窗式空調(diào)器靜音設(shè)計探討

鐘玉金 武滔

摘要：本文對常規(guī)窗式空調(diào)器的噪音影響因素進行了理論分析，針對噪音貢獻最大的風(fēng)場結(jié)構(gòu)做優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化方案的試驗表明：靜音窗機的噪音值同比常規(guī)窗機下降11dB，優(yōu)化效果非常可觀，并且整機性能也略有提升。

關(guān)鍵詞：窗式空調(diào)器；靜音；高效氣動布局；蒸發(fā)器

Research on application of ultra-quiet Window-Type air conditioner

Zhong Yujin， Wu Tao

（GD Midea Refrigeration Equipment Co.， Ltd. Guangdong Foshan 528311）

Abstract：This paper makes a theoretical analysis of the noise influence factors of conventional Window-Type air conditioner. Optimized design for wind field structure with the maximum noise contribution. The performance of optimization scheme shows： the mute Window-Type air con- ditioner is 11 dB lower than the conventional WindowType air conditioner. The optimization effect is very considerable and performance improved slightly.

Keywords：Window-Type air conditioner； Mute； Efficient aerodynamic layout ； Evaporator

1、前言

窗式空調(diào)器一般由制冷系統(tǒng)、風(fēng)道系統(tǒng)、電控系統(tǒng)三大部分組成。相對于分體式空調(diào)器而言，窗式空調(diào)器的體積小，耗材少，成本低，安裝方便快捷，維修少，能廣泛的被市場接受，可適用于臥室、辦公室、家庭、小型計算機房等場所。

窗式空調(diào)器在全球銷售廣泛，年需求量在1000萬臺左右，其中北美市場就占約60%。因分體式空調(diào)器受安裝限制、安裝人工費高等因素影響，美國約70%家庭采用窗式空調(diào)器降溫，主要銷售區(qū)域集中在美國東西海岸線城市。

窗式空調(diào)器嵌入安裝在窗戶或墻體內(nèi)，工作時不可避免地將整機噪音傳遞到室內(nèi)，其結(jié)構(gòu)一體化導(dǎo)致了壓縮機、風(fēng)機等噪聲源與室內(nèi)側(cè)環(huán)境之間不能有效隔離，造成室內(nèi)噪聲污染較為明顯，用戶聽感體驗較差。從表1中可以看出，現(xiàn)有窗式空調(diào)器的室內(nèi)側(cè)噪音值很高，高風(fēng)制冷甚至達到53.5～58.4dB（A），接近分體式空調(diào)器的室外機噪音水平，低風(fēng)制冷也達到48.4～53.6dB（A）。

高噪音已嚴(yán)重影響到客戶的使用體驗，圖1展示的是在美國市場消費者對窗式空調(diào)器的不滿意度調(diào)查，其中顯示噪音是客戶最不滿意的痛點問題。

隨著人們生活水平的提高和環(huán)境保護意識的增強，用戶在關(guān)注窗式空調(diào)器使用性能的同時對其噪聲提出了更高的要求，噪音逐漸成為人們在選取空調(diào)時參考的一項重要指標(biāo)。考慮以上需求，降低窗式空調(diào)器噪音水平極為必要。

2、傳統(tǒng)窗式空調(diào)器噪音瓶頸分析

窗式空調(diào)器的整機噪音是由壓縮機、風(fēng)輪風(fēng)葉、配管振動等各運動部件產(chǎn)生的噪音疊加而成的，即如下噪音聲壓級疊加公式：

通過表2中數(shù)據(jù)可知，常規(guī)窗式空調(diào)器的各噪音來源中，風(fēng)噪的貢獻最大。

如圖2所示，常規(guī)窗式空調(diào)器的內(nèi)側(cè)風(fēng)道大多采用離心風(fēng)道，送風(fēng)過程中氣流會產(chǎn)生90°轉(zhuǎn)折，導(dǎo)致送風(fēng)效率低、噪聲高、舒適性差；內(nèi)側(cè)蒸發(fā)器普遍采用均阻力蒸發(fā)器，并未根據(jù)風(fēng)道本身的特性進行系統(tǒng)設(shè)計；且內(nèi)外側(cè)風(fēng)道普遍采用單電機方案，如圖3所示，內(nèi)外側(cè)風(fēng)道效率受限，很難達到最佳。

3、靜音設(shè)計與分析

本文研究的超靜音窗式空調(diào)器打破傳統(tǒng)風(fēng)道形式，窗機內(nèi)側(cè)采用貫流風(fēng)道設(shè)計方案，進出風(fēng)更加順暢，同風(fēng)量噪音更低；充分利用內(nèi)側(cè)貫流風(fēng)道的進風(fēng)特性，采用分段式、非均布阻力蒸發(fā)器：離風(fēng)輪較近的蒸發(fā)器采用三排，確保整個進風(fēng)流場風(fēng)速分布更加均勻，同時可更好的防止進出風(fēng)形成短路；離風(fēng)輪較遠(yuǎn)的蒸發(fā)器采用兩排，在確保順利排水的前提下，盡可能減小風(fēng)輪上游的進風(fēng)攻角，提升風(fēng)道效率，降低噪聲。

3.1 高效氣動布局貫流風(fēng)道設(shè)計

提出采用貫流風(fēng)道設(shè)計的高效氣動布局，如圖4，直接在原結(jié)構(gòu)上換上貫流風(fēng)輪。

但實驗證明存在以下弊端：首先，會導(dǎo)致不同位置的進風(fēng)風(fēng)速差異明顯，靠近風(fēng)輪的蒸發(fā)器上半段風(fēng)速較大，而靠近底盤的蒸發(fā)器下半段風(fēng)速較小，造成蒸發(fā)器的換熱不均，換熱效率低下；同時，流經(jīng)蒸發(fā)器下半段進風(fēng)折轉(zhuǎn)角度較大，導(dǎo)致流體噪聲偏高。其次，如前一點所述，由于蒸發(fā)器與貫流風(fēng)輪距離較大，導(dǎo)致流經(jīng)蒸發(fā)器的風(fēng)速差異明顯，使得進風(fēng)格柵上半段負(fù)壓較大，下半段負(fù)壓較小，由于貫流風(fēng)道出風(fēng)口靜壓較低，尤其當(dāng)導(dǎo)流板偏向出風(fēng)口蝸舌條時，可能導(dǎo)致進出風(fēng)短路——即由進風(fēng)口流經(jīng)進風(fēng)格柵、蒸發(fā)器、貫流風(fēng)輪、導(dǎo)流板的氣流再次被吸入進風(fēng)口，使整個制冷系統(tǒng)惡化，能力、能效及舒適性大打折扣。

3.2 非均布阻力蒸發(fā)器

針對以上換熱送風(fēng)不均勻的問題，再將蒸發(fā)器設(shè)計采用兩折方案，如圖5所示，離出風(fēng)口最近的蒸發(fā)器7-1采用3排D7管，另一折蒸發(fā)器7-2采用2排D7管。一方面，離出風(fēng)口最近的蒸發(fā)器7-1的阻力較大，相應(yīng)于進風(fēng)格柵處的負(fù)壓也較小，出風(fēng)口下端與進風(fēng)格柵上端的壓差也將減小，將大大降低進出風(fēng)短路的可能性。另一方面，按照離貫流風(fēng)輪越近（遠(yuǎn)）阻力越大（小）的布局原則，這樣流經(jīng)蒸發(fā)器的風(fēng)速分布更加均勻，制冷系統(tǒng)的流路設(shè)計也更為簡單，不同流路之間的溫度差異也越小——即與主流風(fēng)速垂直方向上的溫度梯度將減小，整個流場的協(xié)同性更好，換熱效率更高。

綜合考慮結(jié)構(gòu)空間和換熱效率，調(diào)整蒸發(fā)器的布局，使氣流進入蒸發(fā)器和貫流風(fēng)輪的攻角盡量小，整個系統(tǒng)的風(fēng)阻降低，主流風(fēng)速和溫度梯度的夾角減小，整個流場的協(xié)同性得到改善，換熱效率得到提升。同時，由于進風(fēng)氣流更加順暢，同風(fēng)量下的流致噪聲也將得到進一步改善，針對貫流風(fēng)輪敏感的風(fēng)聲不穩(wěn)、風(fēng)嘯等問題優(yōu)化了出風(fēng)口結(jié)構(gòu)。

3.3 雙電機均衡布局設(shè)計

打破傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局，靜音窗機采用雙電機獨立設(shè)計內(nèi)外風(fēng)道系統(tǒng)，提升整個系統(tǒng)的送風(fēng)效率。這樣室內(nèi)側(cè)貫流風(fēng)輪轉(zhuǎn)速調(diào)整不受外側(cè)影響，從而對風(fēng)量以及噪音的調(diào)整更加靈活。

采用高效氣動布局貫流風(fēng)道設(shè)計，靜音窗式空調(diào)器的整機送風(fēng)噪聲降低15dB（A），制冷噪聲降低11dB（A）。效果明顯，詳見表3。

3.4整機性能驗證

經(jīng)過以上結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，靜音窗機的噪音遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)窗機，同時在性能方面也得到了優(yōu)化，如表4所示，同樣條件下，靜音窗機的能力和能效值都高于常規(guī)窗機。

4、結(jié)論

靜音窗式空調(diào)器顛覆了傳統(tǒng)窗機的風(fēng)場設(shè)計，在技術(shù)上解決了傳統(tǒng)窗機噪音大的痛點問題，營造健康和諧的生活環(huán)境，可以促使行業(yè)技術(shù)水平的良性競爭發(fā)展。用戶可以通過付出較少的代價（低安裝費）體驗噪音品質(zhì)優(yōu)良的產(chǎn)品，具有非常大的社會效益。

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