曹偉

（珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海 519070）

在設(shè)計(jì)生產(chǎn)空調(diào)的過(guò)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(zhǎng)時(shí)間直接照射地球的生物，進(jìn)而對(duì)地表、海洋生物以及人體產(chǎn)生廣泛的傷害。此外，因空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，也會(huì)導(dǎo)致空調(diào)制冷、制熱的性能低下、能耗巨大，因而有必要通過(guò)積極優(yōu)化空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能，促進(jìn)空調(diào)事業(yè)的長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展。

1 空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品性能的影響分析

1.1 壓縮機(jī)

作為空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)對(duì)象之一，壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)是否合理將直接影響空調(diào)的性能。壓縮機(jī)主要負(fù)責(zé)為空調(diào)“搬運(yùn)”其所需的制冷劑，使其得以充分蒸發(fā)、凝結(jié)進(jìn)而令空調(diào)設(shè)備達(dá)到良好的制冷效果。以普通民用空調(diào)為例，當(dāng)前絕大多數(shù)家庭所使用的空調(diào)采用了旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，當(dāng)壓縮機(jī)額定制冷量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，將大大增加相應(yīng)能耗，并迅速降低空調(diào)整機(jī)能效比。反之，如果壓縮機(jī)額定制冷量未能達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn)值，將損失大量冷量，同樣會(huì)影響空調(diào)的制冷效果。李雅卿（2016）通過(guò)研究得出，壓縮機(jī)能效比與空調(diào)功耗之間存在著明顯的線性關(guān)系，即壓縮機(jī)能耗較大時(shí)，空調(diào)功耗相對(duì)較小，當(dāng)壓縮機(jī)能耗較小時(shí)，反而會(huì)大大增加空調(diào)功耗。

1.2 換熱器

空調(diào)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，換熱器是其至關(guān)重要的一大工作組件，其主要功能負(fù)責(zé)對(duì)冷、熱空氣進(jìn)行加熱和制冷。在何星星、李開(kāi)搏（2016）關(guān)于空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其對(duì)產(chǎn)品性能影響方面的研究中指出，空調(diào)設(shè)備所產(chǎn)生的能耗主要來(lái)源于換熱器，換熱器在運(yùn)行過(guò)程中通常會(huì)有大量的熱量產(chǎn)生，此時(shí)會(huì)使得空調(diào)整機(jī)轉(zhuǎn)換率迅速下降，進(jìn)而大幅減少空調(diào)設(shè)備換熱時(shí)需要的熱量，最終出現(xiàn)能量浪費(fèi)的情況。因此有部分空調(diào)生產(chǎn)商選擇通過(guò)使用增大換熱器的方式來(lái)改善空調(diào)整機(jī)的能效比，但一味增大換熱器，不僅會(huì)導(dǎo)致空調(diào)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本迅速增加，同時(shí)也會(huì)加大制冷劑量，進(jìn)而使得壓縮機(jī)極易出現(xiàn)啟動(dòng)故障，反而制約了空調(diào)制冷效果的有效提升。因而在對(duì)空調(diào)換熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要考慮多方面的因素。

1.3 風(fēng)流

經(jīng)由回風(fēng)口進(jìn)入到空調(diào)內(nèi)機(jī)當(dāng)中的空氣，將在換熱器的作用下完成熱量交換，隨后再?gòu)目照{(diào)出風(fēng)口流出，這一風(fēng)流經(jīng)過(guò)的軌跡便是風(fēng)道。構(gòu)成風(fēng)道系統(tǒng)的主要構(gòu)件包括導(dǎo)風(fēng)板、貫流風(fēng)扇等。尤其是對(duì)于分體掛壁式空調(diào)內(nèi)機(jī)而言，風(fēng)道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性對(duì)于空調(diào)整機(jī)的性能有著直接且深遠(yuǎn)的影響作用。學(xué)者黃武（2017）通過(guò)研究發(fā)展，空調(diào)風(fēng)量大小與噪音高低直接受貫流風(fēng)扇與風(fēng)道形狀的影響。其在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不斷增大貫流風(fēng)扇的直徑時(shí)，空調(diào)風(fēng)量也會(huì)隨之越來(lái)越大，一旦減小貫流風(fēng)扇的直徑，空調(diào)風(fēng)量將迅速減小。另外，筆者通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)空調(diào)風(fēng)道形狀進(jìn)行觀察后發(fā)現(xiàn)，出風(fēng)框蝸殼曲線與貫流風(fēng)輪葉形外徑、底盤(pán)共同構(gòu)成的風(fēng)道形狀會(huì)直接影響空調(diào)內(nèi)機(jī)的風(fēng)量噪聲大小。當(dāng)風(fēng)道曲線設(shè)計(jì)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)參數(shù)不相符，角度缺乏足夠精準(zhǔn)性的情況下，不僅會(huì)直接影響風(fēng)流的平穩(wěn)性和流暢性，同時(shí)也會(huì)增加風(fēng)量噪聲。不僅如此，風(fēng)量噪聲還會(huì)受到貫流風(fēng)扇同風(fēng)道蝸殼蝸舌間隙的影響，如果蝸舌間隙過(guò)大，則會(huì)出現(xiàn)漏風(fēng)的情況，大大減少經(jīng)葉輪的氣流量而產(chǎn)生的換熱損失，同時(shí)在風(fēng)口位置處，還極有可能出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。而如果蝸舌間隙過(guò)小，則會(huì)直接導(dǎo)致間隙處只有極小的風(fēng)流面積，因此增加氣動(dòng)噪聲并降低風(fēng)機(jī)整體性能。

2 關(guān)于優(yōu)化空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高產(chǎn)品性能的策略

2.1 優(yōu)化壓縮機(jī)設(shè)計(jì)

通過(guò)前文的分析研究可知，空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品性能影響巨大。因此想要有效提高空調(diào)產(chǎn)品的性能，勢(shì)必需要對(duì)空調(diào)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要將重點(diǎn)放置在大幅提升壓縮機(jī)的能效比上，在條件允許的情況下，空調(diào)生產(chǎn)商可以直接選擇目前市面上比較成熟、正規(guī)廠家生產(chǎn)、質(zhì)量合格的高能效比壓縮機(jī)。如果生產(chǎn)成本相對(duì)有限，則生產(chǎn)商可以通過(guò)積極對(duì)現(xiàn)有的壓縮機(jī)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，以達(dá)到提高其能效比、降低空調(diào)整機(jī)能耗的效果。以旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)為例，美國(guó)通用公司在對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)利用配管將部分冷凝器位置處的制冷液“輸入”到壓縮室當(dāng)中，從而使得旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，可以通過(guò)利用氣缸內(nèi)噴射的冷卻方式，達(dá)到提升空調(diào)冷卻效果的目的。而為了防止氣缸中吸入過(guò)多的制冷液進(jìn)而出現(xiàn)液擊的情況，該公司還將氣液分離器設(shè)置在吸氣回路空壓機(jī)的前端位置處，如果一旦有潤(rùn)滑油或是大量制冷液進(jìn)入到氣缸當(dāng)中，在氣液分離器的作用下，制冷液將迅速蒸發(fā)，此時(shí)空壓機(jī)將會(huì)吸入蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的氣體。位于氣液分離器下方位置處的小孔，將會(huì)把潤(rùn)滑油少量多次地運(yùn)輸至空壓機(jī)當(dāng)中，以此有效避免出現(xiàn)液擊的情況。

2.2 優(yōu)化換熱器設(shè)計(jì)

為了有效控制空調(diào)換熱器的能耗，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)切實(shí)結(jié)合國(guó)家相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，適當(dāng)增加換熱器的尺寸，以此有效改善空調(diào)整機(jī)能量浪費(fèi)的情況。與此同時(shí)，部分老化或傳統(tǒng)的換熱器，可以改換使用先進(jìn)的螺旋折流板換熱器或是整體翅片式換熱器（如圖1）。在優(yōu)化改進(jìn)換熱器傳熱管時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以嘗試選用螺旋波紋管這一雙面?zhèn)鳠峁?，在充分發(fā)揮其效用下，適當(dāng)改變空調(diào)換熱器內(nèi)部流體的流動(dòng)狀態(tài)，從而在現(xiàn)有基礎(chǔ)上大幅增加傳熱表面積，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化空調(diào)的傳熱效果。而為了能夠有效控制空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的成本，并為后續(xù)對(duì)空調(diào)換熱器的運(yùn)維管理等提供便利，在優(yōu)化換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以保留部分空調(diào)原換熱器殼體，只通過(guò)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)成本費(fèi)用之余，提高空調(diào)的換熱效率。通過(guò)結(jié)合換熱器的具體情況，設(shè)計(jì)人員通過(guò)重新調(diào)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(dá)到優(yōu)化空調(diào)換熱成效的目的。

圖1 螺旋折流板換熱器殼程流動(dòng)圖

2.3 需優(yōu)化送風(fēng)方式

在優(yōu)化風(fēng)量設(shè)計(jì)時(shí)，一方面設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)風(fēng)道的形狀進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，保障弧線與角度的流暢性和精準(zhǔn)性，并采用多輪手板實(shí)際測(cè)試的方式驗(yàn)證風(fēng)量噪聲。另一方面，為有效減小噪聲，還需要對(duì)蝸舌間隙進(jìn)行嚴(yán)格控制，在設(shè)計(jì)時(shí)一般需要保障蝸舌間隙在3.5～5mm的范圍內(nèi)，從而在確保風(fēng)機(jī)具有較高效率的同時(shí)，最大程度降低氣動(dòng)噪聲。在對(duì)置換通風(fēng)方式進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，因考慮到上部空氣存在較多雜物，缺乏良好的空氣質(zhì)量，因而可以選擇在空調(diào)底部位置處安裝空調(diào)散熱器，進(jìn)而順利完成空調(diào)通風(fēng)。而在優(yōu)化設(shè)計(jì)工位送風(fēng)方式時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要充分掌握使用者的實(shí)際送風(fēng)需求，合理設(shè)置人工調(diào)節(jié)通風(fēng)口，并將其連接至外界的送風(fēng)裝置，使得崗位人員能夠立足自身實(shí)際，靈活調(diào)節(jié)通風(fēng)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(shè)計(jì)采用聲控、光控與人工控制相結(jié)合的方式，智能控制工位送風(fēng)，以進(jìn)一步提升優(yōu)化效果。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的分析研究可知，空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響著產(chǎn)品性能。因此為了能夠有效提高空調(diào)的性能，設(shè)計(jì)人員必須立足實(shí)際，在嚴(yán)格按照相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)、換熱器以及風(fēng)流、送風(fēng)方式等進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，靈活將各項(xiàng)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和低能耗、高效能的裝置設(shè)備引入其中，進(jìn)而有效達(dá)到優(yōu)化空調(diào)產(chǎn)品性能，促進(jìn)空調(diào)產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的目的。