关于空调结构设计对提高产品性能的影响研究

曹伟

（珠海格力电器股份有限公司，广东 珠海 519070）

在设计生产空调的过程中，因需要使用一定量的非金属元素氟，故而极易破坏大气外层的臭氧层，使得大量紫外线长时间直接照射地球的生物，进而对地表、海洋生物以及人体产生广泛的伤害。此外，因空调结构设计不合理，也会导致空调制冷、制热的性能低下、能耗巨大，因而有必要通过积极优化空调结构设计，以进一步提高产品性能，促进空调事业的长久稳定发展。

1 空调结构设计对产品性能的影响分析

1.1 压缩机

作为空调结构设计的重点对象之一，压缩机的设计是否合理将直接影响空调的性能。压缩机主要负责为空调“搬运”其所需的制冷剂，使其得以充分蒸发、凝结进而令空调设备达到良好的制冷效果。以普通民用空调为例，当前绝大多数家庭所使用的空调采用了旋转式压缩机，当压缩机额定制冷量超过标准值，将大大增加相应能耗，并迅速降低空调整机能效比。反之，如果压缩机额定制冷量未能达到最低标准值，将损失大量冷量，同样会影响空调的制冷效果。李雅卿（2016）通过研究得出，压缩机能效比与空调功耗之间存在着明显的线性关系，即压缩机能耗较大时，空调功耗相对较小，当压缩机能耗较小时，反而会大大增加空调功耗。

1.2 换热器

空调在正常运转的过程中，换热器是其至关重要的一大工作组件，其主要功能负责对冷、热空气进行加热和制冷。在何星星、李开搏（2016）关于空调结构设计及其对产品性能影响方面的研究中指出，空调设备所产生的能耗主要来源于换热器，换热器在运行过程中通常会有大量的热量产生，此时会使得空调整机转换率迅速下降，进而大幅减少空调设备换热时需要的热量，最终出现能量浪费的情况。因此有部分空调生产商选择通过使用增大换热器的方式来改善空调整机的能效比，但一味增大换热器，不仅会导致空调产品的生产成本迅速增加，同时也会加大制冷剂量，进而使得压缩机极易出现启动故障，反而制约了空调制冷效果的有效提升。因而在对空调换热器进行优化设计的过程中，还需要考虑多方面的因素。

1.3 风流

经由回风口进入到空调内机当中的空气，将在换热器的作用下完成热量交换，随后再从空调出风口流出，这一风流经过的轨迹便是风道。构成风道系统的主要构件包括导风板、贯流风扇等。尤其是对于分体挂壁式空调内机而言，风道结构设计的合理性对于空调整机的性能有着直接且深远的影响作用。学者黄武（2017）通过研究发展，空调风量大小与噪音高低直接受贯流风扇与风道形状的影响。其在实验中发现，当不断增大贯流风扇的直径时，空调风量也会随之越来越大，一旦减小贯流风扇的直径，空调风量将迅速减小。另外，笔者通过长期对空调风道形状进行观察后发现，出风框蜗壳曲线与贯流风轮叶形外径、底盘共同构成的风道形状会直接影响空调内机的风量噪声大小。当风道曲线设计参数与标准设计参数不相符，角度缺乏足够精准性的情况下，不仅会直接影响风流的平稳性和流畅性，同时也会增加风量噪声。不仅如此，风量噪声还会受到贯流风扇同风道蜗壳蜗舌间隙的影响，如果蜗舌间隙过大，则会出现漏风的情况，大大减少经叶轮的气流量而产生的换热损失，同时在风口位置处，还极有可能出现凝露现象。而如果蜗舌间隙过小，则会直接导致间隙处只有极小的风流面积，因此增加气动噪声并降低风机整体性能。

2 关于优化空调结构设计提高产品性能的策略

2.1 优化压缩机设计

通过前文的分析研究可知，空调结构设计对产品性能影响巨大。因此想要有效提高空调产品的性能，势必需要对空调结构进行优化设计。在对压缩机进行优化设计的过程中，需要将重点放置在大幅提升压缩机的能效比上，在条件允许的情况下，空调生产商可以直接选择目前市面上比较成熟、正规厂家生产、质量合格的高能效比压缩机。如果生产成本相对有限，则生产商可以通过积极对现有的压缩机进行技术改进，以达到提高其能效比、降低空调整机能耗的效果。以旋转式压缩机为例，美国通用公司在对其进行优化设计的过程中，通过利用配管将部分冷凝器位置处的制冷液“输入”到压缩室当中，从而使得旋转式压缩机在运行过程中，可以通过利用气缸内喷射的冷却方式，达到提升空调冷却效果的目的。而为了防止气缸中吸入过多的制冷液进而出现液击的情况，该公司还将气液分离器设置在吸气回路空压机的前端位置处，如果一旦有润滑油或是大量制冷液进入到气缸当中，在气液分离器的作用下，制冷液将迅速蒸发，此时空压机将会吸入蒸发时产生的气体。位于气液分离器下方位置处的小孔，将会把润滑油少量多次地运输至空压机当中，以此有效避免出现液击的情况。

2.2 优化换热器设计

为了有效控制空调换热器的能耗，设计人员可以通过切实结合国家相关的设计标准要求，适当增加换热器的尺寸，以此有效改善空调整机能量浪费的情况。与此同时，部分老化或传统的换热器，可以改换使用先进的螺旋折流板换热器或是整体翅片式换热器（如图1）。在优化改进换热器传热管时，设计人员可以尝试选用螺旋波纹管这一双面传热管，在充分发挥其效用下，适当改变空调换热器内部流体的流动状态，从而在现有基础上大幅增加传热表面积，以实现优化空调的传热效果。而为了能够有效控制空调结构设计优化的成本，并为后续对空调换热器的运维管理等提供便利，在优化换热器的结构设计时，可以保留部分空调原换热器壳体，只通过将螺旋折流板管束改用螺旋波纹管，从而可以在大幅减少换热器结构优化设计成本费用之余，提高空调的换热效率。通过结合换热器的具体情况，设计人员通过重新调整管径、管间距或是片间距以及换热器位置等，同样也可以达到优化空调换热成效的目的。

图1 螺旋折流板换热器壳程流动图

2.3 需优化送风方式

在优化风量设计时，一方面设计人员应当严格按照标准设计规范对风道的形状进行科学设计，保障弧线与角度的流畅性和精准性，并采用多轮手板实际测试的方式验证风量噪声。另一方面，为有效减小噪声，还需要对蜗舌间隙进行严格控制，在设计时一般需要保障蜗舌间隙在3.5～5mm的范围内，从而在确保风机具有较高效率的同时，最大程度降低气动噪声。在对置换通风方式进行优化的过程中，因考虑到上部空气存在较多杂物，缺乏良好的空气质量，因而可以选择在空调底部位置处安装空调散热器，进而顺利完成空调通风。而在优化设计工位送风方式时，设计人员需要充分掌握使用者的实际送风需求，合理设置人工调节通风口，并将其连接至外界的送风装置，使得岗位人员能够立足自身实际，灵活调节通风口的气流流向、流速以及温度等。在条件允许的情况下，还可以设计采用声控、光控与人工控制相结合的方式，智能控制工位送风，以进一步提升优化效果。

3 结语

通过本文的分析研究可知，空调结构设计直接影响着产品性能。因此为了能够有效提高空调的性能，设计人员必须立足实际，在严格按照相关设计标准要求的基础上，对空调压缩机、换热器以及风流、送风方式等进行科学设计，灵活将各项先进的科学技术和低能耗、高效能的装置设备引入其中，进而有效达到优化空调产品性能，促进空调产业持续健康发展的目的。