李賢華

【摘 要】空調(diào)器的性能指標(biāo)不僅受到制冷系統(tǒng)的影響，同時(shí)也會(huì)因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣而改變，而風(fēng)道系統(tǒng)的優(yōu)化對(duì)提升產(chǎn)品的性能尤其明顯，其好壞直接影響到空調(diào)器的換熱性能、送風(fēng)的效果等。通過改變風(fēng)道結(jié)構(gòu)、尺寸以及與風(fēng)機(jī)的匹配關(guān)系，并對(duì)換熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可提高室內(nèi)機(jī)的循環(huán)風(fēng)量，降低風(fēng)機(jī)功耗，提高換熱效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升產(chǎn)品性能的目的。

【關(guān)鍵詞】空調(diào)優(yōu)化；風(fēng)道系統(tǒng)；性能；措施

0 前言

近年來，為了保護(hù)地球環(huán)境，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中節(jié)約能源成為了亟待解決的課題。而在家電業(yè)界，家用空調(diào)的用電占了家庭用電的 25% 左右，推進(jìn)其節(jié)能化的進(jìn)程刻不容緩。在推進(jìn)家用空調(diào)的節(jié)能化方面，主要措施是對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行改良，但改良已迫近界限。因此優(yōu)化空調(diào)結(jié)構(gòu)，提高風(fēng)道效率、提升換熱器換熱效率是提高空調(diào)的性能的重要內(nèi)容。

1 空調(diào)器室內(nèi)機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

空調(diào)器室內(nèi)機(jī)結(jié)構(gòu)一般包括進(jìn)風(fēng)格柵部件、換熱器部件、風(fēng)道系統(tǒng)、出風(fēng)口（框）部件等。室內(nèi)機(jī)的作用是調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣至舒適溫度，簡(jiǎn)單地說，制冷時(shí)將空氣送到冷卻至低溫的換熱器上，降低空氣溫度；制熱時(shí)將空氣送到加熱至高溫的換熱器上使空氣升溫。對(duì)于空氣流來說，風(fēng)機(jī)做功克服設(shè)置在進(jìn)風(fēng)口處的換熱器及其他阻礙，帶動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將室內(nèi)空氣吸入空調(diào)內(nèi)部，并將調(diào)好溫度的空氣從出風(fēng)口壓出至室內(nèi)的各角落去。

目前市場(chǎng)流行的家用掛壁式空調(diào)器和落地式空調(diào)器，很大部分采用貫流風(fēng)道的結(jié)構(gòu)方式，本文將基于貫流風(fēng)道空調(diào)器，闡述結(jié)構(gòu)優(yōu)化的措施，及其對(duì)提高空調(diào)器產(chǎn)品性能的影響。

2 優(yōu)化風(fēng)道系統(tǒng)的措施

2.1 減少進(jìn)風(fēng)阻力，提高換熱器換熱效率

空調(diào)器目前進(jìn)風(fēng)格柵的阻力在整個(gè)空調(diào)風(fēng)機(jī)風(fēng)道總阻力中約占 20% ， 而過濾網(wǎng)的阻力僅有 5%，通過調(diào)整進(jìn)風(fēng)格柵的進(jìn)風(fēng)傾斜角度，可有效減小流體經(jīng)過格柵的阻力，提高空調(diào)整機(jī)風(fēng)量。而對(duì)整個(gè)空調(diào)器風(fēng)道系統(tǒng)阻力最大的是換熱器，占總阻力達(dá)到70%。所以研究換熱器結(jié)構(gòu)方式對(duì)風(fēng)量以及阻力大小的影響，對(duì)提高空調(diào)風(fēng)量和能力能效具有極大意義。

目前對(duì)于換熱器影響，可以流體的流動(dòng)方面，尤其是對(duì)貫流風(fēng)機(jī)進(jìn)氣氣流影響的研究較少。鄧明義、孟鳴分析了直片式組合式以及圓弧形等不同結(jié)構(gòu)形式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)。[1]陳煥新、劉起等人通過對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式的換熱器室內(nèi)機(jī)風(fēng)道系統(tǒng)進(jìn)行整機(jī)數(shù)值模擬，分析了換熱器結(jié)構(gòu)不同產(chǎn)生的流場(chǎng)的差異，流量的變化情況以及對(duì)于貫流風(fēng)機(jī)風(fēng)道系統(tǒng)的產(chǎn)生的影響，并通過統(tǒng)計(jì)流經(jīng)換熱器各統(tǒng)計(jì)面的氣體流量分析換熱器結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，得出了換熱器的布置形式對(duì)整個(gè)風(fēng)道系統(tǒng)的流場(chǎng)，尤其是對(duì)于貫流風(fēng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)影響較大，同時(shí)換熱器距貫流風(fēng)機(jī)的距離越均勻越好的結(jié)論。[2]目前市場(chǎng)上主流的單貫流落地式空調(diào)器，換熱器結(jié)構(gòu)形式大部分均設(shè)置為U型或V型，目的是使得經(jīng)過換熱器的氣流更加均勻。

而對(duì)于雙排換熱器，當(dāng)兩排的銅管和翅片完全相同時(shí)，迎風(fēng)側(cè)的換熱量約占總換熱量的70%，背風(fēng)側(cè)換熱量只占 30% 左右[3]，背風(fēng)側(cè)的換熱能力沒有得到充分的發(fā)揮，為了增強(qiáng)背風(fēng)側(cè)盤管的換熱能力，可采用盤管的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：迎風(fēng)側(cè)翅片采用大間距的平片，背風(fēng)側(cè)采用小間距的沖縫片。采用不對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，通過稍微降低盤管迎風(fēng)側(cè)的換熱能力而增強(qiáng)背風(fēng)側(cè)換熱能力，從而增強(qiáng)整個(gè)換熱器的換熱能力。不對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括前后排翅片類型不同，翅片間距不同，銅管直徑不同以及銅管類型不同以及上述方法的相互搭配等。

2.2 優(yōu)化風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高風(fēng)道效率

要提升產(chǎn)品的性能，優(yōu)化風(fēng)道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵。在空調(diào)器室內(nèi)機(jī)的流場(chǎng)，經(jīng)過貫流風(fēng)輪的風(fēng)分成兩部分，一部分作為主流由出風(fēng)口送至室內(nèi)，另一部分在貫流風(fēng)輪與蝸舌之間的間隙流通，再回到貫流風(fēng)輪的上游，形成貫流特有的渦流。

優(yōu)化風(fēng)道結(jié)構(gòu)，通常即是在滿足噪音要求的基礎(chǔ)上，要盡可能地提高風(fēng)量。貫流風(fēng)道包括貫流風(fēng)輪、蝸殼和蝸舌三部分。優(yōu)化風(fēng)道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，主要從風(fēng)輪結(jié)構(gòu)及三者之間的匹配關(guān)系入手。

貫流風(fēng)輪的主要結(jié)構(gòu)特征為葉片厚度、數(shù)目及葉片型線：

從風(fēng)輪葉片厚度上分析，由厚葉片的風(fēng)輪形成偏心渦所造成的氣流回流要比薄葉片的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)形成的偏心渦造成的回流量要小，所以厚葉片的貫流風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量大。為得到更大的風(fēng)量和更小的噪聲，葉片厚度盡快能大。但是伴隨著葉片厚度的增大，所需要的材料更多，消耗的電量就越大，成本也就越高，因此需要綜合考慮。

從風(fēng)輪葉片數(shù)目分析，數(shù)目的增加會(huì)增大葉輪做功面積，導(dǎo)致氣體獲得更多的能量來克服系統(tǒng)阻力，因而貫流風(fēng)機(jī)的流量隨著葉輪數(shù)目的增加而增大。而且不同葉片數(shù)下的偏心渦的渦核基本上并未移動(dòng)，即貫流風(fēng)機(jī)內(nèi)部偏心渦的強(qiáng)度和影響范圍并未隨著葉片數(shù)目的增減出現(xiàn)較大變化。換言之，葉片數(shù)目的增加，可以增大貫流風(fēng)機(jī)葉輪的輸出風(fēng)量，卻對(duì)貫流風(fēng)機(jī)內(nèi)部噪聲的影響不大。

從風(fēng)輪葉片不同型線分析，從單圓弧葉輪和雙圓弧葉輪的對(duì)比來看，具有合理的交接處半徑和安裝角的雙圓弧葉輪要比單圓弧葉輪輸出的風(fēng)量大。同時(shí)，不同安裝角下的雙圓弧葉輪對(duì)輸出的風(fēng)量有較大影響。

就貫流風(fēng)輪與蝸殼蝸舌之間的匹配對(duì)其性能的影響程度而言，蝸舌間隙是對(duì)風(fēng)道性能影響最為顯著的結(jié)構(gòu)。貫流風(fēng)輪與蝸舌之間的間隙減小能提高風(fēng)量，但同時(shí)可能會(huì)引起噪音的增大，間隙過小甚至可能導(dǎo)致空調(diào)器運(yùn)行過程中，高速旋轉(zhuǎn)的貫流風(fēng)輪與風(fēng)道壁面相碰，在實(shí)際生產(chǎn)中，兼顧噪聲和風(fēng)量的要求，蝸舌間隙一般取5mm-12mm較為合適。

室內(nèi)機(jī)風(fēng)道蝸殼是影響室內(nèi)機(jī)風(fēng)量的關(guān)鍵因素，采用對(duì)數(shù)螺線的蝸殼可以通過選取不同的蝸殼特征角，并且固定蝸殼的起點(diǎn)來得到不同的風(fēng)道蝸殼曲線。不同的蝸殼曲線會(huì)產(chǎn)生不同大小的蝸殼出口間隙，該間隙在一個(gè)適中值時(shí)可以獲得最大的室內(nèi)機(jī)風(fēng)量，過大或過小都會(huì)造成室內(nèi)機(jī)風(fēng)量減小。

2.3 優(yōu)化出風(fēng)口結(jié)構(gòu)，回收氣流動(dòng)能

空調(diào)器的進(jìn)風(fēng)口、換熱器、送風(fēng)通道等分別產(chǎn)生空氣阻力，導(dǎo)致氣流靜壓降低。為達(dá)到進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口靜壓的平衡，并成功地將經(jīng)過換熱器調(diào)和后的風(fēng)送到室內(nèi)各角落的目的，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)貫流風(fēng)輪做功，提高氣流的靜壓，使其大于因阻力所導(dǎo)致降低的靜壓。從空調(diào)器出風(fēng)口吹出的氣流，不再受到送風(fēng)通道上下左右壁面的阻力，但由于空氣的粘性，向周圍的空氣傳輸了動(dòng)能，使其風(fēng)速減緩，最終其靜壓與大氣壓一致。這種現(xiàn)象與氣流從出風(fēng)口吹出的動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，所以出風(fēng)口附近的氣流被攪亂，同時(shí)產(chǎn)生了風(fēng)阻。

為提高出風(fēng)口的送風(fēng)效率，盡可能地將出風(fēng)口處的部分氣流動(dòng)能回收轉(zhuǎn)化為靜壓，其靜壓上升部分將輔助貫流風(fēng)機(jī)，即代替貫流風(fēng)機(jī)做了部分的功（提高靜壓），從而大大減少了電機(jī)功率。換言之，將本來會(huì)被周圍空氣奪取的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓，用作送風(fēng)做功，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

3 結(jié)語

隨著人們生活水平的不斷提高，空調(diào)已經(jīng)成為了人們生活之中常見的家用電器，因此如何提高空調(diào)的性能以減少能耗是如今空調(diào)行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。本文從減少進(jìn)風(fēng)阻力，提高換熱器換熱效率；優(yōu)化風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高風(fēng)道效率；優(yōu)化出風(fēng)口結(jié)構(gòu)，回收氣流動(dòng)能三個(gè)方面闡述了空調(diào)室內(nèi)機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法，可有效地對(duì)提高空調(diào)器產(chǎn)品性能，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鄧明義，孟鳴.空調(diào)器室內(nèi)機(jī)熱交換器結(jié)構(gòu)的研究[J].家用電器科技，2001（6）：70-72.

[2]陳煥新，劉起，謝軍龍，陶紅歌，程德威，姜燦華.換熱器結(jié)構(gòu)對(duì)室內(nèi)機(jī)風(fēng)道系統(tǒng)流場(chǎng)特性影響的研究[J].流體機(jī)械，2011.06：64-68.

[3]張智，涂旺榮，等.空調(diào)換熱器用風(fēng)冷冷凝器換熱能力實(shí)驗(yàn)研究[J].暖通空調(diào)，2004（3）.

[責(zé)任編輯：王偉平]