空調室內機的冷媒傳遞異音改善研究

趙帥 薛瑋飛 梁健巧

(廣東美的制冷設備有限公司廣東 佛山528311)

空調室內機的冷媒傳遞異音改善研究

趙帥 薛瑋飛 梁健巧

(廣東美的制冷設備有限公司廣東 佛山528311)

針對制熱工況下空調室內機出現的壓縮機冷媒傳遞異音，通過對排氣管的消聲器進行重新優化設計，實現對室內機聲品質的改善。利用聲學有限元分析軟件對空調室外機的排氣管路進行仿真建模，對原機方案和優化方案的傳遞損失進行了對比分析。仿真結果表明優化方案的消聲性能優于原機方案。此外，對消聲器優化方案進行了試驗驗證，試驗結果表明室內機的聲品質優于原機，進而證明了優化方案的有效性。

室內機；異音；消聲器；優化

1 、前言

隨著生活水平的提高，空調已逐漸在居民生活中普及起來。然而空調在給人們帶來舒適的同時也造成了噪聲污染。近年來隨著人們對生活質量的要求越來越高，空調的聲品質也逐漸引起廣大用戶的關注[1-2]。

對于空調室內機來說，由于其直接安裝在室內，其聲音的質量會給用戶帶來最直接的影響。一方面，其會影響居民的工作和休息，對生活質量造成較大的損害；另一方面，其對企業本身而言，用戶的滿意度會直接影響企業的可持續發展。因此對于空調室內機的聲品質研究很有必要。

壓縮機作為空調系統的重要組成部分，其高速運轉本身就會給室外機帶來電磁噪聲、機械噪聲以及冷媒脈動噪聲[3-4]。不僅如此，壓縮機的冷媒脈動還會傳遞到室內機，引起室內機零件的共振，進而產生室內異音。目前關于壓縮機冷媒傳遞異音主要通過在室外機配管上加消聲器來減弱或消除。

本文以某型號空調的室外機為研究對象，針對其傳遞到室內機的壓縮機冷媒異音進行改善，對原機方案采用的消聲器進行了優化，通過聲學有限元軟件對其優化前后的消聲器的聲學性能進行了仿真分析和對比，并通過整機試驗對優化方案的異音改善效果進行驗證。

2 、傳遞損失的計算方法

眾所周知，消聲器的聲學性能決定了室內冷媒傳遞音的消除效果。消聲器的聲學性能是指消聲器能夠在特定的頻率范圍內，滿足一定的消聲量。消聲器聲學性能的評價指標通常為傳遞損失或插入損失。在空調中一般用傳遞損失來表征其消聲性能。傳遞損失是指消聲器的入口與出口聲能量的比值，即入射與透射聲功率級之差[5]。其主要表征的是消聲器自身所獨有的一種屬性，與聲源以及環境等因素沒有關系。其計算公式如式(1)：

對于一維聲波方程，在入口端的聲壓和質點速度為

3 、原機方案的試驗分析

圖1所示為某型號空調的室外機原機，其在進行制熱工況下的噪聲測試試驗時，發現室內側出現輕微的低頻“嗡嗡”聲。通過在室內側進行噪聲數據測試分析發現，在FFT曲線上發現其在95Hz和143Hz處出現較大的噪聲值。通過對室外機上配管管路施加額外的配重，進而改變配管固有頻率，發現室內側的異音并未消失，故基本判斷該異音為室外側壓縮機傳遞至室內的冷媒傳遞音。

4 、傳遞特性的仿真分析

為了了解原機室外機方案的消聲器性能，采用Virtual.Lab軟件對原機室外機的排氣管路的傳遞特性進行了分析。軟件分析時，對于冷媒的參數屬性設置，參考其在制熱工況下排氣管中的溫度和壓力，根據冷媒屬性表和一定的換算可得到相應的聲學參數。本型號空調壓縮機管路中采用冷媒R22，仿真時根據消聲器所在的管路及相應工況，管內冷媒的密度和聲速分別為80.46kg.m-3、168m.s-1。

表1 材料參數（單位mm）

圖1 原機方案的室外機示意圖

圖2 原機方案消聲器及排氣管路

圖2 原機方案消聲器及排氣管路

圖3 優化方案消聲器及排氣管路

圖3 優化方案消聲器及排氣管路

圖5 優化方案的室外機示意圖

圖4 優化前后的排氣管路的傳遞損失對比

圖6 原機和優化方案下的室內機噪音數據對比

圖6 原機和優化方案下的室內機噪音數據對比

對于聲場計算時的聲學邊界條件的設置如下：假設入射聲場為平面波，即排氣管路中靠壓縮機的一端設置為單位速度邊界；而對于出口端的位置，則將其假設為無反射的平面波聲場，即在靠近低壓閥的端面的聲阻抗設置成與管路的聲阻抗值一致。此外，計算時假設管壁為剛性壁面。

原機方案的排氣管路的傳遞損失曲線如圖2所示。根據消聲器的傳遞損失理論可知，對于抗性消聲器而言，在消聲器長度一定時，其膨脹腔的截面積會決定消聲器的消聲量。本型號的空調室內機的異音頻率較低，為了增加低頻的消聲量，重新設計了一款消聲器，增大了消聲器的膨脹腔直徑。原機和優化方案的消聲器模型結構如圖3所示，消聲器尺寸如表1所示。

如圖4所示，將消聲器優化后的方案重新采用聲學有限元軟件進行仿真分析，得到其傳遞特性。圖2中顯示了優化后的傳遞損失曲線。從圖中可以觀察到，優化方案的消聲頻率在異音處的消聲量優于原機方案，而且在其他頻率處也優于原機方案。圖4為優化前后的排氣管路的傳遞損失對比

5 、優化方案的試驗測試

將采用優化方案的室外機進行制熱工況下的噪聲試驗，根據主觀評價發現，此時室內側的異音基本消除，人耳未能察覺。為了進一步驗證，對室內側的噪音值進行數據采集，根據CPB分析儀得到對應的1/3倍頻程的A計權聲壓級頻譜。

測試時聲傳感器布置在與室內機正前方的距離及高度都為1m的位置，標記為室內機“前面”位置，同時測量與前面位置相差45度角的“左前”和“右前”位置。圖5表示的為室內機低風制熱運行時，原機方案和優化方案兩種狀態下，前述的三個方向上的室內機噪音試驗數據對比。從室外噪音值對比圖，可以發現優化方案的室內機噪聲值優于原機，室內未出現異聲。

6 、結論

本文對某型號空調的室外傳至室內的壓縮機冷媒異音進行了分析，對室外機的排氣管上的消聲器進行了改進設計及仿真分析，仿真分析結果表明優化后的消聲器的消聲性能優于原方案。通過試驗對比室內機的噪音數據，發現室內機異音得到較大的改善，同時噪音值好于原機。

[1]包振球,楊澤周.空調器音質的故障診斷以及減振降噪研究[J].流體機械，2001,29(9):41-43．

[2]薛瑋飛,陳俊,陳進,等.基于變頻空調聲品質的理論分析與實驗研究[J]．機械強度,2016,38(4):716-720．

[3]陳紹林,吳俊鴻,段亮,等.空調系統制冷劑壓力脈動產生的噪聲分析及對策[J],制冷與空調,2011,11(2):49-52 .

[4]繆道平,吳業正.制冷壓縮機[M].北京,機械工業出版社, 2002.

[5]Ricardo P．L,Stephan P,Samir N．Y．Gerges,A sound quality-based investigation of the HVAC system noise [J].Applied Acoustics,2009(70):636-645．

Investigation on the reduction of abnormal noise transmitting by refrigerant of the indoor unit of air conditioner

ZHAO Shuai,XUE Weifei, LIANG Jianqiao
(Guangdong Midea Air-Conditioning Equipment Co.,Guangdong Ltd. Foshan 528311)

This paper investigated the abnormal noise of indoor unit of air conditioner transmitting from refrigerant, improved the sound quality by optimizing the muffler, established the model of suction pipe of outdoor unit of air conditioner and analyzed the transfer loss of the original machine and optimized machine. The simulation results showed that the character of noise elimination of the optimized machine is better than the original machine. Moreover, an experimental verification is conducted. The testing results showed that the sound quality of the optimized machine is better than the original machine and the noise elimination effect is obvious.

indoor unit；abnormal noise；muffler；optimization