壁掛式空調器出風口凝露的實驗與研究

前言

隨著人們生活水平提高，居住條件改善，對壁掛式空調器的外觀和性能要求越來越高；在空調設計中，設計者往往只注重外觀和制冷制熱，能效比等定性指標設計，忽略了凝露性能，而凝露卻直接影響到用戶起居生活；國家對不同規格的空調都有此方面要求，本文結合常用的壁掛式空調器設計經驗，對凝露現象進行分析并提出解決方法。

1 壁掛式空調器凝露實驗出風口不合格現象及凝露產生原理

1.1凝露實驗出風口不合格現象

本次凝露實驗樣機采用成熟外機和全新開發內機，其蒸發器和風機系統采用成熟配置，對內機的外觀結構設計及優化風道和出風口結構。在室內外27℃／24℃工況下，電源為220V～50Hz，導風板調到制冷默認位置，掃風葉片調到右極限位置，開制冷低風檔連續運行4h后觀察實驗現象。從現象可知，凝露主要集中在出風口的導風板背風面左側、中部右側和出風口左右兩側的掃風葉片上且導風板上有少許水珠滴落。

1.2室內機出風口凝露產生原理

濕空氣中水蒸氣含量保持一定，則水蒸氣分壓力Pv不變。凝露過程見圖1，A點為濕空氣初始點，溫度逐漸降低，水蒸氣分壓力pv保持不變，是定壓冷卻過程；在B點達到飽和狀態，即露點，露點溫度td與濕空氣初始水蒸氣分壓力存在一定函數關系td＝f(Pv)。狀態點B到C過程沿著飽和濕蒸氣線，水蒸氣分壓力Pv下降，此過程為析濕過程。

2 壁掛式空調器出風口凝露不合格現象分析及改進驗證

2.1出風口風速與溫度分布對凝露的綜合影響分析

凝露與出風口形狀、氣流方向、風口處氣流速度場、溫度場關系密切。在焓差實驗室將室內機掃風葉片向右40度；導風板向下10度，風機轉速650rpm做凝露實驗。采用KANOMAX熱式風速儀和熱電偶對出風口各部位風速和溫度進行測量，其中“上”表示單導風板的上板與下板之間，“下”表示導風板下部，測點選取出風中心。

對測試數據結合實驗現象進行分析可得：

導風板上部與下部平均風速差1.37m／s，最大風速差1.7m／s，出現在左邊起400mm處；最小風速差1.02m／s，出現在最左邊。出風口右端的風速差較小，此處導風板背風面的凝露是最少的；而左邊及中間偏右部分的風速差較大，凝露嚴重。

導風板上部和下部平均溫差4.75℃，最大溫差7.3℃，出現在距風道左邊150mm和350mm處，此兩處也是凝露最嚴重的地方。在550mm處溫差最小1.2℃，可見此處蒸發器凝露水嚴重，造成堵風。

⑥最右邊的溫度突然升高，風速最小，掃風葉片在右邊極限位置堵風。

可見，在導風板上下中心風速和溫度相差越大的地方凝露現象越嚴重，掃風葉片存在渦流死角，出風口四周與周圍空氣的交接點存在凝露；因此，首先通過更改優化掃風葉片和導風板結構使之風速場與溫度場均勻分布，冷風吹出界面與周圍空氣之間增加空氣隔層等手段弱化熱量傳遞。

2.2出風口結構改進方法及實驗驗證

由于外觀基本決定了出風口的上下沿角度以及掃風葉片，導風板的安裝方式，本次主要從掃風葉片和導風板結構形式及安裝參數調整進行解決。

2.2.1掃風葉片結構改進方法及實驗驗證。

從實驗可知，靠近底殼左右兩側和導風板支撐架左右兩側的掃風葉片上積聚有凝露水；從測試數據可知，靠近左右兩側風速較低，存在渦流區；而導風板支撐架左右溫度差較大，都會造成凝露水產生；因此，掃風葉片結構設計應考慮以下因素：

(1)掃風葉片的材料，表面形狀，面積大小，是否開孔，厚度及葉片之間的間距；

(2)掃風葉片在出風口的位置，即葉片前緣與導風板的距離，后緣與貫流風葉的距離，上緣與蝸舌的距離，下緣與面板體的距離。

(3)考慮動態氣流特征，改變與出風口距離，在導風板位置得到合適的湍流度，距離出風口越遠，獲得越高的湍流度。

經對以上因素進行優化調整，減少掃風葉片的風阻；經實驗測試平均風量損失由原來的25m³減小到16m³，掃風葉片上的凝露問題解決。

2.2.1導風板結構的改進方法及實驗驗證。

從實驗可知，導風板上的凝露主要集中在導風板的下板；從測試數據可知，下板下部風速和溫度相對于上部都很低，通過的風量很小；因此，導風板結構設計應考慮以下因素：

(1)導風板形狀設計為翼形繞流結構，增加尾端的引流作用；

(2)導封板厚度選取較厚為最佳值，降低熱量傳導性能；

(3)導風板上下偏移角度設定為能滿足要求的最佳值。

經對以上因素進行優化調整并實驗驗證得出：減短單導風板的上下板之間間距，增加下板的厚度，重點是下板前端厚度，對下板倒斜角或圓角成為翼形結構后凝露效果最好。

2.3出風口四周結構改進方法及實驗驗證

從實驗可知，出風口四周下沿和兩側存在凝露小水珠的現象，此處冷風和周圍熱風在面板體上為交界面接觸。因此，出風口四周結構應考慮以下因素：

(1)設置隔熱空氣槽，空氣隔層有利于隔斷溫度傳遞。

(2)四周邊緣設置圓角過度，可以改變氣流擴散方向，使氣流通過；四周厚度選取最佳值。

本實驗在出風口上下沿端面沿著長度方向設置2mm寬，1.5mm深的凹槽，兩側邊緣設置小圓角過度，凝露現象解決。

3 結論

空調器出風口凝露是風速場和溫度場綜合影響的結果，但是影響風速和溫度的因素非常多，對于新設計外觀結構的空調器而言主要是導風板，掃風葉片結構及其參數的影響；通過對出風口結構尺寸，形狀等進行不斷調整優化并測試出風口風速和溫度分布，使出風口風速和溫度分布均勻，達到最佳效果后再結合凝露實驗測試可以縮短新品開發周期，減少實驗資源投入，提高空調器的質量和企業競爭力。