住宅室外機能耗影響因素的探析

周榮榮，戚玉麗，李清雙，胡琳，杜林峰，裘奇達

（嘉興學院，浙江 嘉興 314001）

1 引言

我國大部分地區夏季炎熱，冬季寒冷，空調作為環境溫度調節設備已走進千家萬戶[1]。據統計，發達國家暖通空調能耗在建筑能耗中占比65%，可見暖通空調的節能是建筑節能的重點對象[2]。隨著空調產量及銷量的大幅增加，逐漸提高空調能效，實現節能降耗將尤為重要，這將有效推動國家節能減排方案的實施。優化空調室外機，降低能耗則成為提高空調能效、節能經濟的一個重要途徑。

2 影響空調室外機能耗的相關因素

2.1 部分空調室外機預留空間不足

現場空調安裝中，并非所有室外機預留機位均能滿足所要安裝的空調室外機臺數，有時2 間或2 間以上房間需要共用一個設備平臺，但是建筑規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，達到同樣的熱環境所要求的間距要求也越大；當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境溫度[4]。同理，當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，其進風溫度每升高1 ℃，空調系統的COP 將降低約3%，當進風溫度超過45 ℃時，空調系統將不能正常運行，甚至導致系統停機[5]。

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

2.2 空調室外機周圍熱環境影響其散熱

2.2.1 室外溫度過高或過低

空調制冷和制熱的極限溫度分別為-7 ℃和42 ℃。對于人體而言，適宜人體且節能環保的夏季溫度為26～28 ℃，冬季溫度為18～22 ℃。室外溫度過高或通風不暢會影響室外機的吸氣和散熱效果，不僅會降低空調室外機的運行效率，還可能因散熱不暢影響壓縮機的壽命。當溫度過低時可能引起壓縮機內潤滑油黏度增大，導致壓縮機啟動不暢，甚至有點擊繞組過流損壞的風險。實驗研究表明：隨著室外環境溫度的增大，空調室外機的進風溫度升高，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，設定溫度每調高2 ℃，可以節電20%；而對于冬季設定溫度每降低2 ℃，空調就可以節電10%以上。

2.2.2 室外風向及風速的影響

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

2.3 通風百葉對空調室外機能耗的影響

通風百葉將空調室外機隱藏于建筑構件中，使之與建筑立面融為一體，達到協調統一的效果。不當的布置方式則會影響室外機的散熱，能耗增加，空調的運行性能反而下降。而對于百葉窗的安裝使用，應注意保證有效通風率≥75%[8]。

2.3.1 通風百葉的開度

蔣悅波通過采用FLUENT 軟件模擬得出當百葉間距一定時，隨百葉開度的增大，室外機的進風溫度先降低后升高，空調的能效比先升高后減小。劉萬龍等人[9]針對36 ℃室外環境溫度下室外機熱環境采用CFD 模擬分析，得出:在同一室外環境溫度下,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，回風溫度將進一步升高，可能導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室外機的散熱，只有當通風百葉處于一個適當的位置，才能保證空調室外機的充分散熱，同時使空調器的運行性能達到最佳狀態。

2.3.2 通風百葉之間的間距

針對通風百葉之間的距離對室外機散熱的影響，學者們也有大量的研究。楊云凱等人[11]通過對某商業建筑進行實驗，利用CFD 計算軟件發現百葉間距至少達到80 mm 才可以基本消除室外機外百葉對空調出口氣流的阻礙作用。國海燕也指出當百葉間距由50 mm 增大到80 mm 時，室外機平均進風溫度降低，當安裝間距＞80 mm 時，平均進風溫度基本保持不變。由此，當百葉間距＞80 mm 時，增大百葉間距將對室外機的散熱運行不產生影響。

2.3.3 空調室外機與通風百葉之間的距離

空調室外機排風口與通風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，降低空調器的運行性能。蔣悅波等人運用CFD 模擬的研究方法得出當室外機風扇與百葉間距為250 mm 時，室外機最高回風溫度為49～51 ℃，局部阻力損失最大，且室外機風扇與百葉距離為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能裝置與節能方法

3.1 節能裝置

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

3.2 節能方法

1）預留合理的室外機機位：通過實地走訪嘉興市多個小區，對居民進行隨機問卷調查以及開展網絡調查問卷，發現居民所使用的空調類型為分體式空調（壁掛式、立柜式、吊頂式等）的占比為81.3%，其中使用國內品牌（海爾、格力、美的等）的占78.60%，而國內品牌中，1.5 匹的格力空調室外機尺寸為776 mm×320 mm×540 mm，1.5 匹的美的空調室外機尺寸為843 mm×250 mm×540 mm，1.5 匹的海爾空調室外機尺寸有780 mm×245 mm×540 mm 和780 mm×250 mm×650 mm 兩種型號。根據T/CCES 10—2020《建筑外墻空調器室外機平臺技術規范》發布的標準，當無法確定選用空調器室外機平臺尺寸、凈高和無遮擋距離時，應符合表1 中的規定[16]。

表1 空調器室外機平臺尺寸、無遮擋距離及承載質量參考值

2）3 臺及以上空調臺數建議采用家用中央空調：根據實地走訪調查和網絡調查問卷，居民所使用的空調總臺數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，家用中空調央應是更為合適的選擇。由于傳統空調的高耗能，多臺分體式空調的使用在炎熱的夏天將是一筆不小的的費用；而家用中央空調雖然前期安裝費用較高，但從長遠利益來看，家用中央空調更節能、環保、耗能較低。

3）優化百葉窗設計：百葉窗的設計在很大程度上影響著室外機的散熱狀況，因此，優化百葉窗是節能降耗的一個重要發展方向。當室外機在本層陽臺室外機位位置或機房內時，應安裝導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。據計算，優化百葉窗平臺可以給長江流域城市節電約19 億kW·h，相當于節約20.1 萬t 標煤，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：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部，若不及時清理，則會影響風機扇葉的壽命；形成的水垢會導致熱交換效率降低，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，對空調室外機定期維修保養也是空調系統節能降耗的一項重要措施。

4 結語

空調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室外機機位布置、熱環境、百葉等的影響因素外，制冷劑的選擇、使用變頻空調等方法都可以有效降低空調系統的能耗。除此之外，也可以設想另一種思路，未來如果沒有室外機散熱，是否也可以降低房間的溫度，通過優化空調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。對于室外機的節能，還有很多方面可以進行探索。