趙紫明

(順德出入境檢驗(yàn)檢疫局 廣東順德 528303)

0 前言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的居住環(huán)境也在逐步得到改善，居住環(huán)境的通風(fēng)條件也正日益受到重視。日本早就立法規(guī)定居室環(huán)境的通風(fēng)條件，在我國(guó)行業(yè)內(nèi)也在為制定居住環(huán)境的通風(fēng)條件的相關(guān)規(guī)定作前期準(zhǔn)備。各種換氣扇正被廣泛使用，在我國(guó)高檔住宅區(qū)，以換氣扇及熱交換結(jié)構(gòu)為主體的新風(fēng)熱交換系統(tǒng)正被大量采用，既清新了居住環(huán)境的空氣，也明顯地縮短了空調(diào)的使用時(shí)間，從而有效地實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保[1]。

普通型家用換氣扇以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格適中已被廣泛使用，但隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)居住環(huán)境長(zhǎng)期所使用的換氣扇的要求越來(lái)越高。比如外觀要更簡(jiǎn)單大方且經(jīng)久耐看、風(fēng)量要大、噪音要小、功率也要小，并且都要求這些性能要能長(zhǎng)久保持等等。但現(xiàn)階段我國(guó)行業(yè)內(nèi)的設(shè)計(jì)及制造水平有限，一般還處于仿制或者經(jīng)驗(yàn)值估計(jì)階段，不能提供準(zhǔn)確的產(chǎn)品的關(guān)鍵電氣安全或使用性能相關(guān)參數(shù)值。隨著人們節(jié)能環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，換氣扇產(chǎn)品的風(fēng)量特性正受到行業(yè)內(nèi)的更多關(guān)注。而隨著歐美地區(qū)能效要求的不斷提高，風(fēng)扇類產(chǎn)品的風(fēng)量特性也必將成為生產(chǎn)企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵控制點(diǎn)。

1 五種軸流式換氣扇的風(fēng)量特性測(cè)試

近兩年順德轄區(qū)內(nèi)的各類家用型換氣扇出口每年約80萬(wàn)臺(tái)，其生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計(jì)及制造水平也參差不齊，有世界500強(qiáng)的大企業(yè)，也有剛剛成立的小規(guī)模企業(yè)，換氣扇產(chǎn)品的質(zhì)量水平也相差甚遠(yuǎn)。相似設(shè)計(jì)作為旋轉(zhuǎn)式葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)中的一種重要手段，已無(wú)數(shù)次地被成功應(yīng)用于大中型風(fēng)扇的改型設(shè)計(jì)中[2-3]。在小家電行業(yè)，生產(chǎn)企業(yè)一般都采用相似設(shè)計(jì)理念，但在設(shè)計(jì)過(guò)程中往往會(huì)由于設(shè)計(jì)能力或者試驗(yàn)及檢測(cè)條件的限制，只能關(guān)注到有限的幾個(gè)性能參數(shù)，對(duì)產(chǎn)品的綜合性能缺乏實(shí)質(zhì)性的有效監(jiān)控。

家用換氣扇所采用的電機(jī)一般有3種類型：?jiǎn)蜗嚯娙輪?dòng)異步電動(dòng)機(jī)、罩極電動(dòng)機(jī)、直流電機(jī)。其中直流電機(jī)正處于蓬勃發(fā)展階段，各種直流電機(jī)結(jié)構(gòu)差別較大，傳統(tǒng)有碳刷直流電機(jī)由于其使用過(guò)程中的損耗較大等問(wèn)題正被其他性能更穩(wěn)定的無(wú)刷直流電機(jī)所取代。本文中抽取了4家不同規(guī)模企業(yè)的5種軸流類換氣扇產(chǎn)品進(jìn)行風(fēng)量特性測(cè)試，所采用的測(cè)試設(shè)備及方法滿足AMCA210-99標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表1 矽鋼片電機(jī)APB25-5-30型風(fēng)量測(cè)試結(jié)果

表2 冷扎片電機(jī)APB25-5-30型風(fēng)量測(cè)試結(jié)果

1.1 兩種不同定子材料單相電容啟動(dòng)異步電機(jī)的換氣扇風(fēng)量特性測(cè)試

抽取了同一企業(yè)生產(chǎn)的兩種不同定子材料的換氣扇進(jìn)行風(fēng)量特性測(cè)試，所采用的電機(jī)均屬于單相電容啟動(dòng)異步

電機(jī)。一種定子材料是矽鋼片，另一種定子材料是普通的冷扎板，兩種換氣扇的其他結(jié)構(gòu)均相同。表1與表2分別列出了風(fēng)量測(cè)試結(jié)果，圖1與圖2分別繪出了風(fēng)壓特性曲線。

測(cè)試說(shuō)明：

（1）測(cè)試方法:AMCA210-99；

（2）風(fēng)量測(cè)試狀態(tài):帶整機(jī)測(cè)試；

（3）測(cè)試設(shè)備:LW-9120M-RSAN；

（4）出風(fēng)口面積:530.91cm2；

（5）標(biāo)準(zhǔn)狀況(STP):溫度20℃,濕度50%,氣壓為760mmHg。

圖1與圖2的曲線明顯看出，在基本相同的測(cè)試條件下，矽鋼片電機(jī)的換氣扇在各風(fēng)壓值的風(fēng)量均大于普通冷扎板電機(jī)的換氣扇。轉(zhuǎn)速對(duì)風(fēng)量的影響方面，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1200r/min左右時(shí)，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系已完全不能再靠經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，矽鋼片電機(jī)的換氣扇較高風(fēng)壓范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速也高于普通冷扎板電機(jī)的換氣扇，在正常工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的風(fēng)量均大于普通冷扎板電機(jī)的換氣扇。

1.2 直流電機(jī)換氣扇風(fēng)量特性測(cè)試

此款型號(hào)為FV-20WH3-07換氣扇外接220V電源，采用直流無(wú)刷電機(jī)，通過(guò)專用集成芯片達(dá)到正常啟動(dòng)及控制工作。表3列出了其風(fēng)量測(cè)試結(jié)果，圖3繪出了其風(fēng)壓特性曲線。

測(cè)試說(shuō)明：

（1）測(cè)試方法:AMCA210-99；

（2）風(fēng)量測(cè)試狀態(tài):帶整機(jī)測(cè)試；

（3）測(cè)試設(shè)備:LW-9120M-RSAN；

（4）出風(fēng)口面積:379.94cm2；

（5）標(biāo)準(zhǔn)狀況(STP):溫度20℃,濕度50%,氣壓為760mmHg。

從圖3的RPM曲線可明顯看出，此種換氣扇風(fēng)壓對(duì)轉(zhuǎn)速的影響較小，即說(shuō)明這種換氣扇工作轉(zhuǎn)速非常穩(wěn)定。還可看出，即便是工作范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速與風(fēng)量也沒(méi)有明顯的比例關(guān)系，再一次證明轉(zhuǎn)速估測(cè)風(fēng)量的經(jīng)驗(yàn)方法不可取。從P-Q曲線也可看出，曲線正常變化的范圍較大，即說(shuō)明這種換氣扇工作范圍也較大。綜合這兩種性能曲線變化都可說(shuō)明這種換氣扇的使用性能非常穩(wěn)定可靠。

1.3 兩種罩極電機(jī)換氣扇風(fēng)量特性測(cè)試

型號(hào)為L(zhǎng)ANF-25-B與CAT-R621/2的軸流式換氣扇均采用罩極電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，兩者采用了不同的風(fēng)葉結(jié)構(gòu)，表4與表5分別列出了其風(fēng)量測(cè)試結(jié)果，圖4與圖5分別繪出了其風(fēng)壓特性曲線。

測(cè)試說(shuō)明：

（1）測(cè)試方法:AMCA210-99；

（2）風(fēng)量測(cè)試狀態(tài):帶導(dǎo)風(fēng)圈測(cè)試；

表4 軸流式型風(fēng)量測(cè)試結(jié)果

表5 軸流式CAT-R621/2型風(fēng)量測(cè)試結(jié)果

（3）測(cè)試設(shè)備:LW-9120M-RSAN；

（4）出風(fēng)口面積:403.98cm2（LA N F-25-B）、706.84cm2（CAT-R621/2）；

（5）標(biāo)準(zhǔn)狀況(STP):溫度20℃,濕度50%,氣壓為760mmHg。

從圖4及圖5的P-Q曲線可看出，曲線的風(fēng)壓范圍較小，即說(shuō)明這種換氣扇工作范圍也較小，工作狀態(tài)時(shí)性能不穩(wěn)定。同時(shí)由于罩極電機(jī)效率低，工作狀態(tài)時(shí)的風(fēng)量也較小。從圖4及圖5的RPM曲線可看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化較大時(shí)，風(fēng)量的變化量較小，又一次證明依據(jù)轉(zhuǎn)速估測(cè)風(fēng)量的經(jīng)驗(yàn)方法不可取。從圖4與圖5的差異也說(shuō)明，不同結(jié)構(gòu)的整機(jī)匹配性會(huì)明顯影響產(chǎn)品的使用性能。

2 結(jié)論

結(jié)合不同結(jié)構(gòu)類型換氣扇的成本差異，由于換氣扇的主要構(gòu)件為電機(jī)，成本差異也就主要體現(xiàn)在電機(jī)的成本上。異步電機(jī)由于結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，成本相對(duì)最低，但從其以上的風(fēng)量特性測(cè)試結(jié)果可知，其能量轉(zhuǎn)換效率低，且能達(dá)到的輸入輸出功率較小，已漸漸不能滿足人們?nèi)找嫣岣叩膶?duì)節(jié)能環(huán)保的要求。在相同較小輸入功率的前提下，電容啟動(dòng)異步電機(jī)的生產(chǎn)成本一般低于直流電機(jī)，但由于異步電機(jī)性能較穩(wěn)定、能達(dá)到較大的輸入功率且制造工藝較成熟等特點(diǎn)，在整個(gè)小家電行業(yè)還是得到了廣泛應(yīng)用。直流電機(jī)由于能耗較低、噪音小、體積較小、性能穩(wěn)定，特別是方便與新型能源如太陽(yáng)能結(jié)合使用等特點(diǎn)正被大量采用。在采用同類電機(jī)的條件下，如果不注重整個(gè)產(chǎn)品各主體結(jié)構(gòu)間的匹配性，也將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品的使用性能達(dá)不到最優(yōu)點(diǎn)。隨著更專業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)不斷成熟，所關(guān)注的產(chǎn)品性能將不僅僅是某幾個(gè)參數(shù)，更多的關(guān)注點(diǎn)將會(huì)隨著設(shè)計(jì)及檢測(cè)條件的改進(jìn)逐步向產(chǎn)品的綜合性能轉(zhuǎn)移。

在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)條件下，順德家用換氣扇出口企業(yè)在立足傳統(tǒng)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，積極創(chuàng)新，涌現(xiàn)出了大批的新產(chǎn)品，并在出口市場(chǎng)上贏得了先機(jī)，取得了很好的成效。以松下直流無(wú)刷電機(jī)為代表的節(jié)能高效型新一代換氣扇，引領(lǐng)換氣扇直流無(wú)刷電機(jī)的發(fā)展潮流，將會(huì)在一定時(shí)期內(nèi)在換氣扇高端市場(chǎng)處于統(tǒng)治地位；以配合安裝空間整體結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的各類帶燈換氣扇,將產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)及外形設(shè)計(jì)融入使用環(huán)境的整體建筑風(fēng)格，從而實(shí)現(xiàn)更加和諧一致的良好效果；以太陽(yáng)能光電板為主要能源結(jié)構(gòu)的各類直流風(fēng)扇，在節(jié)能環(huán)保這一全世界關(guān)注的主題下，正受到更多關(guān)注。

[1]冉紅衛(wèi)、王昱.關(guān)于熱交換效率和能量回收方面存在的認(rèn)識(shí)誤區(qū)問(wèn)題的探討[J].空調(diào)暖通技術(shù)，2009，1(5)：24-27.

[2]王企鯤.微型軸流風(fēng)扇氣動(dòng)設(shè)計(jì)與相似性研究[D].上海：上海理工大學(xué),2008.WANG Qikun.Aerodynamic design and similitude analysis for axial microfan[D].Shanghai：University of Shanghai for Science and Technology,2008.

[3]王企鯤，陳康民.微型軸流風(fēng)扇中變環(huán)量指數(shù)對(duì)扭葉片氣動(dòng)性能的影響叨[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2009，45(4)：76.82.WANG Qikun,CHEN ICangmin.Aerodynamic characteristics of twisted blade influenced by twisted power in micro axial fans[J].Journal of Mechanical Engineering，2009，45(4)：76—82.