南海湿热海洋环境空调器环境适应性实证试验

陈泽皓，彭煌，李俊超，祁黎，符国晓，王纯诗，符史柏

（1.广州电器科学研究院有限公司海南热带环境分公司 检测管理部，琼海 571400；2.中国电器科学研究院股份有限公司 工业产品环境适应性国家重点实验室，广州 510663；3.中国质量认证中心，北京 100073）

引言

随着“一带一路”倡议和“海洋战略”的实施，我国南海区域的战略意义日益凸显[1]，海岛微网、海上风电、海上平台、港口桥梁等关键基础设施建设正加快推进，近海或岛礁军事保障设施也逐步完善[2]。南海区域常年高温多雨，空气中盐雾粒子含量高，环境非常严酷，对电器产品提出更高质量要求[3]。空调是南海区域重要的民用电器，同时也是军事设施的重要保障条件，在南海严酷服役环境和高用电成本背景下，能够长期高可靠运行且长效节能的空调器产品，成为市场众望所归[4]；而如何对空调器的实际服役性能进行准确测评，如何对其长期服役性能进行准确预测，如何有效支撑空调器产品研发，是目前空调行业亟待解决的问题。

1 试验背景

空调器在海洋大气环境中服役时，不可避免地会受到环境的影响，这将导致空调器中的金属零部件腐蚀[5]，使得空调能效降低，能耗增加，甚至造成空调产品的失效，影响其可靠性和稳定性[6][7]。

空调内机安装在室内，服役环境相对比较稳定和温和，环境对空调内机部件影响不大。空调外机一般安装在户外大气环境中，在海洋大气环境长期服役过程中，环境中的各种腐蚀性因素，包含温度、相对湿度、污染物气体和盐离子等，都将直接造成空调外机关键部件的腐蚀老化，引发部件性能的退化，寿命明显缩短，尤其是换热器的翅片[8]。空调外机中的冷凝器安装在外机压缩机排气口和节流装置（毛细管或电子膨胀阀）之间，主要作用是利用铜管和铝合金翅片的散热作用，将空调压缩机中排出的高温高压气体（氟利昂）变为低温高压的液体[9]。一旦外机中冷凝器翅片由于环境的作用，造成腐蚀失效，翅片的表面状态发生变化，散热能力大大降低，进而降低空调能效，甚至导致产品失效并造成安全事故[10]。空调的出厂设计寿命一般为10年，然而在南海某岛礁和海南三亚等海洋大气环境中服役的空调 3 年左右就发生了严重的腐蚀现象，造成空调性能的严重退化，甚至完全报废[11]。因此，有必要通过户外实证试验对空调器外机换热器翅片在南海湿热环境中腐蚀失效行为进行研究。

2 试验方案

2.1 试验对象

本次试验对象为16台空调样机，其中8台为大匹数家用中央空调，另外8台为小匹数家用中央空调。海南省琼海市湿热大气试验站与海南省椰林海洋大气试验站，每个试验场地各安装4台大匹数和4台小匹数家用中央空调。每种型号的空调又分为静态与动态运行对照组以及清洗与未清洗对照组进行试验，具体的试验对象安排如表1所示。

表1 南海湿热环境试验空调投样方案

2.2 试验条件

海南琼海大气暴露试验场的地理位置为北纬19 °14 ′35 ″，东经110 °28 ′41 ″，海拔高度10.0 m；另外一个椰林试验站的地理位置为北纬19 °22 ′，东经110 °40 ′，海拔高度0.44 m。两个试验场地都设置了气象因素监测设备对各类气象数据进行监测，部分气象数据如表2所示，其中温度、相对湿度、风速为平均值；太阳辐射量、降水量、降水时数、日照时数为累积量。

表2 试验期间暴晒场气象数据

3 试验方法

空调器环境适应性实证试验按照GB/T 20643.1中4.2方法、GB/T 9276-1996、GB/T 14165-2008试验大纲规定的条件进行试验。空调器运行的样机按实际使用情况进行安装，包括外机和内机，外机正面朝正南，样机每天运行8个小时，运行温度23 ℃；不运行的样机，面朝正南静置放置，底座为水泥平台。试验前，在所有的样机外机壳体上三个不同的位置预先划痕，三个位置为正面，背面，顶面如表3所示，并对样机内外关键部位进行初次检查，记录存在的初始缺陷。

表3 外机壳体三个位置的划痕图片

试验的总时间为12个月，其中样品检测时间周期为1个月、3个月、6个月、9个月、12个月，检测前室内机不清洗，外机每次检测前用自来水淋洗样品整个表面。检测的项目按照B/T 1766-2008、GB/T 6461-2002、GB/T 3681-2011目视检查样品的外观。所有样机试验前外观都完好，没有任何腐蚀与老化现象。

4 试验结果

由于试验数据较多，本文只列举试验1个月的数据与试验12个月的数据进行展示，而且时间跨度越长，对比的结果会更加明显，更可以发现空调器在南海湿热环境下的环境适应性情况。

4.1 试验1个月结果

对于试验1个月的空调器样机，无论是安装在琼海试验站还是椰林试验站，无论是运行还是不运行的，无论是清洗还是未清洗，目视所观测到的缺陷结果都是一样，如表4所示为小匹数中央空调外机与大匹数中央空调外机不同部位的试验结果，表5所示为空调器主要材料的试验照片分析。

表4 中央空调外机1个月试验结果

表5 空调器重要部位的试验照片分析

4.2 试验12个月结果

对于试验12个月的空调器样机，无论是安装在琼海试验站还是椰林试验站，无论是运行还是不运行的，无论是清洗还是未清洗，目视所观测到的缺陷结果都是一样，如表6所示为小匹数中央空调外机与大匹数中央空调外机不同部位的试验结果，表7所示为空调器主要材料的试验照片分析。

表6 中央空调外机12个月试验结果

表7 空调器重要部位的试验照片分析

5 结论

通过分析试验结果可知，空调器内部密封零部件经过一年周期试验之后腐蚀情况都不严重，而与大气接触的零部件腐蚀较为严重，其中铝材料（刺片）腐蚀最为严重，铜材料（铜管）次之，钢材料（螺钉）腐蚀较轻；大匹数中央空调中换热器体积更大，翅片面积更大，铜管更多，进而导致压缩机的罐体也有轻微腐蚀，因此整体的腐蚀情况比小匹数中央空调更为严重。但是，无论是在不同场地进行试验，或者空调是处于运行状态或者不允许状态，或者空调外机有没有进行定期清洗，对照组之间的试验结果都没有太大的差别，这是由于试验的周期只有一年，相比于空调器十年以上的使用寿命来说试验时间还是较短；另外，由于试验结果是通过目视进行外观检查的，只能进行定性分析，存在一定的误差。因此，需进一步开发相应的设备与试验方法对空调器进行环境适应性加速试验，来满足南海湿热环境空调器环境适应性的试验需求。