改善分体式定速空调器凝露现象的研究

曾威、蔡国健

(广东美的制冷设备有限公司，广东 顺德 528311)

改善分体式定速空调器凝露现象的研究

曾威、蔡国健

(广东美的制冷设备有限公司，广东 顺德 528311)

空调器凝露、风道吹水等问题，严重影响空调器的可靠性和舒适性。本文针对分体式定速空调器风道吹水问题，进行实验研究和分析。通过调整导风板的角度和风机转速的方法，控制换热器U管间的温度极差，解决定速空调器风道吹水的问题，为采用控制方法进行防凝露处理的空调器开发提供借鉴。

空调器；凝露；温度极差

1、前言

随着居民生活水平的提高以及全球气候变暖的加剧，空调器因其节能性及舒适性，已经越来越受到家庭和办公场所的青睐，同时用户对空气调节器性能的要求也越来越高，其中凝露问题是用户关注的热点问题之一，空气调节器凝露性能的好坏直接影响用户的工作和生活环境[1]。如果空调器导风板、导风叶片与出风口四周边沿有凝结水滴落或吹出等现象，必然会引发客户投诉。空调器凝露由于与空气湿度直接相关，所以梅雨季节是客户投诉高发的时间。因为凝露问题不仅影响到了空调器给用户带来的视觉体验和使用功能，而且给用户使用带来诸多不便，并造成了一定的经济损失，影响品牌口碑[2]。在空调器设计过程中，技术人员往往更注重制冷量、制热量、能效比等定性的指标，容易忽略空调器的凝露性能，空调器如果设计不合理，容易出现吹水等凝露现象，这不仅影响空调器的品质和性能，而且将直接影响到客户的使用，目前国家对不同规格的空调都有凝露方面的要求。因此，无论从用户使用的角度，还是企业品牌的口碑，或者从技术人员设计理念出发，对空调器室内机凝露现象进行分析并提出解决方法凝露现象产生的原因，是空调器设计过程中必须考虑的问题[4]。

2、凝露机理以及现有解决方案

空调器在开启制冷功能时，室内温度和湿度相对较高的空气流经换热器与温度较低的制冷剂进行换热，变成低温的饱和气体再回到室内，产生制冷效果。在换热过程中，经过换热后的空气温度降低，当达到其露点温度时，空气中多余的水分就会在冷的表面析出，换热器翅片上产生的凝露可通过空调器导水盘排出室外。但如果在空调器的风轮或辅助电加热器上产生的大量凝露，则可能通过空调器壁面流下或从风道吹出，严重时会滴落到地板上，影响用户使用空调器的安全性和舒适性。

2.1 凝露机理

通常我们说的空调器中空气是干空气和水蒸气的混合物，而产生凝露的原因是由于空调器室内机中湿空气的温度场不均匀，致使局部空气中水蒸气达到露点温度而析出，在空调器中凝露现象主要表现在以下几点：空调器表面结构件出现凝结水并滴落的凝露问题，一般是由蒸发温度过低以及结构设计不合理导致的。如空调器室内机导风板上下侧出风设计不合理，致使导风板两侧温差很大，有凝露产生；此外，送风过程中水珠吹出现象产生的原因有：流经换热器不同位置的空气经过换热后，温度降低幅度不同时，则会出现冷热气流交汇，当热气流达到其露点温度时，就会有凝结水产生，从而导致送风过程中有水珠吹出。如果换热中的制冷剂过热点位置太靠前，则一部分换热器内制冷剂处于过热蒸汽状态，当空气经过这一部分换热器时，其温度下降很少，此时就容易出现吹水现象；如果换热器各支路中制冷剂的流量分配不均匀，则流量小的支路会出现提前过热，而流量大的支路不会出现过热，也容易发生吹水现象。

2.2 现有解决方法

目前，针对上述凝露现象和问题，技术人员提出了多种方法。

2.2.1 室内机结构优化

常见的解决方法是增加换热器与室内机表面结构件的导热热阻，主要是在格栅上容易凝露位置的内侧粘贴保温棉，在空隙较大的位置填充隔热材料，外部结构件选用保温性能好的材料，尽量保证空调器室内机的紧凑性和隔热性。

2.2.2 制冷系统优化

在制冷系统中可以通过提高空调器表面温度,使其高于环境空气的露点温度，即提高系统的蒸发温度,主要方法有：（1）合理设计换热器的流程，使各支路的制冷剂流量分配均匀。（2）对于使用毛细管节流的产品，系统匹配时需要合理确定毛细管的长度，不能使额定工况下的蒸发温度过低，并需要进行多种工况下的测试分析。(3)对于使用电子膨胀阀节流的产品，需要合理确定膨胀阀的开度的控制模式，使其能够根据实际情况调整向蒸发器的供液量。(4)尽量提高室内风量，但要同时考虑此时会带来室内噪声值的增加和系统功耗的增大。

2.2.3 控制方法优化

对于转速可控型空调器，通过一些针对部分参数设定的设定条件，控制空调器进入和退出防凝露功能模式，防止凝露。还有在出风框的周围设置电加热带，通过加热的方式使出风框的周围边沿温度高于露点温度，防止周边凝露。

图1 空调器室内机内空气分布矢量图

3、分体式定速空调器凝露现象的研究

3.1 技术背景

通常在进行分体式空调器室内换热器流路设计时，由于换热过程中温度变化较小，一般不会考虑流路逆流布置。因此室内机换热器入口管一般设置在进风面，靠近贯流风轮。空调器制冷运行时，室内换热器进风面附近区域为高温区或者过热区，而贯流风轮与出风口间的区域为低温区，室内空气从进风面进入到从出风面吹出，依次经过了高温区和低温区，当换热器局部换热不均匀，导致换热器流路的前面部分与空气间换热温差小，与换热器流路的后面部分与空气间的换热温差过大，一部分冷热不均匀的空气进入换热器和贯流风轮间的区域进行交汇，进行能量交换，在贯流风轮上凝结成小水珠，会造成空调器运行时出现吹水现象。

分体式定速空调器在高风挡运行时，如果蒸发器各流路制冷剂分配不均匀，换热后的空气温差会更大，冷热不均的空气混合后，形成凝露的现象会更严重。当空调器的转速较低时，出风口的风速过低，吹出温度较低的冷风，当出风口边沿结构的温度低于空气的露点温度时，就会在出风口周围产生凝露，凝露长时间累积会在出风口和导风板上形成大量的水珠后，最终滴下来。定速空调器在运行过程中，可以调整的参数相对较少，这对定速空调器的设计提出了更高的要求。

图2 室内机结构及感温探头位置示意图

图3 不同风档下的凝露试验

3.2 分体式定速空调器凝露现象的实验研究和分析

为了研究分体式定速空调器凝露工况时，出现风道吹水的现象，设置如下试验：测试工况为国标凝露工况，即干球/湿球温度分别为：室外27℃/24℃,室内27℃/24℃。研究对象为某一分体式定速空调器，如图2所示，在换热器输入管与输出管侧的各半圆管上设置一个感温探头，用于检测实时管温。开机运行8小时，观察试验结果。

3.2.1 试验方案1

设置上下导风板的角度为45度，左右导风板的角度为垂直出风方向，分别测试强劲风挡、中间风挡、静音风挡下，样机的凝露情况。

试验结果是在三个不同的风挡条件下，样机均发生风道吹水现象，由图3中各温度点的数据可知，换热器各U管间的温度差值较大，三个风挡下各点温度极差分别为14.2、13.8、14.4，流经换热器不同位置的空气，跟各U管进行换热后，空气温度降低，从强劲风挡到静音风挡，空调器室内换热器制冷剂分流不均匀性越来越严重，换热器支路出口的过热度增大，随着风量减小，空调器室内换热器的蒸发温度降低，与流经换热器外侧的空气的换热能力也降低，在空调器换热器流路前后部分换热后的空气间的温差相差较大，混合时，温度较高的空气中的水蒸汽会因为遇冷而凝结出来，甚至直接在贯流风轮上形成凝露并吹出。

3.2.2 试验方案2

设置左右导风板的角度为垂直出风方向，设置空调器为静音风挡，测试上下导风板的角度分别为45°、50°、60°时，样机的凝露情况。

试验结果是上下导风板在三种不同角度条件下，样机均发生风道吹水现象，由图4中各温度点的数据可知，换热器各U管间的温度差值较大，上下导风板在三种不同角度条件下各点温度极差分别为14.4、13.5、12.9，比强劲风挡和中间风挡下的各点温度极差减小。在静音风挡下，换热器一支路的出口温度分别为13、12.3、13.6，换热器支路二的出口温度分别是10.3、10、10，空调器室内换热器制冷剂分流均匀性相当，换热器支路出口的过热度相差较小，换热器二支路的出口温度比一支路的出口温度低，由图1空调器室内机进风区域风速分布矢量图可知，进风口左边区域的风速大约是右边的2倍，故换热器一支路的换热效果比二支路好。同时由图3的数据可知，从强劲风挡到静音风挡，换热器两支路的出口温差分别为1.6、2.4、2.7，随着风量降低，换热器两支路的换热效果不均性增强。

图4 上下导风板不同角度下的凝露试验

图5 左右导风板不同角度下的凝露试验

3.2.3 试验方案3

设置空调器为静音风挡，测试上下导风板的角度60°，分别测试左右导风板的角度为垂直出风方向，向左某一固定角度和向右相同固定角度时，样机的凝露情况。

试验结果是左右导风板在三种不同的角度条件下，8小时凝露测试的结果不同，左右导风板为垂直出风口方向时，测试结果是样机有吹水现象，左右导风板向左时，测试结果是有轻微吹水现象，左右导风板向右时，测试结果是没有吹水现象。由图5中各温度点的数据可知，左右导风板在三种不同的角度条件下各点温度极差分别为13.5、9.5、5.3，随着换热器各U管间的温度极差值减小，空调器室内机凝露导致风道吹水现象逐渐减弱，直至消失。同时，左右导风板在三种不同的角度条件下，换热器两支路的出口温差分别为2.3、0.7、2。由图6可知，左右导风板在三种不同的角度条件下，同一转速时的风量分别是508/h、524/h、485/h，因为此空调器室内机所用的贯流风轮为斜齿风轮，当左右导风板设置为垂直出风口方向时，出风方向整体向右偏移，换热器一支路的换热效果比二支路好，斜齿风轮的使用增强此种效果。当换热器各支路换热效果不均匀时，会影响空调器室内机的凝露现象，而换热器换热均匀性和进入空调器室内机的空气的流场分布的耦合作用决定经过换热后的冷热空气的混合特性。

3.2.4 分体式空调器凝露的试验结果分析

由图7可知，当换热器各U管间的温度差值较大，容易出现风道吹水的现象。随着换热器各U管间的温度差值减小，风道吹水现象减弱，甚至消失。针对定速空调器出现上述问题，可以提出一种控制方法：通过在换热器各U管上设置感温探头记录换热过程中铜管内冷媒的温度，通过换热器各U管处的温度变化了解换热器的换热情况，保证进入空调器的空气与换热器的换热均匀，通过采集的各U管处的温度变化，在空调控制程序中经过计算处理，输出控制指令，调整风机转速和导风板的角度，改变空调器内换热空气的速度场和温度场，实现换热器各处的温度的差值的最大值较小，减少和防止空调器因换热不均匀造成冷热空气在贯流风轮或者风道内壁交汇形成凝露、甚至吹水现象。

图6 左右导风板不同角度下的风量

图7 不同试验方案下的凝露现象

4、结论

通过对分体式定速空调器进行凝露现象试验研究和分析，得出如下结论：

(1）换热器各部分冷却空气的能力存在一定差别，在空调器设计过程中不仅要保证进入空调器的空气与换热器的换热均匀的均匀性，同时实现换热器各处的温度极差较小。

(2）换热器换热均匀性和进入空调器室内机的空气的流场分布的耦合作用决定经过换热后的冷热空气的混合特性。

(3）分体式定速空调器可以通过调整转速和导风板角度，解决凝露问题，为采用控制方法进行防凝露处理的空调器开发提供借鉴。

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Study on the improvement of condensation phenomenon of Split style Air conditioner at fixed speed

Zengwei、Cai Guojian
(GD Midea Refrigeration Equipment Co.,Ltd, ShunDe,528311)

Air conditioner condensation problem and blowing water from air duct have been affecting amenity and reliability of air conditioner. The phenomenon of blowing water from air are taken experiment and analyzed in this paper. Regulating max temperature difference of U-pipe of heat exchanger to deal with the blowing water problem by adjusting angle of wind deflector and the speed of fan. A new way is put forward to solve air conditioner condensation problem in controlling methods.

Air conditioner; Condensation; Max temperature difference