无锡地铁控制中心VRV外机组热环境分析及应用

印书红撒世忠蔡久兰

1江苏无锡二建建设集团有限公司

2合肥万科置业有限公司

3约克（中国）商贸有限公司

0 引言

近年来变频多联式空调系统因其系统设计安装简便，室内机布置灵活，空调系统电力计费简便，运行管理简便，部分负荷节能效果好等优点，应用越来越广泛。而大型空调系统成排室外机组的平面设计布置及安装间距，通风换热的好坏将会直接影响到室外机组和系统的正常高效运行以及机组的效能。因此大型商用建筑在有多台空调室外机集中成排布置时室外机组的平面布置设计，室外机组安装环境，周围通风换热的条件将是变频多联式空调系统设计的关键。实际工程中，有许多项目因为机组排风布局不合理，导致机组能效下降，甚至影响到机组正常工作。当较多数量的机组大量布置在有限范围内时，其排风的组织尤为重要。

本文根据地铁控制中心项目的空调室外机组平面布置设计，进行了相关的安装热环境CFD模拟分析计算。根据CFD模拟得到的相关计算结果，应用到项目详细设计和工程安装中。获得了较好的运行效果。同时也期望可为类似工程项目提供实例参考。

1 项目简介

无锡地铁控制中心大厦及配套工程是无锡市政府近年开发的大型民生项目。地铁控制中心是对全线列车运行、电力供应、车站设备运行、防灾报警、环境监控、票务管理、乘客服务等地铁运营工作全程进行调度、指挥和监控的中枢。无锡地铁控制中心大厦承担无锡地铁1号线至6号线的控制指挥调度管理任务，地铁线路的运营、调度、指挥、管理均在于此。

无锡地铁控制中心及配套工程为一类高层建筑，由地铁公司运营管理主楼（C区，28层，建筑高度128 m）及南侧综合功能架空裙楼（D区，2层，下设架空层，屋顶距地24.9 m），塔楼北侧贴邻建设地铁控制中心大楼（B区，7层，屋顶距地39.1 m），及北侧地铁派出所（3层），交通公安分局（9层，建筑高度38.5 m），110 kV变电站裙房（A区）共同连体组成。地下室共二层，地下二层为车库及设备用房，地下一层为车库及物业开发。总用地面积21,967.25 m2，总建筑面积119,990.13 m2。

无锡地铁控制中心大厦项目空调系统，安装的是“约克”YSE系列变频多联机。控制中心大厦及配套工程项目空调系统共安装“约克”YVOH变频多联室外机234台，总制冷量10,107.5 kW。安装YDCK卡式吸顶式室内机和YDCP暗装风管式室内机1321台、分体式空调35台、全热交换新风机组56台。

2 控制中心空调室外机安装环境

控制中心空调系统共安装“约克”YVOH100-340室外机36台（566匹），室外机组安装在大厦七层裙房屋顶平台，这里同时安装有控制中心30台“约顿”机房专用空调的室外机。空调室外机组安装的位置如图1所示。

图1 地铁控制中心楼顶机组分布图

多联机空调系统室外机的安装，要求环境空气应保持流畅、不受阻碍，并且不形成回流或短路，否则将影响机组的排热与吸热，进而降低机组效率，严重时甚至会使机组因高压或低压保护动作而停机。其中夏季冷凝器的高压保护问题尤为严重。

控制中心空调设备室外机安装平台位于大厦七层裙房楼顶，平台四周为高4 m的玻璃幕墙，平台中部为4 m高的圆形网架屋面（安装完工后,机组地面与玻璃幕墙和网架屋面落差为3 m左右）。空调多联机室外机组和机房空调冷凝器安放在幕墙和网架屋面之间的一块空地上，为一东西短、南北长的区域。由于幕墙和屋面的阻挡，可能存在通风不畅的隐患，因此在项目深化设计时通过CFD流体仿真技术进行空气风场的模拟分析计算。

3 CFD仿真模拟

3.1 空调室外设计条件

本项目位于江苏省无锡市，北纬31.75°，东经119.93°，室外空调计算参数：

夏季空调干球计算温度34.6℃，湿球计算温度28.1℃，夏季空调计算日平均温度31.5℃，夏季通风干球计算温度31.3℃，夏季平均风速2.8 m/s。

冬季空调干球计算温度-3.5℃，冬季通风干球计算温度3.1℃，冬季空调室外相对湿度75%，冬季平均风速2.8 m/s。

由于夏季通风环境换热条件较差，所以本次仅以最不利的夏季通风工况进行热模拟分析计算。

3.2 CFD仿真计算中的边界条件设定

环境参数：夏季大气环境温度为34.6℃，压力为1个大气压，由于机组平台四周为高4 m的玻璃幕墙及网架屋面，所以周围不考虑环境有风状态，且室外机组附近无其他热源，计算中也不考虑太阳辐射的影响。计算对象：设备平台上的“约克”变频多联机室外机组及“约顿”机房空调室外机，其排风量和排热量如表1所示。机组类型：“约克”YVOH80-160为上出风机型，“约顿”HCE18-25机房空调冷凝器为上出风机型。

3.3 计算网格

考虑到计算的精度，整个模型中全部使用高质量的六面体网格，并对空调机组附近的网格进行了局部加密（图2），以更准确地模拟机组进风换热状态。

图2 计算区域网格示意图

3.4 流体仿真模型

根据楼顶平台机组安装设计图纸，以及室外机组等相关信息，建立了CFD流体仿真的模型[1]，如图3所示。计算区域包含了变频多联机机组和机房空调机组的放置区域。并且计算中考虑了周围玻璃幕墙和网架屋面遮挡对机组回风的影响。

图3 仿真模型三维示意图

3.5 仿真结果

图4、图5为计算的空气进风和排风的流场分布，由分布图可见，区域A由于处于很多机组的中心地带，机组很难吸到温度较低的新风，回风温度要明显高于其他区域，最高处已经接近52℃左右。由于此处机组的出风速度较低，出现了部分回流（短路）现象。

如图6和图7中切面图所示，区域A处的回风温度为整个区域最高（约50～52℃），区域B由于处于两排机组的中间，因此回风温度也较其余区域高（最高有46.5℃）。

图5 出风空气流场

图6 离地面0.5 m处水平横截面空气温度分布图

图7 东西向、南北向切面温度分布图

4 模拟结论和建议

图6和图7中的区域A，由于处于机组群落的中心位置，机组很难得到温度较低的新风，造成这个区域的回风温度普遍很高，机组回风温度最高50～52℃，而区域B中的回风温度最高到46.5℃，对空调机组的运行有一定的影响[2]。

目前空调方案设计中，局部位置在运行中可能出现的较高回风温度，从而影响剧组的制冷能效，甚至导致空调机组压缩机高压保护。

5 应用及结果

根据CFD仿真模拟结果，在空调系统深化设计时对空调室外机组的布置进行了优化，对区域A和区域B的室外机组布置作了以下改进[3-4]：

1）拉大成排机组排列间隔，相邻成排机组间距≥800 mm。

2）将大容量室外机组置于外围的区域。

3）提高室外机组离地面的安装高度。将机组安装高度提高到离地面600 mm以上，且机组底座做成架空支架，以利机组进风。

4）取消部分玻璃幕墙，更换为百叶格栅，有利于空气流动，充分利用自然风。

5）设计特殊的玻璃幕墙,幕墙底部留空300 mm，幕墙中间连接处留空200 mm，达到自然通风。

机组安装调试完成后已运行2年，运行状况良好，未发生诸如通风不畅、散热不良、机组高低压保护等的故障。而且此项目获得了建设工程国优金奖“鲁班奖”。

6 结语

变频多联式空调机组室外机进行平面布置时一定要考虑机组周围安装的热环境，特别是多台室外机组成排集中布置时，一定要考虑通风换热条件。

成排机组平行布置时，需拉大成排机组排列间隔，相邻成排机组间距≥800 mm。

将成排机组安装高度提高到机组底部离地面≥600mm以上，且机组底座做成架空支架。

机组周边外围女儿墙高度超过机组顶高时，机组离女儿墙间距≥800mm以上。

如机组外围女儿墙高度超过机组顶高时，机组离女儿墙间距小于800mm，在女儿墙上设置面积足够的进排风百叶。