空調結構設計對提高產品性能的影響探討

黃武

（海信科龍電器股份有限公司，廣東 佛山 528303）

空調結構設計對提高產品性能的影響探討

黃武

（海信科龍電器股份有限公司，廣東 佛山 528303）

隨著人們生活水平的提高，空調已成為越來越不可或缺的家用電器。空調結構的設計是否合理，直接關乎著產品的性能優劣。當前，市場中的空調產品都具有高能耗、低環保等缺陷，節能、環保技術亟待更新。本文將從提高空調性能的重要性、空調結構存在的問題入手，圍繞空調壓縮機、換熱器、送風方式等核心技術展開，對全面優化空調結構設計、提高產品性能提出行之有效的方法和途徑。

空調；結構設計；性能；節能環保

隨著科學技術的迅速發展，空調已逐漸普及，走進千千萬萬的家庭和工作場所之中。然而，空調的高能耗、低環保等問題，加大了電力系統的能耗負擔，且產生了嚴重的環境污染。如今，空調的能耗問題已經成為關注焦點，國標不斷提高相關標準，旨在督導廠商提高產品的節能性和環保性。所以，空調產品的節能化、環保化，已經成為了結構設計的重要發展趨向之一。

1 提高空調性能的重要性

隨著人們生活水平的提高，空調成為了日常生活里越來越重要的家用電器。但是，空調設備的使用會消耗極高的電量，且具有鮮明的季節性和時段性，使用量尤其集中于冬季、夏季，在一日里集中于某一特定時段。以上現象，都將會提高電耗谷峰的差距，導致電力系統負荷過重，電網的負荷率降低，因而不能發揮出其他電力設備的功能，造成資源浪費。

當前，國家已針對這一問題出臺了相關的規范化標準，希望盡量降低空調的能耗影響。事實上，要減少空調的能耗，僅僅改善空調的部分構造無法真正達到理想中的節能目標。制造商要全面優化產品的設計、生產等各個環節，有效提高省電節能的技術。影響空調能耗的原因有很多，壓縮機、換熱器、控制系統等各個工作部件，其設計都有可能產生能量浪費。因此，要在保證合理的生產成本的前提下，全面考慮可能造成能耗的原因，大力改善整機的結構設計。

2 空調結構存在的問題

2.1 能耗巨大

當今世界面臨著資源枯竭的危機，如何盡量降低能源消耗和浪費，尋找替代性的新型資源已成為了各國面臨的共同問題。而空調作為能耗極高的電器設備，其使用時間集中、季節性用電量大等特點，都產生了嚴重的能量損耗問題，不符合可持續發展理念的要求。另外，巨大的能耗浪費使電網面臨著極大壓力。超量負荷會加快電網設備老化，縮短設備的使用壽命，甚至造成巨大的安全隱患。因此，節能性已經成為空調設計、生產過程中的關注重點。

2.2 環境污染

如今，熱島效應已經成為了普遍現象。隨著城市現代化的進程加快，城市的人口密度不斷加大，建筑趨于密集，廢氣及污染物大量排放，都對熱島效應產生了重要影響。其中空調耗能所占的比重居高不下，成為導致熱島效應的重要原因。

另外，空調中的制冷劑會破壞臭氧層。臭氧層的主要作用是隔絕紫外線，如果出現空洞，紫外線便會直射地表?？照{的集中使用，會造成臭氧空洞。較老舊的空調設備，其使用的制冷劑往往是含氟的化合物，它們在空氣中轉變為單質氟并擴散至大氣層，將破壞臭氧層甚至產生臭氧空洞，因此影響了臭氧層過濾紫外線的功能。由上可見，全方位改進空調結構，提高節能環保技術，對有效保護環境具有十分重要的意義。

3 空調結構設計的內容

提升空調的性能，關鍵在于改進空調結構。第一，出于市場銷售的考量，產品設計首先要考慮產品外觀及適用范圍。如果產品外形規則方正，可以放置于地面或掛置在墻壁上；如果外形不規則，只能放置在特定位置。第二，產品設計要考慮功率因素，需考濾設備換熱效率，這直接關系到設備的能耗大小。第三，產品設計還要考濾送風方式因素，送風方式的性能影響著送風速率，進而對能耗產生影響。第四，產品設計還需考濾機器整體運行狀態，包括風量的調節與噪音的最小化，這些都影響用戶的使用舒適度。

4 提高性能的空調結構設計

4.1 提高空調能效比

在空調的設計中，應當全面考慮可能影響能效的各個因素，在兼顧制造成本的同時，有效提高設備的能效比。目前，空調能效比的提高主要有三條途徑，一是提高壓縮機能耗比，二是提高換熱效率，三是使用最合理的風流。

（1）壓縮機。壓縮機是空調技術的核心，是空調正常運作的必要工作部件之一，其性能在很大程度上決定著空調的能效?？照{設備的制冷原理是利用制冷劑蒸發和凝結，而制冷劑需要通過壓縮機來“搬運”，壓縮機是制冷系統的核心構造。

能效比是衡量壓縮機的重要標準，提高壓縮機的能效將直接帶來空調器的節能。普通的家用空調一般采用旋轉式的壓縮機。當旋轉式壓縮機的額定制冷量過大，需要的相應能耗也將增加，導致整機的能效比降低；當壓縮機的額定制冷量過小，冷量又會受到損失，整機的冷量也會隨之減少，無法達到空調器的標準。因此，壓縮機對整機的節能程度產生重大關系，是衡量節能效果的參數之一。在同樣的制冷量之下，如果壓縮機能效比高，功耗便較小，如果壓縮機能效比低，功耗便較大。如此看來，改善壓縮機的能效比是降低整機耗能的重要方法。而壓縮機的能效提高主要依靠技術改進而不是大幅度增加材料的消耗，可通過改進電機效率、減小摩擦功耗、改進氣閥、降低吸排氣壓力損失、減小泄漏等來提高壓縮機效率。

另外制造商要考慮兼顧成本與性能，針對特定工況，在盡量保持合理成本的情況下，選擇能效比相對較高的壓縮機，以充分發揮壓縮機的能效。

（2）換熱器。換熱器也是空調運轉的主要工作組件之一，主要功能是加熱冷空氣，制冷熱空氣。事實上，空調設備的能耗主要是由于換熱器的能耗。換熱器在運作中，往往會產生大量的熱量，這會降低整機的轉換率，降低換熱所需的熱量，因而導致能量浪費。針對此原理，加大換熱器尺寸是最直接有效的優化途徑。另外，換熱器可選用翅片管式等結構形式，也可適當調整風輪和換熱器的相對位置，這些都是提高空調能效比的可靠方法。

對于翅片管式結構換熱器，可以在不增加換熱器整體尺寸條件下通過合理設計翅片結構形狀、片間距、管徑及管間距來提高換熱面積及提高換熱效率。

然而，選配換熱器雖能改善整機的能效比，但同時也增大了產品的生產成本。因此，在選配設備系統中，還要兼顧制冷劑的因素。過大地增大換熱器，往往會加大制冷劑量，導致壓縮機產生啟動故障，也會影響壓縮機的能效比及制冷效果。制造商要兼顧設備的成本和能效比，通過理論計算、反復試驗后，設計最佳的換熱器配置。

4.2 風流

室內環境空氣通過回風口進入空調內機并由換熱器進行交換熱量后從出風口流出，其風流經過的軌跡即為風道，它由底座上的風道、貫流風扇、導風板等組成系統。對分體掛壁式內機，風道是其重要組成部分，它直接影響其風量、噪音，從而影響整個機組的性能。對機組而言，貫流風扇和風道形狀直接影響風量大小和噪音高低。

（1）貫流風扇直徑越大，風量越大。

（2）風道形狀對室內機的風量噪聲影響較大，風道形狀主要由貫流風輪葉形外徑與底盤和出風框的蝸殼曲線形成，設計時須確保此截面曲線即風道曲線合理，弧線流暢，角度精準，達到風流平穩順暢，一般需經過多輪手板實際測試風量噪聲驗證。

（3）貫流風扇與風道蝸殼蝸舌之間的間隙可影響風量與噪音高低，蝸舌間隙應盡可能小，過大會漏風，產生換熱損失并可能產生風口的凝露現象，但間隙過小會產生較大噪聲，一般取 3.5～ 5mm；蝸殼間隙應保證足夠大，以使間隙處風流面積增加，從而減小氣動噪聲，使風機整體性能提高，但間隙過大會使更多氣體經間隙流出，經葉輪的氣流減少，從而使風機效率降低。

出風口結構上除保證風道曲線的精確外，還需確保風口表面光潔，各結構件配合精密。風口上的結構如果存在臺階、級差、間隙，會引起風流不順、漏風，甚至產生風聲異音及凝露。

5 結語

空調結構設計的優化，可以有效降低設備運行中不必要的能源損耗，對節能環保也具有著重要的意義。空調作為一個整體，要想保證良好的性能，需要從整機出發，充分考量各個部分構造，才能充分提高能源使用率，達到節能環保的目的。本文從提高空調能效比和整體性能入手，認為更換高能效比的壓縮機，加大換熱器尺寸，精密設計制造風流風道，都是提高空調產品性能的有效途徑。

[1]熊立貴 .優化空調結構設計、提高產品性能研究 [J].日用電器 ,2012,8(6):59-60.

[2]王瑞 ,王義春 ,馮朝卿 ,詹火明 .空調全鋁新型換熱器結構優化與性能研究 [J]北京理工大學學報 ,2012,7(8):81-82.

[3]熊立 貴 .提高空 調產品性能 研究 [J].電器 ,2012，2(16):654-655.

[4]何星星 ,李開搏 .基于電子技術的空調結構設計在提高產品性能中影響分析 [J].電子技術與軟件工程 ,2016,1(10):31-32.

[5]謝秀健，王寶林、龐重洋 .分體掛壁式房間空調器風道系統對風量和噪聲的影響分析 [J].科技論壇，2014,(17):251-252.

TM925.12

A

1671-0711（2017）07（下）-0061-02