改善分體式定速空調器凝露現象的研究

曾威、蔡國健

(廣東美的制冷設備有限公司，廣東 順德 528311)

改善分體式定速空調器凝露現象的研究

曾威、蔡國健

(廣東美的制冷設備有限公司，廣東 順德 528311)

空調器凝露、風道吹水等問題，嚴重影響空調器的可靠性和舒適性。本文針對分體式定速空調器風道吹水問題，進行實驗研究和分析。通過調整導風板的角度和風機轉速的方法，控制換熱器U管間的溫度極差，解決定速空調器風道吹水的問題，為采用控制方法進行防凝露處理的空調器開發提供借鑒。

空調器；凝露；溫度極差

1、前言

隨著居民生活水平的提高以及全球氣候變暖的加劇，空調器因其節能性及舒適性，已經越來越受到家庭和辦公場所的青睞，同時用戶對空氣調節器性能的要求也越來越高，其中凝露問題是用戶關注的熱點問題之一，空氣調節器凝露性能的好壞直接影響用戶的工作和生活環境[1]。如果空調器導風板、導風葉片與出風口四周邊沿有凝結水滴落或吹出等現象，必然會引發客戶投訴。空調器凝露由于與空氣濕度直接相關，所以梅雨季節是客戶投訴高發的時間。因為凝露問題不僅影響到了空調器給用戶帶來的視覺體驗和使用功能，而且給用戶使用帶來諸多不便，并造成了一定的經濟損失，影響品牌口碑[2]。在空調器設計過程中，技術人員往往更注重制冷量、制熱量、能效比等定性的指標，容易忽略空調器的凝露性能，空調器如果設計不合理，容易出現吹水等凝露現象，這不僅影響空調器的品質和性能，而且將直接影響到客戶的使用，目前國家對不同規格的空調都有凝露方面的要求。因此，無論從用戶使用的角度，還是企業品牌的口碑，或者從技術人員設計理念出發，對空調器室內機凝露現象進行分析并提出解決方法凝露現象產生的原因，是空調器設計過程中必須考慮的問題[4]。

2、凝露機理以及現有解決方案

空調器在開啟制冷功能時，室內溫度和濕度相對較高的空氣流經換熱器與溫度較低的制冷劑進行換熱，變成低溫的飽和氣體再回到室內，產生制冷效果。在換熱過程中，經過換熱后的空氣溫度降低，當達到其露點溫度時，空氣中多余的水分就會在冷的表面析出，換熱器翅片上產生的凝露可通過空調器導水盤排出室外。但如果在空調器的風輪或輔助電加熱器上產生的大量凝露，則可能通過空調器壁面流下或從風道吹出，嚴重時會滴落到地板上，影響用戶使用空調器的安全性和舒適性。

2.1 凝露機理

通常我們說的空調器中空氣是干空氣和水蒸氣的混合物，而產生凝露的原因是由于空調器室內機中濕空氣的溫度場不均勻，致使局部空氣中水蒸氣達到露點溫度而析出，在空調器中凝露現象主要表現在以下幾點：空調器表面結構件出現凝結水并滴落的凝露問題，一般是由蒸發溫度過低以及結構設計不合理導致的。如空調器室內機導風板上下側出風設計不合理，致使導風板兩側溫差很大，有凝露產生；此外，送風過程中水珠吹出現象產生的原因有：流經換熱器不同位置的空氣經過換熱后，溫度降低幅度不同時，則會出現冷熱氣流交匯，當熱氣流達到其露點溫度時，就會有凝結水產生，從而導致送風過程中有水珠吹出。如果換熱中的制冷劑過熱點位置太靠前，則一部分換熱器內制冷劑處于過熱蒸汽狀態，當空氣經過這一部分換熱器時，其溫度下降很少，此時就容易出現吹水現象；如果換熱器各支路中制冷劑的流量分配不均勻，則流量小的支路會出現提前過熱，而流量大的支路不會出現過熱，也容易發生吹水現象。

2.2 現有解決方法

目前，針對上述凝露現象和問題，技術人員提出了多種方法。

2.2.1 室內機結構優化

常見的解決方法是增加換熱器與室內機表面結構件的導熱熱阻，主要是在格柵上容易凝露位置的內側粘貼保溫棉，在空隙較大的位置填充隔熱材料，外部結構件選用保溫性能好的材料，盡量保證空調器室內機的緊湊性和隔熱性。

2.2.2 制冷系統優化

在制冷系統中可以通過提高空調器表面溫度,使其高于環境空氣的露點溫度，即提高系統的蒸發溫度,主要方法有：（1）合理設計換熱器的流程，使各支路的制冷劑流量分配均勻。（2）對于使用毛細管節流的產品，系統匹配時需要合理確定毛細管的長度，不能使額定工況下的蒸發溫度過低，并需要進行多種工況下的測試分析。(3)對于使用電子膨脹閥節流的產品，需要合理確定膨脹閥的開度的控制模式，使其能夠根據實際情況調整向蒸發器的供液量。(4)盡量提高室內風量，但要同時考慮此時會帶來室內噪聲值的增加和系統功耗的增大。

2.2.3 控制方法優化

對于轉速可控型空調器，通過一些針對部分參數設定的設定條件，控制空調器進入和退出防凝露功能模式，防止凝露。還有在出風框的周圍設置電加熱帶，通過加熱的方式使出風框的周圍邊沿溫度高于露點溫度，防止周邊凝露。

圖1 空調器室內機內空氣分布矢量圖

3、分體式定速空調器凝露現象的研究

3.1 技術背景

通常在進行分體式空調器室內換熱器流路設計時，由于換熱過程中溫度變化較小，一般不會考慮流路逆流布置。因此室內機換熱器入口管一般設置在進風面，靠近貫流風輪。空調器制冷運行時，室內換熱器進風面附近區域為高溫區或者過熱區，而貫流風輪與出風口間的區域為低溫區，室內空氣從進風面進入到從出風面吹出，依次經過了高溫區和低溫區，當換熱器局部換熱不均勻，導致換熱器流路的前面部分與空氣間換熱溫差小，與換熱器流路的后面部分與空氣間的換熱溫差過大，一部分冷熱不均勻的空氣進入換熱器和貫流風輪間的區域進行交匯，進行能量交換，在貫流風輪上凝結成小水珠，會造成空調器運行時出現吹水現象。

分體式定速空調器在高風擋運行時，如果蒸發器各流路制冷劑分配不均勻，換熱后的空氣溫差會更大，冷熱不均的空氣混合后，形成凝露的現象會更嚴重。當空調器的轉速較低時，出風口的風速過低，吹出溫度較低的冷風，當出風口邊沿結構的溫度低于空氣的露點溫度時，就會在出風口周圍產生凝露，凝露長時間累積會在出風口和導風板上形成大量的水珠后，最終滴下來。定速空調器在運行過程中，可以調整的參數相對較少，這對定速空調器的設計提出了更高的要求。

圖2 室內機結構及感溫探頭位置示意圖

圖3 不同風檔下的凝露試驗

3.2 分體式定速空調器凝露現象的實驗研究和分析

為了研究分體式定速空調器凝露工況時，出現風道吹水的現象，設置如下試驗：測試工況為國標凝露工況，即干球/濕球溫度分別為：室外27℃/24℃,室內27℃/24℃。研究對象為某一分體式定速空調器，如圖2所示，在換熱器輸入管與輸出管側的各半圓管上設置一個感溫探頭，用于檢測實時管溫。開機運行8小時，觀察試驗結果。

3.2.1 試驗方案1

設置上下導風板的角度為45度，左右導風板的角度為垂直出風方向，分別測試強勁風擋、中間風擋、靜音風擋下，樣機的凝露情況。

試驗結果是在三個不同的風擋條件下，樣機均發生風道吹水現象，由圖3中各溫度點的數據可知，換熱器各U管間的溫度差值較大，三個風擋下各點溫度極差分別為14.2、13.8、14.4，流經換熱器不同位置的空氣，跟各U管進行換熱后，空氣溫度降低，從強勁風擋到靜音風擋，空調器室內換熱器制冷劑分流不均勻性越來越嚴重，換熱器支路出口的過熱度增大，隨著風量減小，空調器室內換熱器的蒸發溫度降低，與流經換熱器外側的空氣的換熱能力也降低，在空調器換熱器流路前后部分換熱后的空氣間的溫差相差較大，混合時，溫度較高的空氣中的水蒸汽會因為遇冷而凝結出來，甚至直接在貫流風輪上形成凝露并吹出。

3.2.2 試驗方案2

設置左右導風板的角度為垂直出風方向，設置空調器為靜音風擋，測試上下導風板的角度分別為45°、50°、60°時，樣機的凝露情況。

試驗結果是上下導風板在三種不同角度條件下，樣機均發生風道吹水現象，由圖4中各溫度點的數據可知，換熱器各U管間的溫度差值較大，上下導風板在三種不同角度條件下各點溫度極差分別為14.4、13.5、12.9，比強勁風擋和中間風擋下的各點溫度極差減小。在靜音風擋下，換熱器一支路的出口溫度分別為13、12.3、13.6，換熱器支路二的出口溫度分別是10.3、10、10，空調器室內換熱器制冷劑分流均勻性相當，換熱器支路出口的過熱度相差較小，換熱器二支路的出口溫度比一支路的出口溫度低，由圖1空調器室內機進風區域風速分布矢量圖可知，進風口左邊區域的風速大約是右邊的2倍，故換熱器一支路的換熱效果比二支路好。同時由圖3的數據可知，從強勁風擋到靜音風擋，換熱器兩支路的出口溫差分別為1.6、2.4、2.7，隨著風量降低，換熱器兩支路的換熱效果不均性增強。

圖4 上下導風板不同角度下的凝露試驗

圖5 左右導風板不同角度下的凝露試驗

3.2.3 試驗方案3

設置空調器為靜音風擋，測試上下導風板的角度60°，分別測試左右導風板的角度為垂直出風方向，向左某一固定角度和向右相同固定角度時，樣機的凝露情況。

試驗結果是左右導風板在三種不同的角度條件下，8小時凝露測試的結果不同，左右導風板為垂直出風口方向時，測試結果是樣機有吹水現象，左右導風板向左時，測試結果是有輕微吹水現象，左右導風板向右時，測試結果是沒有吹水現象。由圖5中各溫度點的數據可知，左右導風板在三種不同的角度條件下各點溫度極差分別為13.5、9.5、5.3，隨著換熱器各U管間的溫度極差值減小，空調器室內機凝露導致風道吹水現象逐漸減弱，直至消失。同時，左右導風板在三種不同的角度條件下，換熱器兩支路的出口溫差分別為2.3、0.7、2。由圖6可知，左右導風板在三種不同的角度條件下，同一轉速時的風量分別是508/h、524/h、485/h，因為此空調器室內機所用的貫流風輪為斜齒風輪，當左右導風板設置為垂直出風口方向時，出風方向整體向右偏移，換熱器一支路的換熱效果比二支路好，斜齒風輪的使用增強此種效果。當換熱器各支路換熱效果不均勻時，會影響空調器室內機的凝露現象，而換熱器換熱均勻性和進入空調器室內機的空氣的流場分布的耦合作用決定經過換熱后的冷熱空氣的混合特性。

3.2.4 分體式空調器凝露的試驗結果分析

由圖7可知，當換熱器各U管間的溫度差值較大，容易出現風道吹水的現象。隨著換熱器各U管間的溫度差值減小，風道吹水現象減弱，甚至消失。針對定速空調器出現上述問題，可以提出一種控制方法：通過在換熱器各U管上設置感溫探頭記錄換熱過程中銅管內冷媒的溫度，通過換熱器各U管處的溫度變化了解換熱器的換熱情況，保證進入空調器的空氣與換熱器的換熱均勻，通過采集的各U管處的溫度變化，在空調控制程序中經過計算處理，輸出控制指令，調整風機轉速和導風板的角度，改變空調器內換熱空氣的速度場和溫度場，實現換熱器各處的溫度的差值的最大值較小，減少和防止空調器因換熱不均勻造成冷熱空氣在貫流風輪或者風道內壁交匯形成凝露、甚至吹水現象。

圖6 左右導風板不同角度下的風量

圖7 不同試驗方案下的凝露現象

4、結論

通過對分體式定速空調器進行凝露現象試驗研究和分析，得出如下結論：

(1）換熱器各部分冷卻空氣的能力存在一定差別，在空調器設計過程中不僅要保證進入空調器的空氣與換熱器的換熱均勻的均勻性，同時實現換熱器各處的溫度極差較小。

(2）換熱器換熱均勻性和進入空調器室內機的空氣的流場分布的耦合作用決定經過換熱后的冷熱空氣的混合特性。

(3）分體式定速空調器可以通過調整轉速和導風板角度，解決凝露問題，為采用控制方法進行防凝露處理的空調器開發提供借鑒。

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Study on the improvement of condensation phenomenon of Split style Air conditioner at fixed speed

Zengwei、Cai Guojian
(GD Midea Refrigeration Equipment Co.,Ltd, ShunDe,528311)

Air conditioner condensation problem and blowing water from air duct have been affecting amenity and reliability of air conditioner. The phenomenon of blowing water from air are taken experiment and analyzed in this paper. Regulating max temperature difference of U-pipe of heat exchanger to deal with the blowing water problem by adjusting angle of wind deflector and the speed of fan. A new way is put forward to solve air conditioner condensation problem in controlling methods.

Air conditioner; Condensation; Max temperature difference