關于空調結構設計對提高產品性能的影響研究

曹偉

（珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海 519070）

在設計生產空調的過程中，因需要使用一定量的非金屬元素氟，故而極易破壞大氣外層的臭氧層，使得大量紫外線長時間直接照射地球的生物，進而對地表、海洋生物以及人體產生廣泛的傷害。此外，因空調結構設計不合理，也會導致空調制冷、制熱的性能低下、能耗巨大，因而有必要通過積極優化空調結構設計，以進一步提高產品性能，促進空調事業的長久穩定發展。

1 空調結構設計對產品性能的影響分析

1.1 壓縮機

作為空調結構設計的重點對象之一，壓縮機的設計是否合理將直接影響空調的性能。壓縮機主要負責為空調“搬運”其所需的制冷劑，使其得以充分蒸發、凝結進而令空調設備達到良好的制冷效果。以普通民用空調為例，當前絕大多數家庭所使用的空調采用了旋轉式壓縮機，當壓縮機額定制冷量超過標準值，將大大增加相應能耗，并迅速降低空調整機能效比。反之，如果壓縮機額定制冷量未能達到最低標準值，將損失大量冷量，同樣會影響空調的制冷效果。李雅卿（2016）通過研究得出，壓縮機能效比與空調功耗之間存在著明顯的線性關系，即壓縮機能耗較大時，空調功耗相對較小，當壓縮機能耗較小時，反而會大大增加空調功耗。

1.2 換熱器

空調在正常運轉的過程中，換熱器是其至關重要的一大工作組件，其主要功能負責對冷、熱空氣進行加熱和制冷。在何星星、李開搏（2016）關于空調結構設計及其對產品性能影響方面的研究中指出，空調設備所產生的能耗主要來源于換熱器，換熱器在運行過程中通常會有大量的熱量產生，此時會使得空調整機轉換率迅速下降，進而大幅減少空調設備換熱時需要的熱量，最終出現能量浪費的情況。因此有部分空調生產商選擇通過使用增大換熱器的方式來改善空調整機的能效比，但一味增大換熱器，不僅會導致空調產品的生產成本迅速增加，同時也會加大制冷劑量，進而使得壓縮機極易出現啟動故障，反而制約了空調制冷效果的有效提升。因而在對空調換熱器進行優化設計的過程中，還需要考慮多方面的因素。

1.3 風流

經由回風口進入到空調內機當中的空氣，將在換熱器的作用下完成熱量交換，隨后再從空調出風口流出，這一風流經過的軌跡便是風道。構成風道系統的主要構件包括導風板、貫流風扇等。尤其是對于分體掛壁式空調內機而言，風道結構設計的合理性對于空調整機的性能有著直接且深遠的影響作用。學者黃武（2017）通過研究發展，空調風量大小與噪音高低直接受貫流風扇與風道形狀的影響。其在實驗中發現，當不斷增大貫流風扇的直徑時，空調風量也會隨之越來越大，一旦減小貫流風扇的直徑，空調風量將迅速減小。另外，筆者通過長期對空調風道形狀進行觀察后發現，出風框蝸殼曲線與貫流風輪葉形外徑、底盤共同構成的風道形狀會直接影響空調內機的風量噪聲大小。當風道曲線設計參數與標準設計參數不相符，角度缺乏足夠精準性的情況下，不僅會直接影響風流的平穩性和流暢性，同時也會增加風量噪聲。不僅如此，風量噪聲還會受到貫流風扇同風道蝸殼蝸舌間隙的影響，如果蝸舌間隙過大，則會出現漏風的情況，大大減少經葉輪的氣流量而產生的換熱損失，同時在風口位置處，還極有可能出現凝露現象。而如果蝸舌間隙過小，則會直接導致間隙處只有極小的風流面積，因此增加氣動噪聲并降低風機整體性能。

2 關于優化空調結構設計提高產品性能的策略

2.1 優化壓縮機設計

通過前文的分析研究可知，空調結構設計對產品性能影響巨大。因此想要有效提高空調產品的性能，勢必需要對空調結構進行優化設計。在對壓縮機進行優化設計的過程中，需要將重點放置在大幅提升壓縮機的能效比上，在條件允許的情況下，空調生產商可以直接選擇目前市面上比較成熟、正規廠家生產、質量合格的高能效比壓縮機。如果生產成本相對有限，則生產商可以通過積極對現有的壓縮機進行技術改進，以達到提高其能效比、降低空調整機能耗的效果。以旋轉式壓縮機為例，美國通用公司在對其進行優化設計的過程中，通過利用配管將部分冷凝器位置處的制冷液“輸入”到壓縮室當中，從而使得旋轉式壓縮機在運行過程中，可以通過利用氣缸內噴射的冷卻方式，達到提升空調冷卻效果的目的。而為了防止氣缸中吸入過多的制冷液進而出現液擊的情況，該公司還將氣液分離器設置在吸氣回路空壓機的前端位置處，如果一旦有潤滑油或是大量制冷液進入到氣缸當中，在氣液分離器的作用下，制冷液將迅速蒸發，此時空壓機將會吸入蒸發時產生的氣體。位于氣液分離器下方位置處的小孔，將會把潤滑油少量多次地運輸至空壓機當中，以此有效避免出現液擊的情況。

2.2 優化換熱器設計

為了有效控制空調換熱器的能耗，設計人員可以通過切實結合國家相關的設計標準要求，適當增加換熱器的尺寸，以此有效改善空調整機能量浪費的情況。與此同時，部分老化或傳統的換熱器，可以改換使用先進的螺旋折流板換熱器或是整體翅片式換熱器（如圖1）。在優化改進換熱器傳熱管時，設計人員可以嘗試選用螺旋波紋管這一雙面傳熱管，在充分發揮其效用下，適當改變空調換熱器內部流體的流動狀態，從而在現有基礎上大幅增加傳熱表面積，以實現優化空調的傳熱效果。而為了能夠有效控制空調結構設計優化的成本，并為后續對空調換熱器的運維管理等提供便利，在優化換熱器的結構設計時，可以保留部分空調原換熱器殼體，只通過將螺旋折流板管束改用螺旋波紋管，從而可以在大幅減少換熱器結構優化設計成本費用之余，提高空調的換熱效率。通過結合換熱器的具體情況，設計人員通過重新調整管徑、管間距或是片間距以及換熱器位置等，同樣也可以達到優化空調換熱成效的目的。

圖1 螺旋折流板換熱器殼程流動圖

2.3 需優化送風方式

在優化風量設計時，一方面設計人員應當嚴格按照標準設計規范對風道的形狀進行科學設計，保障弧線與角度的流暢性和精準性，并采用多輪手板實際測試的方式驗證風量噪聲。另一方面，為有效減小噪聲，還需要對蝸舌間隙進行嚴格控制，在設計時一般需要保障蝸舌間隙在3.5～5mm的范圍內，從而在確保風機具有較高效率的同時，最大程度降低氣動噪聲。在對置換通風方式進行優化的過程中，因考慮到上部空氣存在較多雜物，缺乏良好的空氣質量，因而可以選擇在空調底部位置處安裝空調散熱器，進而順利完成空調通風。而在優化設計工位送風方式時，設計人員需要充分掌握使用者的實際送風需求，合理設置人工調節通風口，并將其連接至外界的送風裝置，使得崗位人員能夠立足自身實際，靈活調節通風口的氣流流向、流速以及溫度等。在條件允許的情況下，還可以設計采用聲控、光控與人工控制相結合的方式，智能控制工位送風，以進一步提升優化效果。

3 結語

通過本文的分析研究可知，空調結構設計直接影響著產品性能。因此為了能夠有效提高空調的性能，設計人員必須立足實際，在嚴格按照相關設計標準要求的基礎上，對空調壓縮機、換熱器以及風流、送風方式等進行科學設計，靈活將各項先進的科學技術和低能耗、高效能的裝置設備引入其中，進而有效達到優化空調產品性能，促進空調產業持續健康發展的目的。