空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)提高產(chǎn)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(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)提高產(chǎn)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(diào)已成為越來越不可或缺的家用電器?？照{(diào)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)乎著產(chǎn)品的性能優(yōu)劣。當(dāng)前，市場(chǎng)中的空調(diào)產(chǎn)品都具有高能耗、低環(huán)保等缺陷，節(jié)能、環(huán)保技術(shù)亟待更新。本文將從提高空調(diào)性能的重要性、空調(diào)結(jié)構(gòu)存在的問題入手，圍繞空調(diào)壓縮機(jī)、換熱器、送風(fēng)方式等核心技術(shù)展開，對(duì)全面優(yōu)化空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能提出行之有效的方法和途徑。

空調(diào)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；性能；節(jié)能環(huán)保

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，空調(diào)已逐漸普及，走進(jìn)千千萬萬的家庭和工作場(chǎng)所之中。然而，空調(diào)的高能耗、低環(huán)保等問題，加大了電力系統(tǒng)的能耗負(fù)擔(dān)，且產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境污染。如今，空調(diào)的能耗問題已經(jīng)成為關(guān)注焦點(diǎn)，國(guó)標(biāo)不斷提高相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，旨在督導(dǎo)廠商提高產(chǎn)品的節(jié)能性和環(huán)保性。所以，空調(diào)產(chǎn)品的節(jié)能化、環(huán)保化，已經(jīng)成為了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要發(fā)展趨向之一。

1 提高空調(diào)性能的重要性

隨著人們生活水平的提高，空調(diào)成為了日常生活里越來越重要的家用電器。但是，空調(diào)設(shè)備的使用會(huì)消耗極高的電量，且具有鮮明的季節(jié)性和時(shí)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(shí)段。以上現(xiàn)象，都將會(huì)提高電耗谷峰的差距，導(dǎo)致電力系統(tǒng)負(fù)荷過重，電網(wǎng)的負(fù)荷率降低，因而不能發(fā)揮出其他電力設(shè)備的功能，造成資源浪費(fèi)。

當(dāng)前，國(guó)家已針對(duì)這一問題出臺(tái)了相關(guān)的規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)，希望盡量降低空調(diào)的能耗影響。事實(shí)上，要減少空調(diào)的能耗，僅僅改善空調(diào)的部分構(gòu)造無法真正達(dá)到理想中的節(jié)能目標(biāo)。制造商要全面優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)，有效提高省電節(jié)能的技術(shù)。影響空調(diào)能耗的原因有很多，壓縮機(jī)、換熱器、控制系統(tǒng)等各個(gè)工作部件，其設(shè)計(jì)都有可能產(chǎn)生能量浪費(fèi)。因此，要在保證合理的生產(chǎn)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(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 空調(diào)結(jié)構(gòu)存在的問題

2.1 能耗巨大

當(dāng)今世界面臨著資源枯竭的危機(jī)，如何盡量降低能源消耗和浪費(fèi)，尋找替代性的新型資源已成為了各國(guó)面臨的共同問題。而空調(diào)作為能耗極高的電器設(shè)備，其使用時(shí)間集中、季節(jié)性用電量大等特點(diǎn)，都產(chǎn)生了嚴(yán)重的能量損耗問題，不符合可持續(xù)發(fā)展理念的要求。另外，巨大的能耗浪費(fèi)使電網(wǎng)面臨著極大壓力。超量負(fù)荷會(huì)加快電網(wǎng)設(shè)備老化，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至造成巨大的安全隱患。因此，節(jié)能性已經(jīng)成為空調(diào)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程中的關(guān)注重點(diǎn)。

2.2 環(huán)境污染

如今，熱島效應(yīng)已經(jīng)成為了普遍現(xiàn)象。隨著城市現(xiàn)代化的進(jìn)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(duì)熱島效應(yīng)產(chǎn)生了重要影響。其中空調(diào)耗能所占的比重居高不下，成為導(dǎo)致熱島效應(yīng)的重要原因。

另外，空調(diào)中的制冷劑會(huì)破壞臭氧層。臭氧層的主要作用是隔絕紫外線，如果出現(xiàn)空洞，紫外線便會(huì)直射地表。空調(diào)的集中使用，會(huì)造成臭氧空洞。較老舊的空調(diào)設(shè)備，其使用的制冷劑往往是含氟的化合物，它們?cè)诳諝庵修D(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)氟并擴(kuò)散至大氣層，將破壞臭氧層甚至產(chǎn)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(jìn)空調(diào)結(jié)構(gòu)，提高節(jié)能環(huán)保技術(shù)，對(duì)有效保護(hù)環(huán)境具有十分重要的意義。

3 空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

提升空調(diào)的性能，關(guān)鍵在于改進(jìn)空調(diào)結(jié)構(gòu)。第一，出于市場(chǎng)銷售的考量，產(chǎn)品設(shè)計(jì)首先要考慮產(chǎn)品外觀及適用范圍。如果產(chǎn)品外形規(guī)則方正，可以放置于地面或掛置在墻壁上；如果外形不規(guī)則，只能放置在特定位置。第二，產(chǎn)品設(shè)計(jì)要考慮功率因素，需考濾設(shè)備換熱效率，這直接關(guān)系到設(shè)備的能耗大小。第三，產(chǎn)品設(shè)計(jì)還要考濾送風(fēng)方式因素，送風(fēng)方式的性能影響著送風(fēng)速率，進(jìn)而對(duì)能耗產(chǎn)生影響。第四，產(chǎn)品設(shè)計(jì)還需考濾機(jī)器整體運(yùn)行狀態(tài)，包括風(fēng)量的調(diào)節(jié)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(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 提高空調(diào)能效比

在空調(diào)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)全面考慮可能影響能效的各個(gè)因素，在兼顧制造成本的同時(shí)，有效提高設(shè)備的能效比。目前，空調(diào)能效比的提高主要有三條途徑，一是提高壓縮機(jī)能耗比，二是提高換熱效率，三是使用最合理的風(fēng)流。

（1）壓縮機(jī)。壓縮機(jī)是空調(diào)技術(shù)的核心，是空調(diào)正常運(yùn)作的必要工作部件之一，其性能在很大程度上決定著空調(diào)的能效?？照{(diào)設(shè)備的制冷原理是利用制冷劑蒸發(fā)和凝結(jié)，而制冷劑需要通過壓縮機(jī)來“搬運(yùn)”，壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的核心構(gòu)造。

能效比是衡量壓縮機(jī)的重要標(biāo)準(zhǔn)，提高壓縮機(jī)的能效將直接帶來空調(diào)器的節(jié)能。普通的家用空調(diào)一般采用旋轉(zhuǎn)式的壓縮機(jī)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的額定制冷量過大，需要的相應(yīng)能耗也將增加，導(dǎo)致整機(jī)的能效比降低；當(dāng)壓縮機(jī)的額定制冷量過小，冷量又會(huì)受到損失，整機(jī)的冷量也會(huì)隨之減少，無法達(dá)到空調(diào)器的標(biāo)準(zhǔn)。因此，壓縮機(jī)對(duì)整機(jī)的節(jié)能程度產(chǎn)生重大關(guān)系，是衡量節(jié)能效果的參數(shù)之一。在同樣的制冷量之下，如果壓縮機(jī)能效比高，功耗便較小，如果壓縮機(jī)能效比低，功耗便較大。如此看來，改善壓縮機(jī)的能效比是降低整機(jī)耗能的重要方法。而壓縮機(jī)的能效提高主要依靠技術(shù)改進(jìn)而不是大幅度增加材料的消耗，可通過改進(jìn)電機(jī)效率、減小摩擦功耗、改進(jìn)氣閥、降低吸排氣壓力損失、減小泄漏等來提高壓縮機(jī)效率。

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

（2）換熱器。換熱器也是空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)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(shí)上，空調(diào)設(shè)備的能耗主要是由于換熱器的能耗。換熱器在運(yùn)作中，往往會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這會(huì)降低整機(jī)的轉(zhuǎn)換率，降低換熱所需的熱量，因而導(dǎo)致能量浪費(fèi)。針對(duì)此原理，加大換熱器尺寸是最直接有效的優(yōu)化途徑。另外，換熱器可選用翅片管式等結(jié)構(gòu)形式，也可適當(dāng)調(diào)整風(fēng)輪和換熱器的相對(duì)位置，這些都是提高空調(diào)能效比的可靠方法。

對(duì)于翅片管式結(jié)構(gòu)換熱器，可以在不增加換熱器整體尺寸條件下通過合理設(shè)計(jì)翅片結(jié)構(gòu)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(jī)的能效比，但同時(shí)也增大了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。因此，在選配設(shè)備系統(tǒng)中，還要兼顧制冷劑的因素。過大地增大換熱器，往往會(huì)加大制冷劑量，導(dǎo)致壓縮機(jī)產(chǎn)生啟動(dòng)故障，也會(huì)影響壓縮機(jī)的能效比及制冷效果。制造商要兼顧設(shè)備的成本和能效比，通過理論計(jì)算、反復(fù)試驗(yàn)后，設(shè)計(jì)最佳的換熱器配置。

4.2 風(fēng)流

室內(nèi)環(huán)境空氣通過回風(fēng)口進(jìn)入空調(diào)內(nèi)機(jī)并由換熱器進(jìn)行交換熱量后從出風(fēng)口流出，其風(fēng)流經(jīng)過的軌跡即為風(fēng)道，它由底座上的風(fēng)道、貫流風(fēng)扇、導(dǎo)風(fēng)板等組成系統(tǒng)。對(duì)分體掛壁式內(nèi)機(jī)，風(fēng)道是其重要組成部分，它直接影響其風(fēng)量、噪音，從而影響整個(gè)機(jī)組的性能。對(duì)機(jī)組而言，貫流風(fēng)扇和風(fēng)道形狀直接影響風(fēng)量大小和噪音高低。

（1）貫流風(fēng)扇直徑越大，風(fēng)量越大。

（2）風(fēng)道形狀對(duì)室內(nèi)機(jī)的風(fēng)量噪聲影響較大，風(fēng)道形狀主要由貫流風(fēng)輪葉形外徑與底盤和出風(fēng)框的蝸殼曲線形成，設(shè)計(jì)時(shí)須確保此截面曲線即風(fēng)道曲線合理，弧線流暢，角度精準(zhǔn)，達(dá)到風(fēng)流平穩(wěn)順暢，一般需經(jīng)過多輪手板實(shí)際測(cè)試風(fēng)量噪聲驗(yàn)證。

（3）貫流風(fēng)扇與風(fēng)道蝸殼蝸舌之間的間隙可影響風(fēng)量與噪音高低，蝸舌間隙應(yīng)盡可能小，過大會(huì)漏風(fēng)，產(chǎn)生換熱損失并可能產(chǎn)生風(fēng)口的凝露現(xiàn)象，但間隙過小會(huì)產(chǎn)生較大噪聲，一般取 3.5～ 5mm；蝸殼間隙應(yīng)保證足夠大，以使間隙處風(fēng)流面積增加，從而減小氣動(dòng)噪聲，使風(fēng)機(jī)整體性能提高，但間隙過大會(huì)使更多氣體經(jīng)間隙流出，經(jīng)葉輪的氣流減少，從而使風(fēng)機(jī)效率降低。

出風(fēng)口結(jié)構(gòu)上除保證風(fēng)道曲線的精確外，還需確保風(fēng)口表面光潔，各結(jié)構(gòu)件配合精密。風(fēng)口上的結(jié)構(gòu)如果存在臺(tái)階、級(jí)差、間隙，會(huì)引起風(fēng)流不順、漏風(fēng)，甚至產(chǎn)生風(fēng)聲異音及凝露。

5 結(jié)語

空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，可以有效降低設(shè)備運(yùn)行中不必要的能源損耗，對(duì)節(jié)能環(huán)保也具有著重要的意義?？照{(diào)作為一個(gè)整體，要想保證良好的性能，需要從整機(jī)出發(fā)，充分考量各個(gè)部分構(gòu)造，才能充分提高能源使用率，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。本文從提高空調(diào)能效比和整體性能入手，認(rèn)為更換高能效比的壓縮機(jī)，加大換熱器尺寸，精密設(shè)計(jì)制造風(fēng)流風(fēng)道，都是提高空調(diào)產(chǎn)品性能的有效途徑。

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