当下住宅设计越来越注重立面美观，为弱化空调百叶对立面整体性的影响，建筑设计师常要求将空调机位设置在建筑的凹槽部位。 而本文我们将结合项目实践，以设置在凹槽内的高层住宅空调室外机位相关问题为探讨点，基于数值模拟，以提供参考。
当下住宅设计越来越注重立面美观，为弱化空调百叶对立面整体性的影响，建筑设计师常要求将空调机位设置在建筑的凹槽部位。
而本文我们将结合项目实践，以设置在凹槽内的高层住宅空调室外机位相关问题为探讨点，基于数值模拟，以提供参考。
目前，对住宅空调室外机位的设置给出条文依据的现行规范主要分为3类：
一是国家标准及行业标准；
二
是工程学会标准；
三是各地方节能标准。
现行规范相关条文主要有GB 50096-2011《住宅设计规范》第5.6.8-1条、JGJ 26-2018—《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》第4.1.11-1条和4.1.11-2条、JGJ134-《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》第4.0.12-2条、JGJ 75-2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》第6.0.9条。上述条文对空调室外机位散热条件的规定均笼统地要求机位“通风良好”“避免气流短 路”，设计师无法用数据直接验证工程设计是否满足要求。仅对机位散热条件作定性要求不能有效指导凹槽内机位的设计。
T／CCES 10—2020《建筑外墙空调器室外机平台技术规程》第条规定：“空调器室外机平台不宜设置在宽度小于4m且进深大于6m的凹槽内。”因高层住宅户型设计（见图）需要， 在实际项目中极少涉及宽度大于的设备平台凹槽空间，进深也很难达到6m。常见的情况是：凹槽的宽度仅满足空调室外机的布置要求（凹槽宽约1.3~1.8m，深度约1.0~4.0m）。 因此，该规范给出的数据，对于高层住宅而言适应性较差。
以明确给出机位凹槽设计尺寸要求的重庆市地标DBJ 50-071-2020《居住建筑节能65%（绿色建筑）设计标准》为例，其第4.1.6-3条规定：“空调器（机组）室外机的安装应有利于通风换热，在建筑外立面的竖向凹槽内布置室外机时，室外机置于凹槽的深度自风机出风口起算不应大于4.2m，凹槽的净宽度应能满足室外机的安装尺寸要求且不宜小于2.5m。”
该规范条文说明中阐述了上述数据的推导依据，其核心前提为室外机射流满足等温自由圆射流 （见图2）空气流动规律，并假设当凹槽出口处射流核心速度大于0.25m／s时认为气流可进入自由空间，不会形成竖向热气流。等温自由圆射流相关计算公式如下：
事实上，处于凹槽内的空调室外机排风气流流 动规律，并不符合等温自由圆射流模型，原因为：
一是室外机出风温度明显高于周围空气，为非等温射流；
三是室外机排风气流受到室外机进风气流的影响，实际为出风射流与进风气流的叠加流场，不能单独研究某一个气流模型。
考虑到指导工程设计的需要，这里采用数值模拟工具，对常见高层住宅中不同凹槽尺度下不同室外机容量的机位散热情况建模分析。
本文以重庆市某高层住宅凹槽内空调室外机位布置为原型，结合高层住宅常用的空调容量（包括分体空调和侧出风多联机），建立竖向33层凹槽内机位，层高3m，在各典型室外机容量下，研究不同凹槽深度、不同楼层的室外机散热情况，根据空调室外机进风温度判断该条件下，空调室外机是否符合要求。
对多个空调品牌侧出风机型的室外机尺寸进行了调研，得出型号为1HP-12HP的空调室外机所需最小安装宽度在1.2~1.5m之间；根据T／CCES10—2020《建筑外墙空调器室外机平台技术规程》附录A中关于空调室外机平台尺寸的要求，各型号空调室外机位最小净宽应取1.50~1.75m。结合上述调研结果及规范要求，同时为控制分析过程变量数量，将空调机位宽度W设定为1.5m。
参照《重庆市城市规划管理技术规定》（2018年）中相关计算规则，为避免机位计容，空调板宽度一般不超过0.8m，另考虑外墙保温及抹灰厚度约150mm，设定机位深度D1为650mm，凹槽深度D2为1.0~4.0。该模型设定的计算求解平面区域为凹槽空间加外侧5.5m*1..0m的范围，竖向33层，层高3m。空调百叶采用普通“一”字形百叶，百叶间距200mm，百叶通透率为80%，百叶向下倾角10°，如图4所示。
空调室外机模型按容量分为2种类型，型号4HP及以下为单风扇型分体式空调，型号5HP及以上为双风扇型多联式空调，空调室外机进风口位于机组右侧及背面。根据某主流品牌提供的技术参数，室外机尺寸及总循环风量取值见表1。
空调室外机散热问题遵循质量守恒、能量守恒、动量守恒方程，其过程为三维、不可压缩、稳态、 湍流的物理过程，采用Kε湍流模型方程，利用Fluent软件对室外机模型计算区域范围的温度场和气流场进行计算。
空调室外机至周边计算空间采用渐变四面体网格，设室外机出风口为速度入口，室外机进风口 为质量流出口；空气密度符合Boussinesq假设，同时考虑空气重力及由于温差产生的浮力，对压力的离散采用PRESTO！，能量方程及动量方程采用一阶迎风格式离散，采用Coupled算法对压力场和速度场进行耦合求解。
设外部大气环境温度在机组运行制冷模式时为37.5℃，大气压力为101.325kPa ，机组出风温度为50℃；所有机组均处于制冷模式并且全负荷运行；建筑附近无其他热源或者障碍物，室外机机壳温度为40℃，不考虑压缩机、电动机、管路件等的发热；假设建筑周围环境无风，忽略地面等辐射传热的影响。
该模拟以空调室外机进风温度是否高于高温 保护停机温度（43℃）为评判标准，分析高层住宅凹槽内空调室外机位适合的工况条件。
根据分体空调型号为1HP、2HP、4HP的室外机分别在凹槽深度为1.0~4.0m条件下的数值 模拟计算，分析各条件下空调室外机位的温度场、流线场及进风温度变化趋势，当各室外机平均进风温度超过43℃时，不再计算更深的凹槽工况。
以型号2HP的分体空调室外机运行工况为例，如图5所示，可以看出：
在凹槽深度D2≤2.0m时，室外机温度场稳定，上下层之间无相互影响，平均进风温度均＜38.5℃；
凹槽深度为2.5m时，下层机位气流开始对上层机位产生干扰，平均进风温度约为39.1℃；
凹槽深度为3.0m时，7层以上机位的空气流线受下层机位干扰严重，已不能正常工作，平均进风温度达到45.3℃；
凹槽深度为3.5m时，除首层机位外，其他楼层进风温度均超过40℃，平均进风温度达45.3℃。从21层空调室外机水平方向截面温度场分布可直观得到不同凹槽深度下机位的运行工况，凹槽深度为3.0、3.5m时， 空调室外机已无法将排风射出凹槽，空调将因高温保护而停机，如图所示6。
型号1HP的分体空调室外机在凹槽深度1.0、1.5m条件下的平均进风温度均＜38.5℃ ，凹槽深度为2.0m时，平均进风温度骤升至45.1℃；
型号4HP的分体空调室外机在凹槽深度1.0-2.5m,平均进风温度处于38.4~38.9℃时，凹槽深度为3.0m，平均进风温度骤升至43.3℃；
各机组不同凹槽深度下平均进风温度随楼层的变化趋势如图7所示。
运用同样方法对型号6HP、8HP、10HP的多联机空调室外机分别进行数值模拟计算。以型号6HP的多联机空调室外机运行工况为例，如图8所示。
在凹槽深度D2为1.0m时，室外机温度场稳定，上下层之间无相互影响，平均进风温度均为38.8℃；
凹槽深度为1.5m时，下层机位气流开始对上层机位气流产生干扰，平均进风温度约为39.0℃；
凹槽深度为2.0m时，下层机位气流对上层机位气流产生较大干扰，平均进风温度约为39.9℃；
凹槽深度为2.5时，5层以上的机位空气流线受下层机位干扰严重，已不能正常工作，平均进风温度已达到46.7℃ 。从21层空调室外机位水平截面温度场可直观得到不同凹槽深度下，机位的运行工况，如图9所示，凹槽深度在2.5m时， 空调室外机已无法将排风射出凹槽，空调因高温保护宕机。
型号8HP的多联机空调室外机在凹槽深度1.0、1.5、2.0、2.5条件下的平均进风温度分别为38.9、39.2、39.9、40.8℃ ，凹槽深度为3.0m，平均进风温度骤升至44.2℃；型号10HP时， 的多联机空调室外机在凹槽深度1.0、1.5、2.0、2.5条件下的平均进风温度分别为39.0、39.3、39.9、40.5℃，凹槽深度为3.0、3.5、4.0时的平均进风温度分别为41.7、43.1 、43.5℃。各机组不同凹槽深度下平均进风温度随楼层的变化趋势如图10所示。
将上述数值模拟结果近似总结为图线形式，便于工程设计人员参考查阅，如图11所示。图中线条左下区域的空调机位凹槽深度合适，右上区域的凹槽深度不合适。
本文研究设定夏季室外环境温度为37.5℃， 机位宽度为1.5m，建筑高度为99m，经CFD数值模拟计算，结论如下：
1）对于型号1HP~1.5HP的分体空调，室外机良好运行的凹槽深度≤1.5m；凹槽深度为2.0m时仅适用于9层以下的住宅；
2）对于型号2HP~2.5HP的分体空调，室外机良好运行的凹槽深度≤2.5m，凹槽深度为3.0m时仅适用于13层以下的住宅。
3）对于型号3HP~4HP的分体空调，室外机良好运行的凹槽深度≤2.5m，凹槽深度为3.0m时仅适用于9层以下的住宅。
4）对于型号5HP~7HP的多联机空调，室外机良好运行的凹槽深度≤2.0m，凹槽深度2.5m时仅适用于6层以下的住宅。
5）对于型号8HP~9HP的多联机空调，室外机良好运行的凹槽深度≤2.5m，凹槽深度3.0m时仅适用于10层以下的住宅。
6）对于型号10HP~12HP的多联机空调，室外机良好运行的凹槽深度≤3.0m，凹槽深度＞3.0m时室外机不能良好运行。
7）本结论较适用于夏热冬冷、夏热冬暖及部分夏季气温较高的寒冷地区。
另外，根据第2.1.1节中所述的规范要求，各型号空调室外机位最小净宽应≥1.5m，随机位宽度增加，空调室外机的换热条件得以改善，此时可根据工程实际对上述结论 中凹槽深度或建筑层数的限制作适当放宽。
