷,居民所使用的空調(diào)總臺數(shù)2~3 臺占比47.83%,3 臺以上的比例為25.08%。相比安裝多臺分體式空調(diào),家用中空調(diào)央應(yīng)是更為合適的選擇。由于傳統(tǒng)空調(diào)的高耗能,多臺分體式空調(diào)的使用在炎熱的夏天將是一筆不小的的費用;而家用中央空調(diào)雖然前期安裝費用較高,但從長遠利益來看,家用中央空調(diào)更節(jié)能、環(huán)保、耗能較低。

        3)優(yōu)化百葉窗設(shè)計:百葉窗的設(shè)計在很大程度上影響著室外機的散熱狀況,因此,優(yōu)化百葉窗是節(jié)能降耗的一個重要發(fā)展方向。當(dāng)室外機在本層陽臺室外機位位置或機房內(nèi)時,應(yīng)安裝導(dǎo)流罩消除百葉遮擋對其散熱帶來的影響,使其能夠充分散熱。據(jù)計算,優(yōu)化百葉窗平臺可以給長江流域城市節(jié)電約19 億kW·h,相當(dāng)于節(jié)約20.1 萬t 標(biāo)煤,減少二氧化碳排放量18.9 億kg 二氧化碳。

        4)對室外機進行定期維修保養(yǎng):室外機由于位置特殊,常年日曬雨淋,灰塵污垢難免會殘留在外機內(nèi)部,若不及時清理,則會影響風(fēng)機扇葉的壽命;形成的水垢會導(dǎo)致熱交換效率降低,制冷效果下降,嚴重時將下降30%,同時硬垢增加,用電量增加或耗能增加,嚴重時將增加35%。因此,對空調(diào)室外機定期維修保養(yǎng)也是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗的一項重要措施。

        4 結(jié)語

        空調(diào)室外機能耗影響因素較多,只有清楚能耗的影響因素,才能“對癥下藥”,除了文中分析的空調(diào)室外機機位布置、熱環(huán)境、百葉等的影響因素外,制冷劑的選擇、使用變頻空調(diào)等方法都可以有效降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。除此之外,也可以設(shè)想另一種思路,未來如果沒有室外機散熱,是否也可以降低房間的溫度,通過優(yōu)化空調(diào)機組自身性能來降低能耗,從而尋找解決問題的方法,使空調(diào)器達到低能耗、高性能,滿足人們的生活需求。對于室外機的節(jié)能,還有很多方面可以進行探索。

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