空調結構設計與優化探究

毛先友

摘? 要：隨著人們生活水平的提高和全球變暖的加劇，人們對空調的依賴性空前增強。然而，空調的能耗非常大，對環境的不利影響一直困擾著研究者。將用戶空調器的結構優化設計一下，通過增加內部單元循環風量，優化蒸發器結構。進出管采用多進多出，制冷劑進出均勻，這樣能使制冷制熱能力和能效大大提高，滿足國際國內節能、低碳、環保要求。本文通過對空調結構優化設計的必要性和解決這些問題的方法，提出空調結構優化設計的一些建議，解決一些當前全球資源緊張的問題。

關鍵詞：空調結構? 優化? 設計? 能效? 探究

中圖分類號：TB657.2 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）01（b）-0043-03

Research on Air Conditioning Structure Design and Optimization

MAO Xianyou

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

Abstract： With the improvement of people's living standards and the intensification of global warming， people's dependence on air conditioning has increased unprecedentedly. However， the energy consumption of air-conditioning is very large， and its adverse effects on the environment have always plagued researchers. Optimize the structure of the user's air conditioner and optimize the evaporator structure by increasing the circulating air volume of the internal unit. The inlet and outlet pipes adopt multiple inlets and multiple outlets， and the refrigerant flows in and out uniformly， which can greatly improve the cooling and heating capacity and energy efficiency， and meet the international and domestic energy-saving， low-carbon， and environmental protection requirements. This article puts forward some suggestions on the optimal design of air-conditioning structure through the necessity of the optimal design of air-conditioning structure and the methods to solve these problems， so as to solve some of the current global resource shortage problems.

Key Words： Air conditioning structure; Optimization; Design; Energy efficiency; Exploration

空調一直是能源消耗和環保問題的主要監測對象，因為空調消耗的能源較多，對地球環境保護構成威脅，如氟利昂導致臭氧層加劇減少導致的地球溫室效應。目前空調年用電量已超過各種家用小電器的用電量。由于集中使用時間長、季節性負荷大，加劇了能耗矛盾，導致電力系統負荷特性惡化，電網負荷率降低，電力設施浪費資源。因此，空調結構的優化設計迫在眉睫。

1? 優化空調結構設計的原因

1.1 緩解能源危機

隨著世界能源短缺問題的日益嚴重，人們越來越關注能源問題。中國的能源主要是煤炭，其他能源主要是石油和天然氣。它們都是不可再生資源，使用的可再生資源較少。空調的耗電量非常大，然而，空調作為一種夏冷冬暖的功能性電器，是許多家庭必不可少的電器設備。有數據表明，空調等設施的能耗占總能耗的近10%。如此巨大的能源消耗不僅消耗了我國的不可再生能源，也限制了空調行業的進一步發展。此外，人們對空調的使用也具有一定的季節性特點，特別是在夏季和冬季，空調的使用量非常大，這也嚴重導致電網本身的負荷壓力增大。在一些高耗能地區，電網因負荷過大而產生的風險因素將嚴重加劇，將導致電網負荷率嚴重下降，造成嚴重的電力浪費。在中國，空調使用時大量的廢熱直接排放到空氣中，沒有經過合理的回收利用，這也是對能源的浪費。因此，空調結構設計師應切實改進空調設計。由于空調設備結構必須優化，使能源更加節能高效，節能成為未來中國空調行業的主要發展趨勢[1]。

1.2 解決污染問題

空調主要調整空氣溫度和濕度，并根據水的需求運行。氣溶膠反應的原因是空調，水和細粉塵。微生物被空氣循環阻斷，以及與待連接和儲存的細菌相關的空調。空調污染的可能性對人體神經，呼吸和免疫系統有害。空調污染的主要原因是空調散熱器中的灰塵和細菌。因此，清潔空調并解決空調污染問題是有幫助的。散熱器關閉，所以清潔空調有可能損壞空調本身，這既是污染也容易造成細菌生長。在調整功能的情況下，空調主要是舒適的空氣到人體，但這也適用于空氣。另外，可以在不能分離空氣的替代中間譜中增殖細菌。但細菌立即通過通風管道和建筑物膨脹，空調冷卻裝置熒光燈和臭氧層不能因嚴重原因再循環。氟碳裝置的使用，繼續增加全球變暖的趨勢。所以應該在尋找控制情況的正確方法。

1.3 節約使用成本

在空調結構設計中，節約成本也是不容忽視的重要方面。由于空調的使用是由不可再生資源消耗驅動的，空調的功耗非常大，能源危機導致電價穩步上漲，因此空調的日常運行成本相對較大。此外，由于部分空調結構設計存在不合理問題，如果出現故障需要維修，維修費用一般較高，而空調本身價格也不低。因此，對于很多家庭來說，空調一直是一個相對沉重的負擔。高昂的成本防止了一些人過度使用空調設備。這不僅降低了人們的幸福指數，而且降低了人們的工作和生活熱情，不利于國家的長遠發展。目前，在空調設計中，提高能效比有很多方面，不僅從一個方面，只要能優化影響能效的因素，都能夠叫做提高能效比。因此，無論是從提高人民生活水平還是節約空調資源使用成本的角度，優化空調結構都符合我國國情。不僅可以降低空調的能效，而且可以提高產品的性價比。

2? 優化空調結構設計的新技術

2.1 優化室內機結構設計的新技術

空調最為主要技術部件包括風管、貫流風機、蒸發器等技術部件和環節。室內空調風管系統主要由基礎風管、貫流風機、風機電機及軸承等基礎技術組成。為了達到室內空調器工作系統的實際運行能力，有效提高能效比，需要對室內空調器的風道和貫流風機的直徑和長度進行擴容。作為一種大規模的技術改進方法，可以在不增加技術成本的情況下使用。實現改造空調實際運行規模的目的，有效實現空調內部功能空間的拓展目標。在這一技術實踐中，安裝在空調內的風機的實際風量也將相應增加，空調的能效也將得到顯著提高。在上述技術操作行為的基礎上，可以適當改變貫流風道的曲線，也可以有效地改善貫流風道的噪聲和風量。對于蒸發器的技術部件，我們不改變其內部結構，而是在實際運行中改變輸入輸出技術模式。例如，我們可以將原來的三根管子進入三根管子輸出的方式改進為進出都增加一根管子的方式，使制冷劑氣流的實際受力水平得到均勻的提高。根據相關標準的要求，試驗結果表明，改造后的空調系統能有效提高風量，并能顯著降低其能耗，從而全面節約能源。相關實驗結果也表明，該室內機在結構優化過程中對緩解用電緊張具有非常顯著的意義[2]。

2.2 優化室外機結構設計的新技術

空調室外機又稱空調主機。空調壓縮機、冷凝器、毛細管和蒸發器四個主要部件，這四個器件中的前3個在室外機中。它是空調系統的心臟。通過優化設計方法對空調室外機結構進行改進，可以有效地提高空調器的能效。室外機的結構優化主要是對空調機殼、風機葉片等進行改進，將原來的兩高機殼改為三高機殼，可以簡化原機殼模具結構，降低生產成本，改變風機葉片結構[3]。減少噪音，減少風阻，使風順暢。對空調用電機實施再匹配工藝流程，縮短電機軸可以達到降低振動的技術目標，實施電機后蓋的改造行為，可以牢固地降低整體模具裝配所遇到的機械力沖擊，切實降低空調室外機的技術制造成本。根據對上述改進方案的客戶服務工作結果進行的實驗驗證工作，我們發現，一種適合于室外空調的結構優化實踐方法，可以相對有效地提高空調運行技術系統的風量強度，并且穩步降低空調電機的轉速可以減少振動，同時也可以使噪聲強度在客觀上得到較大程度的降低，減少實際空調中使用隔音海綿，達到有效延長空調系統使用壽命，實現節能的目的[4]。

2.3 提高空調的能效比的新技術

目前，提高能效比的主要措施是更換高能效壓縮機和增加換熱器。這也是提高能效比（在設計允許范圍內）最直接的途徑，但成本壓力巨大。壓縮機是空調的心臟，壓縮機的性能對整機起著決定性的作用。首先家用空調一般采用旋轉式壓縮機，壓縮機的額定制冷量應比整機高200W～300W。如果壓縮機的額定制冷量過大，相應的功耗會增加，整機的能效比會降低;如果壓縮機的額定制冷量選擇得太小，制冷系統的制冷量損失會降低整機的制冷量，制冷量不能滿足設計要求。其次，壓縮機的能效比也是一個重要的參數。在相同制冷量的情況下，與低能效比的壓縮機相比，高能效比的壓縮機比低能效比的壓縮機功耗更低，有利于整機能效比的提高[5]。然而，高曲率的壓縮機通常更昂貴，因此在選擇壓縮機時應考慮性能和成本。此外，在各種運行條件下，無論是額定工況還是極端工況，壓縮機的運行工況都不應超過壓縮機規范中給出的范圍。另外由于空調系統制冷劑效率比過大，不可能盲目提高高能壓縮機對空調系統的效率比。同時為了考慮空調系統的采暖要求，不宜選擇小排量壓縮機作為制冷能效比的目標值。通過理論計算和實驗驗證，確定最佳換熱器結構和制冷劑充注量是提高空調能效比的關鍵。另外散熱面積的有效利用可以在很大程度上降低噪音，從而降低材料本身的成本，這對空調器的結構優化具有重要意義。針對這些問題，主要的解決辦法是重新布置管道，優化和改進空調系統的系統結構，有效利用散熱器。

為了驗證新舊空調器的區別，我們按照國際標準對室內風量進行了測試，并對室內機風機系統蒸發器出口處的風量進行了測試。對比數據表如表1所示。

可以很明顯的看出，新優化的空調結構的風量增大，能力得到很大提高，這樣大大節約能耗。空調需求的迅速增長，將使需電量迅速增加，這就使空調器的節能問題的研究具有特別重要的意義。因此，增加高能壓縮機和換熱器的質量和工作時間能夠有效提高能效比，這是一種節能的新思路。研制節能空調器不但對生產者和消費者有顯著效益，而且對緩解電力緊張狀況也具有明顯的意義[6]。

3? 結語

總之，如果空調結構能夠得到合理優化，將大大有助于緩解我國能源短缺，降低能源消耗。相信隨著科學技術的進一步發展，新技術、新工藝在空調設計和生產中的應用將會更加廣泛。通過不斷的優化設計，可以更妥善地解決空調使用中的節能環保問題，降低空調成本，讓人們在炎熱的夏天享受舒適的空氣環境。同時，減少后顧之憂，為子孫后代留下更多可利用的資源，使國家和社會更加全面、協調、可持續發展。空調一直是我國能源消費和環境保護監測過程中的重點監測對象。鑒于此，在現有條件下對空調內部結構進行優化具有重要意義。

參考文獻

[1] 趙曉博，王偉濤，張喜峰.淺析優化空調結構設計[J].科技創新與應用，2018（3）：101-102.

[2] 余立濤.大型水冷空調變頻器設計與應用研究[D].南京：南京郵電大學，2020.

[3] 陳勁，廖錫博.論述如何有效優化空調鈑金結構設計[J].山東工業技術，2017（14）：240.

[4] 張加鋒，熊建武，龍華，等.空調掛機中梁模具結構優化設計[J].工程塑料應用，2020（12）：81-88.

[5] 曹勁草.數控機床機械結構設計和制造技術優化[J].內燃機與配件，2020（19）：70-71.

[6] 鄭瑞.家用空調的噪聲控制數值分析與結構改進設計[D].濟南：山東科技大學，2017.