空调器运动大导风板动态温度补偿技术研究

王锐锋，彭光前，吴俊鸿，单联瑜，于琦

（小米科技（武汉）有限公司，湖北武汉，430010）

随着我国经济的迅速发展以及人民生活水平日益提高，空调已经成为人们生活中非常重要的家电产品。2016年中国的建筑能源消耗约占全国能源消耗总量的20.6 %［11］,并且逐年增加；而为了营造舒适的室内温度和工作环境，供暖、通风和空调系统消耗了约建筑总能耗的50 %［2］，因此，空调的节能设计已成为我国节能环保的基本需求。而空调对室内空气进行加热或降温过程中，由于温度变化导致空气密度改变，会出现空气温度分层的现象。对此，行业内通过在结构上由传统的小导风板向运动大导风板的技术升级，实现了诸如“地毯式送风”的效果，提高了热量的利用效率。但是，空调主要通过自身传感器检测的温度对输出能力进行调节实现控温，运动大导风板由于出风角度调节范围进一步扩展，不同导风角度下，房间温度分层不同，如果沿用传统的温度补偿技术，采用固定的修正值（制冷补偿0℃，制热补偿3℃），则会导致一些情况下控温不准，影响用户体验，并在温度过调的情况下产生能源浪费。

对于室内温度分层的影响因素，学术上以及行业内已有相关研究并取得了一定成果。胡洪昊［3］利用CFD研究了热风落地高度随出风角度、出风温度的变化趋势；李越峰［4］通过数值模拟结合实验测试的方法，分析了房间内的气流组织分布情况；喻耀明［5］验证了不同气流组织形式下房间的温度变化速率、温度分布不均匀系数、能量利用系数等；周艳蕊［6］用评价指标对不同的送风参数下空调房间内的气流组织进行了评价。总的来说，空调器风口结构形式、风口高度、出风角度、出风温度等送风参数，均是影响室内温度场分布特性的重要因素。

因而，合理的温度补偿策略可以进一步提升运动大导风板空调器的舒适性和节能效果。笔者所在团队通过运动大导风板不同角度下的制冷、制热实测数据，对动态温度补偿技术进行了分析研究。

1 动态温度补偿技术

由于室内温度分布情况与空调的出风状态息息相关，动态温度补偿技术就是通过获取空调器当前的出风状态，即结合出风角度（导风板角度）、出风速度（内风机运行风档）和出风温度（以内管温度表征出风温度），对室内检测温度进行动态补偿修正，使得修正后的内环温度接近人员活动区温度，进而实现更好的控温效果。

2 试验方案

2.1 样机配置

样机为1.5HP变频空调器，采用运动大导风板，通过连杆将导风板推出风口一定距离，对风量不产生明显影响的情况下，导风板可在较大角度范围内动作，具体配置见表1。此外，测试样机自身传感器检测的室内温度未作修正。

表1 测试样机配置

2.2 实验室布局

测试在空调舒适性评价室进行，试验台布置如图1所示，房间温度测点如图2所示。测试期间，室内机下沿距离地面高度2.3±0.1m，模拟空调在用户家里的实际安装情况。其中，以0.1～1.7m高度内所有测点的平均温度代表人体活动区域的平均温度，以△T代表人体活动区域平均温度与内环检测温度的差值。

图1 室内布置

图2 舒适性测温点分布图

2.3 测试方法

在表2的测试工况下，空调制冷/制热开机运行，分别验证如图3不同导风角度和设定方式下，室内温度稳定时，人体活动区域的平均温度与室内环境感温包处热电偶检测温度的差值，分析室内温度分层情况。

图3 不同导风角度（上定格-中间定格-下定格）

表2 测试工况

3 试验结果分析

3.1 制冷测试情况

制冷分别验证了，上定格-中间定格-下定格导风角度下，内风机4档和7档在设定26 ℃和20℃情况下，室内温度稳定时的温度分层情况。

图4 制冷上定格角度不同风档温度分布情况

图5 制冷中间角度不同风档温度分布情况

图6 制冷下定格角度不同风档温度分布情况

制冷工况下人体活动区域温度整体较内环检测温度偏低。如果采用0 ℃的固定补偿温度，当空调内环感温包处检测温度达到设定温度时，根据空调设置不同，结合表3中的△T可以发现，人体活动区域会有0.15～2.3℃左右的超调。

表3 制冷不同运行状态下△T 的数据汇总

整体上制冷运行时，室内温度分层情况相对较好，并且制冷运行时，冷风在密度作用下的沉降方向与目标控温区域（即人体活动区域）方向一致，不同风档对室内温度分布的影响相对较小，而出风温度直接影响空气密度，对冷风的沉降情况产生直接影响，与导风方向对室内温度分布的影响较明显。结合测试数据，运动大导风板在制冷工况下的动态温度补偿可以参照表4处理。

表4 运动大导风板制冷动态温度补偿

3.2 制热测试情况

制热分别验证了，上定格-中间定格-下定格导风角度下，内风机4档和7档在设定20℃和27℃情况下，室内温度稳定时的温度分层情况。

图7 制热上定格角度不同风档温度分布情况

图9 制热下定格角度不同风档温度分布情况

制热工况下人体活动区域温度整体较内环检测温度偏低。结合表5，如果采用3℃的固定补偿温度对△T进行修正，当空调内环感温包处检测温度达到设定温度时，如果此时导风板位于上定格情况下，人体活动区温度与内环检测温度的偏差在-2～1℃范围内；当导风板位于中间定格和下定格时，人体活动区域根据空调设置不同，会有2～3.5℃左右的超调。可见为了保证制热效果，固定温度补偿值在上定格-7档情况下可以实现较好的控温效果，而在中间定格和下定格情况下，则有较大的设计余量。

表5 制热不同运行状态下△T 的数据汇总

制热运行时热风在密度作用下的上浮方向与目标控温区域（即人体活动区域）方向相反，不同风速在垂直方向和水平方向上的速度分量对室内温度分布的影响相对较大，与出风温度共同决定了室内温度分布。结合测试数据，运动大导风板在制热工况下的动态温度补偿可以参照表6处理。

表6 运动大导风板制热动态温度补偿

4 结论

本文通过运动大导风板空调器在不同导风板角度、内机风档、设定温度下的室温分布情况进行分析，发现传统的固定温度补偿技术为了保证制冷、制热效果，温度补偿值有较大的设计余量，会导致制冷工况下活动区温度最大超调2.3℃，制热工况下活动区温度最大超调3.5℃，产生能源浪费。

本文根据实测数据对运动大导风板的动态温度补偿技术进行了初步探讨，得到了以下结论：

（1）制冷采用动态温度补偿技术，主要需要考虑导风板角度和出风温度的影响，而与风档的关系较小。相同导风角度以及出风温度情况下，4档和7档均可以采用相同的补偿温度。

（2）制热需要综合考虑内机风档、导风板角度和出风温度的综合影响。较高风档情况下，室内空气循环相对较好，温度分布也较好，可适当减小补偿温度；导风板角度位于中间定格和下定格时，温度分布情况相对上定格明显改善，可采用较小的补偿温度；此外，管温越高，热气上浮越严重，尤其是风档偏低以及导风角度偏上的情况下，需要采用较大的补偿温度。