Thermal plume simulation of vrf air conditioners for cooling system in high-rise buildings : a case study in china

• Published in: Maǧallaẗ al-abḥath al-handasiyyaẗ Vol. 7; no. 3; pp. 48 - 61
• Main Authors: Long, Enshen, Zhang, Xiao, Zhang, Yin, Guo, Shurui
• Format: Journal Article
• Language: Arabic; English
• Published: Kuwait Kuwait University, Academic Publication Council 2019
• EISSN: 2307-1885
• ISSN: 2307-1877

و مع أنظمة تكييف الهواء التي تعمل بنظام التدفق المتغير لسائل التبريد (VRF) تستخدم على نطاق واسع في المباني التجارية و السكنية لتبريد و تدفئة الأماكن. ذلك، فإن بعض أنظمة VRF المستخدمة في المباني الشاهقة لا تعمل بكفاءة أو قد تتعطل بسبب درجة الحرارة المحيطة و المرتفعة نسبيا، و الناتجة بسبب تأثير حرارة العادم على عمود السحب الحراري في الوحدات الخارجية. في هذا البحث، تم دراسة تدفق الهواء بالعمود الحراري لأنظمة VRF المرتكزة على الطبقة من خلال المحاكاة الحسابية لديناميكيات الموائع (CFD). علاوة على ذلك، تم تنفيذ مثال توضيحي في مبنى مكاتب مكون من 30 طابق في الصين لتحسين تصميم وحدات VRF الخارجية. و أشارت النتائج الأولية أن حرارة العادم في الوحدات الخارجية يمكن أن تسبب تدفق حراري متصاعد في العمود، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة في مدخل مكيفات الهواء VRF في الطوابق العليا. وتشير كذلك إلى أن توسيع المسافة بين الوحدات الخارجية في الطوابق المختلفة هو وسيلة فعالة لإضعاف مثل هذا التأثير الحراري للسحب و تحسين الأداء الحراري للنظام. و بالنسبة للحالة التي تمت دراستها، تم تقديم تصميم معدل لوحدات VRF الخارجية مع فاصل أرضي و يمكن تخفيض متوسط درجات حرارة المدخل بنسبة 22%. و يمكن أن هذا العمل دليلا لتصميم النموذج الأمثل لأنظمة تكييف الهواء VRF العملية و المستخدمة في المباني الشاهقة.
Variable refrigerant flow (VRF) air conditioning system is widely used in commercial and residential buildings for space cooling and heating. However, some practical VRF systems used in high-rise buildings cannot work efficiently or even stop working because of the relatively high ambient temperature, caused by thermal plume effect of exhaust heat from outdoor units. In this paper, the thermal plume air flow of layer-based VRF systems is investigated through computational fluids dynamics (CFD) simulation. Moreover, an illustrative example in a 30-storey office building in China is conducted to optimize the layout of VRF outdoor units. Preliminary results show that the exhaust heat of outdoor units can cause ascending thermal plume flow, leading to higher inlet temperatures for VRF air conditioners on upper floors. It also indicates that enlarging the distance between outdoor units on different floors is an effective way to impair such thermal plume effect and improve the system thermal performance. For the studied case, a modified layout of VRF outdoor units is presented with floor interval, and the average inlet temperatures can be decreased by 22%. This work can provide guidance to the optimization layout design of practical VRF air conditioning systems used in high-rise buildings.