浅谈优化空调结构设计

2014-09-15龙剑秋

科技视界 2014年24期

龙剑秋

（广东美的制冷设备有限公司，广东佛山528311）

0 前言

当前世界各国对于能源和环境问题一直非常重视，各个国家和地区均制定了一系列政策法规希望能够解决当前危机。空调一直是能源消耗和环境保护问题的重点监察对象，因为空调耗能较多，而且存在对地球的环境保护存在威胁的地方，比如氟利昂导致臭氧空洞的扩大，加剧地球的温室效应等。因此，对空调结构的优化设计问题迫在眉睫。

1 优化空调结构设计的必要性

1.1 缓解能源危机

随着世界各国能源紧张的情况不断升级，能源问题越来越得到人们的广泛关注。我国能源以煤炭为主，其他能源来源主要是石油和天然气，都是不可再生资源，对于可再生资源的利用较少。空调的耗电量非常大，已经远远超过了我们常用的洗衣机、电视机、电冰箱等家用电器，但是空调作为夏季乘凉、冬季取暖的功能性电器又是很多家庭必不可少的电器设备。有资料显示，空调等暖通设施对于能源的消耗率占了总能源的消耗率接近百分之十，如此巨大的能耗不仅过度消耗了我国的不可再生能源，也限制了空调行业的进一步发展[1]。空调的使用具有季节性的特点，夏、冬两季使用量特别大，对于电网的负荷也有较高的要求，在使用率高的季节，会严重加重电网峰谷之间的电量差距的矛盾，使得电网负荷率下降，造成我国电力设施的浪费。另外，空调的在使用中还有很多废弃的热量直接排放到空气中，并没有合理的方法使其能够回收再利用，这也是一种能源的浪费现象。因此改进空调的设计方案，优化空调设备的结构设计，使其向着更加节能高效的方向发展，已经成为了空调行业未来发展的必然要求和必然趋势。

1.2 解决环境问题

在对地球不可再生资源大量消耗、人类出现能源危机的同时，随之而来还有更加严峻的环境污染问题。在消耗能源的同时不可避免地会带来一些污染问题，我国能源主要是煤、石油、天然气，在产能的同时，容易造成空气、水污染等情况发生，对人民的生活环境造成影响。另外，由于某些空调设备仍在使用氟利昂作为制冷剂，而众所周知，氟利昂对于臭氧层的破坏是非常严重也不可逆的，因此，继续使用目前的设备，以目前的使用频率很可能会加剧目前的全球变暖的趋势。空调作为人们舒适生活的保障，不应该再以损害子孙后代的利益为代价来继续使用了，因此现在已经到了必须寻找合适的方法来控制现在这种局面的时候了。

1.3 节约使用成本

节约使用成本是诱使空调必须优化结构设计的又一个重要的不可忽视的原因。由于空调使用的是不可再生资源来带动的，且耗电量相当大，而我国目前的能源危机也导致了电价正在逐步攀升。由于一些空调的结构设计不合理，空调在出现问题时的维修费用也相当昂贵，加上空调本身的价格，对于很多家庭来说，都是沉重的负担，昂贵的电费、维修费等使用费用使他们不敢过度的使用空调设备，生活质量也严重下降[2]。不能使人民生活在一个舒适的环境中，这是与我国的小康社会的发展目标相违背的，不但降低了人们生活的幸福指数，也降低了人们工作、生活的热情，不利于国家的长远发展，更加不利于我国目前倡导的和谐社会的构建。

2 优化空调结构设计的新技术

2.1 优化室内机结构设计的新技术

室内机的结构优化通常在风道、贯流风扇、蒸发器等方面。室内机的风道系统由底座风道、贯流风扇、风扇电机和轴承等部分组成，而提高室内机空调系统的运行能力和能效比的主要办法，就是把室内机的风道和贯流风扇的直径加大（通常会加大2-5 毫米）。这样可以在不增加成本，只是改模的情况下，使空调内部的空间增加，内部风扇的风量也可以随之增加，提高空调机的能效。在上述基础上适当的修正贯流风道曲线，也会改善涡流噪声和出风量。蒸发器的结构可以不改变，而是改变输入、输出的方式，如将输入输出管的三进三出模式改为四进四出模式，使冷媒的力量均匀增加。依据国标GB/T 7725《房间空气调节器空调》中对产品性能的要求所做的测试实验结果显示[3]，与原有结构相比，改造后的空调系统确实可以风量明显增大，能力提高显著，能效也明显上升，大大节约了能耗。实验结果表明，室内空调机在结构上的优化对缓解电力紧张状况有明显的现实意义。

2.2 优化室外机结构设计的新技术

空调的室外机也被称为空调的主机，空调的四大部件—压缩机、冷凝器、毛细管和蒸发器中前三个都在室外机当中。是空调系统的心脏。通过优化设计的方法改善空调室外机的结构，可以有效地实现提升空调能效的作用。对室外机的结构优化主要是改进空调壳体、风叶等，可以将原来的二匹壳体改为三匹壳体，这样可以简化原来壳体模具结构，减少制作成本，改变风叶结构可以减少使用噪音，减少出风阻力，并使进风顺畅。对电机进行重新匹配，剪短电机的转轴可以降低电机的震动情况，而对后盖板的改造可以减少整体模具所受到的冲击，减少加工成本。对室外机的改造也有人进行了实验，实验结果表明，挑选合适的方法进行室外机的结构优化，确实可以提高空调系统的风量，降低电机转速，减少震动，噪声也比原来下降了3 分贝左右，减少了空调机中隔音海绵的使用量，还能够延长空调的使用寿命。新壳体加大了空调的风量，降低了冷凝器材料的使用率。空调系统风叶在风腔中的位置设计也可以进行优化，优化结果显示，风叶位置对空调的风量有较大影响，并可以通过公式计算来选择出合适的风叶位置，可以选择最佳位置和最佳间隙来进行应用。这些对空调系统的改造并非仅仅实现了经济效益，减少人们在空调的使用费用支出，而且从某种意义上说，还实现了我们对空调机所要求的高效、节能、环保的目的。

2.3 其他新技术

空调机的研发近年来还有其他一些新技术正在由科学家们研发并逐步应用。比如随着人们对美观的要求，对室外机壳体的小型化要求已经成为空调未来发展必然趋势，而怎样在较小壳体的基础上提高空调风量，有效利用散热器的面积，更大程度的降低噪声、控制震动、降低材料的使用成本等，都具有非常重要的意义。解决方法包括重新排布管路、进一步优化改进空调系统结构以及改善冷凝水二次散热，有效利用散热器，等等。而在节能方面应该更多的考虑使用清洁无污染的风能、太阳能等，还要通过结构改造减少空调的热损失，并对空调产生的热损失进行有效地回收利用。随着互联网的迅速发展，配合智能控制系统在空调内部增加智能控制结构也会使得电能的合理利用情况得到改善。空调机能效的提升需要从多方面综合考虑，要多参考国内外的新技术新手段，并对所有可行性的改造措施进行实验，寻找最优解决方案。不能仅仅片面的考虑问题。只有通过多方学习，综合运用，才能不断补充新的知识，并通过优化设计的方法切实提高空调系统的能效比，达到降低成本、节约环保、高效节能的作用，在增强空调产品的市场竞争力的同时，为国家的可持续发展和子孙后代安居乐业做出贡献。