柜式空调器凝露问题改善研究

马玉奇，贾淑玲

（青岛海尔空调器有限总公司，青岛 266101）

0 引言

众所周知，在一定压力下，相同含湿量的不饱和空气的相对湿度随气温降低而升高，当降温至露点温度时，相对湿度为100%，此时空气达到容纳水蒸气量的最大值（饱和状态），如气温继续降低则形成凝露。柜式空调器凝露问题主要是在夏季运行制冷或除湿模式时，产生以下现象：①柜式空调器内机（包含内外部件表面）产生凝露并滴落至地面；②内机送风有水吹出（包含风速切换时）；③凝结水进入显示屏、电脑板等电器部件内影响绝缘效果或引起部件损坏；④漏水。以上问题会给用户带来泡地板、吹水、滋生细菌、污染空气等不好体验或电器安全的质量隐患，而关于空调凝露问题的研究多集中在挂壁式空调［10-14］，孟宪运针对柜式空调器玻璃面板的凝露现象，提到了在柜式空调器容易凝露的部位，安装电加热带，改善玻璃表面水雾的凝露问题［15］。针对上述的柜式空调器凝露问题严重性和目前鲜有柜式空调器凝露改善研究的现状，笔者以开发过的柜式空调器凝露问题为例加以总结，以期为改善柜式空调器凝露问题提供相关设计参考和依据。

1 柜式空调器内机凝露问题改善总 体思路

柜式空调器在运行制冷/除湿功能时，室内温度和湿度相对较高的空气流经温度较低的蒸发器进行换热，变成低温的饱和气体被送到室内循环降温除湿。产生的凝结水流入接水盘从排水管流出室外。

（1）柜式空调器内机凝露问题是室内空气和柜式空调器共同作用的结果，故可从室内环境本身进行改善：①确保房间密封性：门窗是否紧闭？是否有人来回进出？防止室外高温高湿空气进入房间造成热湿负荷一直居高不下；②考虑空调运行前先用低湿度的空气置换室内原有高湿状态空气；③运行中同步开启除湿机来降低室内空气湿度。

（2）将柜式空调器内机按照冷空气是否经过划分为冷风道区域（出风口、摆叶、导板、经过蒸发器后的出风区域等）和非冷风道区域（面板、显示、经过蒸发器前的进风区域等）。总的设计要求：①冷风道区域与室内热湿空气之间要做好隔绝工作，防止冷热空气交汇进而产生凝露。②非冷风道区域需做好防冷风窜入的工作，确实无法避免窜入的要做好隔热保温，使得热湿空气接触其表面不致凝露。③以上冷风道区域和非冷风道区域无法避免产生的凝露水要能顺畅流入接水盘，不得进入其他区域。

（3）室内蒸发器（包含弯头和进出液管组）产生的凝结水要能快速顺畅流入接水盘。经过蒸发器换热后的空气温度相差不能过大，避免风道内部冷热空气交汇凝露吹水。

室内蒸发器（包含弯头和进出液管组）产生的凝结水要能快速顺畅流入接水盘。经过蒸发器换热后的空气温度相差不能过大，避免风道内部冷热空气交汇凝露吹水。

（4）凝结水从接水盘到排水管排出室外的过程要顺畅且做好保温，避免室内空气凝露。

2 柜式空调器内机（含内外部件表 面）产生凝露并滴落地面问题分析及改善措施

2.1 导风板、摆叶、出风口四周等冷风道区域

柜式空调器导风板、摆叶与出风口四周边沿有大量凝结小水珠形成并滴落，因其可视性强，占用户抱怨较大比例。是改善凝露性能的主要方向。出风口凝露是出风口四周边沿表面温度低于室内未饱和湿空气的露点温度所致。尤其在室内承受的热负荷较空调系统所提供的冷负荷大时，室内温度、湿度迟迟降不下来，露点温度维持在一个相对较高的水平，而此时送风口由于输送冷空气，温度较低，空气中的水蒸气会在风口表面凝结，从而造成风口凝露。导风板/摆叶凝露是因为其两个表面温差较大，冷、热空气交汇，当冷空气温度低于热空气露点温度时，在交汇处凝露产生小水珠，经过物体表面时则附着凝聚成大水滴。

改善措施：

（1）提高蒸发器蒸发温度

①适当增加制冷剂充注量：保证性能不受影响的前提下，适当增加充注量对各工况下凝露情况都有良好改善。

②避免过度节流，适当减短毛细管长度或增大膨胀阀开度。系统匹配时不能使额定工况下的蒸发温度过低。

③降低室外风机转速：室外机冷凝压力、温度升高，蒸发器内蒸发压力升高从而提高蒸发温度。

④降低压缩机运行频率（针对变频空调）：降低冷媒流量，提高蒸发压力和温度。一般通过限定不同风机转速下压缩机最高运行频率控制。

⑤提高内机风速：在噪音/功耗允许的前提下，提高房间空调器内机低风挡的转速可以提高系统的蒸发温度，进而提高风道中风场的温度，减小风道与环境的温差，有效改善凝露状况。但是要注意一点，如果蒸发器各支路制冷剂分布不均，提高室内机转速，蒸发器换热效果提高，可能造成制冷剂提前过热，此时容易因为各个支路之间的过热度差别大而导致换热后的空气温差较大，产生冷热汇流现象。室内电机转速降低，可以减少单位时间内通过的湿空气，同样可以改善凝露现象

⑥合理设计蒸发器的流程：使各支路的制冷剂流量分配均匀，该方案也有利于提高系统的制冷量和能效比，是产品设计过程中需要重点关注和必须保证的环节。

（2）提高出风温度：出风口引入室内空气混合送风提高出风温度降低凝露发生。根据诱导器原理，设计特有短扩压段风道吹出高速换热气流，通过流体粘滞效应，吸入室温空气混合送出（如图1所示）。

图1 引流原理图

（3）提高出风口冷表面温度：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四周边沿高于露点温度，防止周边凝露。出风口材质的选择采用导热系数低的非金属材料等，避免温度下降过低。

（4）消除涡流：

①项目前期开发时，对影响凝露的有关造型、外观设计进行检讨，对导风板、摆叶、出风口风场分布变化等进行模拟仿真，做到在使用范围内的所有角度和风量下都不形成涡流。对确实有凝露风险的沟通企划加以更改。

②导风板、摆叶形状设计为翼型绕流设计，出风口冷气流完全绕流过，不发生外部热空气形成漩涡，直接接触导风板、摆叶形成凝露的脱体现象。

③调整出风口形状，将出风口制成渐扩型，

④导风板、摆叶转轴位置设计合理，避免一侧风量过小造成凝露，需要进行送风系统仿真确认转轴位置。另外还可以通过调整风摆上下限位的角度来改善。

⑤在满足扫风范围的前提下，可以尽量减小扫风叶片的大小来减小风阻，提高循环风量。

（5）表面吸水

亲水性多孔材料同样具有较强的储水能力，其亲水基团可以与水分子结合，同时亲水基团带来的表面亲水性利于水分进入多孔结构的大量空隙空间，进一步提升储水能力。亲水聚合物具有溶胀作用。制备微孔结构的薄膜材料，具有高比表面积和内部蓄水能力，对凝结水分进行吸收。同时，在空调停止使用的时间里，水分在比表面积很高的多孔结构作用下快速蒸发，达到反复使用的目的。

（6）产生的凝露水流入接水盘

在导风板表面开凹槽道，凝结水在毛细作用下首先积聚到凹槽道内部，再利用凹槽道内表面坡度的引流作用，把凝结水疏导至风道内的接水盘，集中排放（如图2所示）。风道内设有坡度的集水孔，摆叶上的凝结水流入集水孔，最终流入接水盘。

图2 导风板上设置凹槽利于凝结水流入风道内

（7）控制方法优化：

通过频率、风速、摆叶角度等设定的调整，控制空调器进入和退出防凝露功能模式，改善凝露。带有湿度传感器的可以直接使用湿度传感器，不带除湿传感器的，研究发现：进风湿球温度和内盘管温度的差值较为稳定，维持一个特定的数值，与室内干球温度无关，根据上述原理，把各开发机型对应不同相对湿度下的进风湿球温度和内盘管温度的差值找到，根据传感器检测到的内盘管温度和回风温度，计算出相对湿度。之前对应高湿情况下，空调多运行低频低风模式，造成室内湿度迟迟降不下来，长期运行形成凝露，防凝露程序控制方法优化为：先运行高频，同时对设定风速进行补偿提高，导板位置处于最不利于凝露生成的位置，将房间湿度降下来，当检测到湿度下降后，则运行低频以及设定风速，如运行一段时间后，湿度仍不见下降，则认为空调运行在频繁有人进出或完全开放的空间；则运行低频高风，尽可能降低凝露产生。

2.2 面板、侧板、显示面罩等非冷风道区域

面板、侧板、显示面罩等非冷风道区域暴露在室内空气中，凝露是因为其表面温度低于室内空气的露点温度。故提高其表面温度是问题的关键。

改善措施：

（1）阻挡冷风道区域中的风直吹：如某机型显示面罩饰条在凝露试验中出现凝露现象（如图3所示），做以下改进：

①遥控器制冷默认位置调整，横摆叶由原来的默认向上吹改为直吹。

②显示面罩饰条后侧的筋加高4mm。

图3 显示面罩饰条凝露图

避免冷风直吹显示面罩饰条，问题解决。

（2）增加冷风道区域部件与其之间的隔热和保温：对于铝合金左右饰板机型，因铝合金较塑料导热系数更高，除做好防冷风窜入外，在用户运行自由摆模式下，仍会出现铝合金饰板凝露现象，增加PE衬垫，增加铝合金饰板和冷风间的隔热，同时做好饰板和风道的密封，减少漏入冷风量。另外尤其要做好壳体的保温，避免结构的不合理造成冷桥的出现，如风道、接水盘、挡风板等外表面要增加泡沫或衬垫隔热，钣金件立柱或进出液管组等高导热系数的冷桥，需做好与其他部件的隔绝工作。

（3）优化控制方法：如出风位置维持在最小出风量位置一段时间后，更改为送风量最大的送风角度。

3 柜式空调器内机送风有水吹出问 题分析及改善措施

柜式空调器室内机风道内如果存在冷热空气交汇现象，或在空调器运行过程中，蒸发器上产生的凝结水排除不顺畅，则容易发生送风有水吹出的问题，尤其在低风速转高风速运转情况下。可能原因有：①蒸发器翅片亲水性差、蒸发器倾斜角度过大、蒸发器由两段及以上搭接而成（如图4所示），凝结水不能在重力作用下沿翅片快速流下；②系统分流不均匀或者蒸发器抽管，造成经蒸发器不同位置冷却的空气存在较大温差，在风道内形成冷热空气交汇，当热空气的温度降到其露点温度以下时产生凝结水；③由于内机结构设计不合理或装配不到位，导致部分未经蒸发器处理的热空气通过缝隙直接进入冷风道，在冷风道内被冷空气冷却产生凝结水。

图4 两段搭接造成凝结水排水不畅蒸发器图

改善措施：

①加快铝箔翅片排水速度：使用强亲水性铝箔翅片，尽可能选用排水速度快的片型与片距，使蒸发器上形成的凝结水可以顺利排走。

②确保合理的蒸发器倾斜角度：在凝结水流入接水盘的过程中，其受重力及风力的共同作用，尤其在蒸发器倾斜放置的机型中，希望能得到更大的倾斜角度进而更大的进风面积。因此开发过程中要对空调整体性能和排水顺畅性做全面的测试和评估，使得二者得以兼顾。

③分流均匀：根据蒸发器不同位置风量分布的差异性，合理布置蒸发器各流路，使得各段蒸发器的温度分布基本相同。尽量采用分流更加均匀的文丘里分液器，合理利用冷凝水在蒸发器下部翅片更多的特性，将下部蒸发器设置为温度更高，产生更少的凝结水，更有利于凝结水排除。确实无法避免的抽管位置用隔热材料贴住空管位置的翅片表面处，使空气不流通。

④结构不漏风：加强蒸发器和风道区域的密封性，确保没有不经蒸发器处理的室内空气进入风道内。尤其要注意抽管位置处热湿空气的进入。

4 柜式空调器凝结水进入电器件分 析及改善措施

柜式空调器各部位产生的凝结水如果没有进入接水盘或在进入接水盘的过程中，顺着线束或直接进入电器部件，就会造成电器件绝缘等级下降甚至损坏，并可能带来安全隐患。

改善措施：

①对元器件周围设置挡水结构：如对显示面板四周增加防水筋，使得出风框、导板产生的凝结水不会进入显示面板内（如图5所示）。

图5 显示面板四周增加防水筋图

②传感器线、电加热线、步进电机线、电机线等增加回水弯（如图6所示）：

图6 传感器线束增加回水弯图

5 柜式空调器凝结水漏水分析及改善措施

柜式空调器发生凝结水漏水问题分为：①在接水盘中发生漏水；②在进入接水盘过程中流入其他地方；③流经凝结水过程中保温不好造成表面凝露而形成凝露漏水。改善措施：

①主接水盘：主接水盘和其它部件之间采用螺钉连接的，绝不可在主接水盘底部设计螺钉孔或通孔，不得在主接水盘底部设计螺钉柱，螺钉柱下边缘与主接水盘底部距离≥20mm（如图7所示），螺钉柱位于主接水盘侧壁靠上位置，以防螺钉柱开裂造成主接水盘漏水。主接水盘底部及距离底部30mm范围内的侧壁，不能直接设计其它受力结构，以防主接水盘开裂漏水。

图7 接水盘螺钉柱位置图

主接水盘底部需设计为斜面，排水孔位于最低处，防止主接水盘底部存储冷凝水。主接水盘内部设计有加强筋的，需防止加强筋阻挡冷凝水的流动，造成主接水盘局部存水。接水盘背面需粘贴泡沫或隔热衬垫，防止凝露形成汇集漏水。

主接水盘深度：倾斜放置蒸发器柜式空调器，主接水盘有效深度≥40mm（如图8所示），垂直放置蒸发器柜式空调器，主接水盘有效深度≥20mm，蒸发器与主接水盘侧壁之间距离≥10mm。需要对蒸发器进行机械限位，防止其移动，导致与主接水盘侧壁的间隙减小。

图8 倾斜放置蒸发器柜式空调器主接水盘深度要求示意图

②副接水盘：有效深度≥25mm；排水孔直径≥Φ10mm，高度≥20mm，见下图9所示。需注意副接水盘与进出液管的装配方式，防止接水盘长期扭曲变形，破裂漏水

图9 副接水盘技术要求示意图

③蒸发器：蒸发器托板、管板等若采用组合式，则要注意搭接顺序，确保冷凝水流入接水盘（如图10所示）。

图10 蒸发器管板托板搭接正确/错误示意图

④排水管：排水管安装时，原则上排水口不涂抹任何润滑材质，以免润滑材质与排水口材质发生反应，造成排水口强度减弱而断裂。如确实需要使用，可以使用洗洁精。禁止使用植物油润滑（植物油易腐蚀ABS、PS）。

⑤联机管：做好联机管保温工作，避免联机管保温层破损或太薄，造成热湿空气接触产生凝结水漏到机器内或用户地板上。

6 结论

通过以上的柜式空调器凝露问题的分析和研究，得出以下结论：

1、柜式空调器凝露问题主要有：①内机（包含内外部件表面）产生凝露并滴落至地面；②内机送风有水吹出（包含风速切换时）；③凝结水进入显示屏、电脑板等电器部件；④漏水

2、内机（包含内外部件表面）产生凝露并滴落至地面问题改善措施有：冷风道区域：①提高蒸发器蒸发温度，②提高出风温度，③提高出风口冷表面温度，④消除涡流，⑤表面吸水，⑥产生的凝露水流入接水盘，⑦控制方法优化，非冷风道区域：①阻挡冷风道区域中的风直吹，②增加冷风道区域部件与其之间的隔热和保温，③优化控制方法。

3、内机送风有水吹出问题改善措施有：①加快铝箔翅片排水速度，②确保合理的蒸发器倾斜角度，③分流均匀，④结构不漏风。

4、凝结水进入电器件改善措施有：①对元器件周围设置挡水结构，②传感器线、电加热线、步进电机线、电机线等增加回水弯。

5、凝结水漏水改善措施：需重点从主接水盘、副接水盘、蒸发器、排水管、联机管等进行检讨优化。