淺談空調室內機風道系統結構優化措施

李賢華

【摘 要】空調器的性能指標不僅受到制冷系統的影響，同時也會因結構設計的優劣而改變，而風道系統的優化對提升產品的性能尤其明顯，其好壞直接影響到空調器的換熱性能、送風的效果等。通過改變風道結構、尺寸以及與風機的匹配關系，并對換熱器結構進行優化，可提高室內機的循環風量，降低風機功耗，提高換熱效率，進而實現提升產品性能的目的。

【關鍵詞】空調優化；風道系統；性能；措施

0 前言

近年來，為了保護地球環境，在整個產業鏈中節約能源成為了亟待解決的課題。而在家電業界，家用空調的用電占了家庭用電的 25% 左右，推進其節能化的進程刻不容緩。在推進家用空調的節能化方面，主要措施是對壓縮機進行改良，但改良已迫近界限。因此優化空調結構，提高風道效率、提升換熱器換熱效率是提高空調的性能的重要內容。

1 空調器室內機結構系統簡介

空調器室內機結構一般包括進風格柵部件、換熱器部件、風道系統、出風口（框）部件等。室內機的作用是調節室內空氣至舒適溫度，簡單地說，制冷時將空氣送到冷卻至低溫的換熱器上，降低空氣溫度；制熱時將空氣送到加熱至高溫的換熱器上使空氣升溫。對于空氣流來說，風機做功克服設置在進風口處的換熱器及其他阻礙，帶動風輪轉動，將室內空氣吸入空調內部，并將調好溫度的空氣從出風口壓出至室內的各角落去。

目前市場流行的家用掛壁式空調器和落地式空調器，很大部分采用貫流風道的結構方式，本文將基于貫流風道空調器，闡述結構優化的措施，及其對提高空調器產品性能的影響。

2 優化風道系統的措施

2.1 減少進風阻力，提高換熱器換熱效率

空調器目前進風格柵的阻力在整個空調風機風道總阻力中約占 20% ， 而過濾網的阻力僅有 5%，通過調整進風格柵的進風傾斜角度，可有效減小流體經過格柵的阻力，提高空調整機風量。而對整個空調器風道系統阻力最大的是換熱器，占總阻力達到70%。所以研究換熱器結構方式對風量以及阻力大小的影響，對提高空調風量和能力能效具有極大意義。

目前對于換熱器影響，可以流體的流動方面，尤其是對貫流風機進氣氣流影響的研究較少。鄧明義、孟鳴分析了直片式組合式以及圓弧形等不同結構形式換熱器的優缺點。[1]陳煥新、劉起等人通過對不同結構形式的換熱器室內機風道系統進行整機數值模擬，分析了換熱器結構不同產生的流場的差異，流量的變化情況以及對于貫流風機風道系統的產生的影響，并通過統計流經換熱器各統計面的氣體流量分析換熱器結構的優劣，得出了換熱器的布置形式對整個風道系統的流場，尤其是對于貫流風機內流場影響較大，同時換熱器距貫流風機的距離越均勻越好的結論。[2]目前市場上主流的單貫流落地式空調器，換熱器結構形式大部分均設置為U型或V型，目的是使得經過換熱器的氣流更加均勻。

而對于雙排換熱器，當兩排的銅管和翅片完全相同時，迎風側的換熱量約占總換熱量的70%，背風側換熱量只占 30% 左右[3]，背風側的換熱能力沒有得到充分的發揮，為了增強背風側盤管的換熱能力，可采用盤管的不對稱結構設計：迎風側翅片采用大間距的平片，背風側采用小間距的沖縫片。采用不對稱結構設計的方法，通過稍微降低盤管迎風側的換熱能力而增強背風側換熱能力，從而增強整個換熱器的換熱能力。不對稱結構設計包括前后排翅片類型不同，翅片間距不同，銅管直徑不同以及銅管類型不同以及上述方法的相互搭配等。

2.2 優化風道內部結構，提高風道效率

要提升產品的性能，優化風道系統結構是關鍵。在空調器室內機的流場，經過貫流風輪的風分成兩部分，一部分作為主流由出風口送至室內，另一部分在貫流風輪與蝸舌之間的間隙流通，再回到貫流風輪的上游，形成貫流特有的渦流。

優化風道結構，通常即是在滿足噪音要求的基礎上，要盡可能地提高風量。貫流風道包括貫流風輪、蝸殼和蝸舌三部分。優化風道結構系統，主要從風輪結構及三者之間的匹配關系入手。

貫流風輪的主要結構特征為葉片厚度、數目及葉片型線：

從風輪葉片厚度上分析，由厚葉片的風輪形成偏心渦所造成的氣流回流要比薄葉片的風輪轉動時形成的偏心渦造成的回流量要小，所以厚葉片的貫流風機輸出風量大。為得到更大的風量和更小的噪聲，葉片厚度盡快能大。但是伴隨著葉片厚度的增大，所需要的材料更多，消耗的電量就越大，成本也就越高，因此需要綜合考慮。

從風輪葉片數目分析，數目的增加會增大葉輪做功面積，導致氣體獲得更多的能量來克服系統阻力，因而貫流風機的流量隨著葉輪數目的增加而增大。而且不同葉片數下的偏心渦的渦核基本上并未移動，即貫流風機內部偏心渦的強度和影響范圍并未隨著葉片數目的增減出現較大變化。換言之，葉片數目的增加，可以增大貫流風機葉輪的輸出風量，卻對貫流風機內部噪聲的影響不大。

從風輪葉片不同型線分析，從單圓弧葉輪和雙圓弧葉輪的對比來看，具有合理的交接處半徑和安裝角的雙圓弧葉輪要比單圓弧葉輪輸出的風量大。同時，不同安裝角下的雙圓弧葉輪對輸出的風量有較大影響。

就貫流風輪與蝸殼蝸舌之間的匹配對其性能的影響程度而言，蝸舌間隙是對風道性能影響最為顯著的結構。貫流風輪與蝸舌之間的間隙減小能提高風量，但同時可能會引起噪音的增大，間隙過小甚至可能導致空調器運行過程中，高速旋轉的貫流風輪與風道壁面相碰，在實際生產中，兼顧噪聲和風量的要求，蝸舌間隙一般取5mm-12mm較為合適。

室內機風道蝸殼是影響室內機風量的關鍵因素，采用對數螺線的蝸殼可以通過選取不同的蝸殼特征角，并且固定蝸殼的起點來得到不同的風道蝸殼曲線。不同的蝸殼曲線會產生不同大小的蝸殼出口間隙，該間隙在一個適中值時可以獲得最大的室內機風量，過大或過小都會造成室內機風量減小。

2.3 優化出風口結構，回收氣流動能

空調器的進風口、換熱器、送風通道等分別產生空氣阻力，導致氣流靜壓降低。為達到進風口與出風口靜壓的平衡，并成功地將經過換熱器調和后的風送到室內各角落的目的，風機驅動貫流風輪做功，提高氣流的靜壓，使其大于因阻力所導致降低的靜壓。從空調器出風口吹出的氣流，不再受到送風通道上下左右壁面的阻力，但由于空氣的粘性，向周圍的空氣傳輸了動能，使其風速減緩，最終其靜壓與大氣壓一致。這種現象與氣流從出風口吹出的動作同時進行，所以出風口附近的氣流被攪亂，同時產生了風阻。

為提高出風口的送風效率，盡可能地將出風口處的部分氣流動能回收轉化為靜壓，其靜壓上升部分將輔助貫流風機，即代替貫流風機做了部分的功（提高靜壓），從而大大減少了電機功率。換言之，將本來會被周圍空氣奪取的部分動能轉化為靜壓，用作送風做功，進而實現節能效果。

3 結語

隨著人們生活水平的不斷提高，空調已經成為了人們生活之中常見的家用電器，因此如何提高空調的性能以減少能耗是如今空調行業發展的重點。本文從減少進風阻力，提高換熱器換熱效率；優化風道內部結構，提高風道效率；優化出風口結構，回收氣流動能三個方面闡述了空調室內機結構優化的方法，可有效地對提高空調器產品性能，達到節能減排的目的。

【參考文獻】

[1]鄧明義，孟鳴.空調器室內機熱交換器結構的研究[J].家用電器科技，2001（6）：70-72.

[2]陳煥新，劉起，謝軍龍，陶紅歌，程德威，姜燦華.換熱器結構對室內機風道系統流場特性影響的研究[J].流體機械，2011.06：64-68.

[3]張智，涂旺榮，等.空調換熱器用風冷冷凝器換熱能力實驗研究[J].暖通空調，2004（3）.

[責任編輯：王偉平]