毛先友

摘? 要：隨著人們生活水平的提高和全球變暖的加劇，人們對(duì)空調(diào)的依賴性空前增強(qiáng)。然而，空調(diào)的能耗非常大，對(duì)環(huán)境的不利影響一直困擾著研究者。將用戶空調(diào)器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)一下，通過(guò)增加內(nèi)部單元循環(huán)風(fēng)量，優(yōu)化蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)。進(jìn)出管采用多進(jìn)多出，制冷劑進(jìn)出均勻，這樣能使制冷制熱能力和能效大大提高，滿足國(guó)際國(guó)內(nèi)節(jié)能、低碳、環(huán)保要求。本文通過(guò)對(duì)空調(diào)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性和解決這些問(wèn)題的方法，提出空調(diào)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一些建議，解決一些當(dāng)前全球資源緊張的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：空調(diào)結(jié)構(gòu)? 優(yōu)化? 設(shè)計(jì)? 能效? 探究

中圖分類(lèi)號(hào)：TB657.2 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）01（b）-0043-03

Research on Air Conditioning Structure Design and Optimization

MAO Xianyou

（Guangdong Midea Refrigeration Equipment Co.， Ltd.， Foshan， Guangdong Province， 528311 China）

Abstract： With the improvement of people's living standards and the intensification of global warming， people's dependence on air conditioning has increased unprecedentedly. However， the energy consumption of air-conditioning is very large， and its adverse effects on the environment have always plagued researchers. Optimize the structure of the user's air conditioner and optimize the evaporator structure by increasing the circulating air volume of the internal unit. The inlet and outlet pipes adopt multiple inlets and multiple outlets， and the refrigerant flows in and out uniformly， which can greatly improve the cooling and heating capacity and energy efficiency， and meet the international and domestic energy-saving， low-carbon， and environmental protection requirements. This article puts forward some suggestions on the optimal design of air-conditioning structure through the necessity of the optimal design of air-conditioning structure and the methods to solve these problems， so as to solve some of the current global resource shortage problems.

Key Words： Air conditioning structure; Optimization; Design; Energy efficiency; Exploration

空調(diào)一直是能源消耗和環(huán)保問(wèn)題的主要監(jiān)測(cè)對(duì)象，因?yàn)榭照{(diào)消耗的能源較多，對(duì)地球環(huán)境保護(hù)構(gòu)成威脅，如氟利昂導(dǎo)致臭氧層加劇減少導(dǎo)致的地球溫室效應(yīng)。目前空調(diào)年用電量已超過(guò)各種家用小電器的用電量。由于集中使用時(shí)間長(zhǎng)、季節(jié)性負(fù)荷大，加劇了能耗矛盾，導(dǎo)致電力系統(tǒng)負(fù)荷特性惡化，電網(wǎng)負(fù)荷率降低，電力設(shè)施浪費(fèi)資源。因此，空調(diào)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)迫在眉睫。

1? 優(yōu)化空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因

1.1 緩解能源危機(jī)

隨著世界能源短缺問(wèn)題的日益嚴(yán)重，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注能源問(wèn)題。中國(guó)的能源主要是煤炭，其他能源主要是石油和天然氣。它們都是不可再生資源，使用的可再生資源較少?？照{(diào)的耗電量非常大，然而，空調(diào)作為一種夏冷冬暖的功能性電器，是許多家庭必不可少的電器設(shè)備。有數(shù)據(jù)表明，空調(diào)等設(shè)施的能耗占總能耗的近10%。如此巨大的能源消耗不僅消耗了我國(guó)的不可再生能源，也限制了空調(diào)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。此外，人們對(duì)空調(diào)的使用也具有一定的季節(jié)性特點(diǎn)，特別是在夏季和冬季，空調(diào)的使用量非常大，這也嚴(yán)重導(dǎo)致電網(wǎng)本身的負(fù)荷壓力增大。在一些高耗能地區(qū)，電網(wǎng)因負(fù)荷過(guò)大而產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)因素將嚴(yán)重加劇，將導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷率嚴(yán)重下降，造成嚴(yán)重的電力浪費(fèi)。在中國(guó)，空調(diào)使用時(shí)大量的廢熱直接排放到空氣中，沒(méi)有經(jīng)過(guò)合理的回收利用，這也是對(duì)能源的浪費(fèi)。因此，空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)切實(shí)改進(jìn)空調(diào)設(shè)計(jì)。由于空調(diào)設(shè)備結(jié)構(gòu)必須優(yōu)化，使能源更加節(jié)能高效，節(jié)能成為未來(lái)中國(guó)空調(diào)行業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)[1]。

1.2 解決污染問(wèn)題

空調(diào)主要調(diào)整空氣溫度和濕度，并根據(jù)水的需求運(yùn)行。氣溶膠反應(yīng)的原因是空調(diào)，水和細(xì)粉塵。微生物被空氣循環(huán)阻斷，以及與待連接和儲(chǔ)存的細(xì)菌相關(guān)的空調(diào)?？照{(diào)污染的可能性對(duì)人體神經(jīng)，呼吸和免疫系統(tǒng)有害?？照{(diào)污染的主要原因是空調(diào)散熱器中的灰塵和細(xì)菌。因此，清潔空調(diào)并解決空調(diào)污染問(wèn)題是有幫助的。散熱器關(guān)閉，所以清潔空調(diào)有可能損壞空調(diào)本身，這既是污染也容易造成細(xì)菌生長(zhǎng)。在調(diào)整功能的情況下，空調(diào)主要是舒適的空氣到人體，但這也適用于空氣。另外，可以在不能分離空氣的替代中間譜中增殖細(xì)菌。但細(xì)菌立即通過(guò)通風(fēng)管道和建筑物膨脹，空調(diào)冷卻裝置熒光燈和臭氧層不能因嚴(yán)重原因再循環(huán)。氟碳裝置的使用，繼續(xù)增加全球變暖的趨勢(shì)。所以應(yīng)該在尋找控制情況的正確方法。

1.3 節(jié)約使用成本

在空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，節(jié)約成本也是不容忽視的重要方面。由于空調(diào)的使用是由不可再生資源消耗驅(qū)動(dòng)的，空調(diào)的功耗非常大，能源危機(jī)導(dǎo)致電價(jià)穩(wěn)步上漲，因此空調(diào)的日常運(yùn)行成本相對(duì)較大。此外，由于部分空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在不合理問(wèn)題，如果出現(xiàn)故障需要維修，維修費(fèi)用一般較高，而空調(diào)本身價(jià)格也不低。因此，對(duì)于很多家庭來(lái)說(shuō)，空調(diào)一直是一個(gè)相對(duì)沉重的負(fù)擔(dān)。高昂的成本防止了一些人過(guò)度使用空調(diào)設(shè)備。這不僅降低了人們的幸福指數(shù)，而且降低了人們的工作和生活熱情，不利于國(guó)家的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。目前，在空調(diào)設(shè)計(jì)中，提高能效比有很多方面，不僅從一個(gè)方面，只要能優(yōu)化影響能效的因素，都能夠叫做提高能效比。因此，無(wú)論是從提高人民生活水平還是節(jié)約空調(diào)資源使用成本的角度，優(yōu)化空調(diào)結(jié)構(gòu)都符合我國(guó)國(guó)情。不僅可以降低空調(diào)的能效，而且可以提高產(chǎn)品的性價(jià)比。

2? 優(yōu)化空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新技術(shù)

2.1 優(yōu)化室內(nèi)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新技術(shù)

空調(diào)最為主要技術(shù)部件包括風(fēng)管、貫流風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器等技術(shù)部件和環(huán)節(jié)。室內(nèi)空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)主要由基礎(chǔ)風(fēng)管、貫流風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)電機(jī)及軸承等基礎(chǔ)技術(shù)組成。為了達(dá)到室內(nèi)空調(diào)器工作系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行能力，有效提高能效比，需要對(duì)室內(nèi)空調(diào)器的風(fēng)道和貫流風(fēng)機(jī)的直徑和長(zhǎng)度進(jìn)行擴(kuò)容。作為一種大規(guī)模的技術(shù)改進(jìn)方法，可以在不增加技術(shù)成本的情況下使用。實(shí)現(xiàn)改造空調(diào)實(shí)際運(yùn)行規(guī)模的目的，有效實(shí)現(xiàn)空調(diào)內(nèi)部功能空間的拓展目標(biāo)。在這一技術(shù)實(shí)踐中，安裝在空調(diào)內(nèi)的風(fēng)機(jī)的實(shí)際風(fēng)量也將相應(yīng)增加，空調(diào)的能效也將得到顯著提高。在上述技術(shù)操作行為的基礎(chǔ)上，可以適當(dāng)改變貫流風(fēng)道的曲線，也可以有效地改善貫流風(fēng)道的噪聲和風(fēng)量。對(duì)于蒸發(fā)器的技術(shù)部件，我們不改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而是在實(shí)際運(yùn)行中改變輸入輸出技術(shù)模式。例如，我們可以將原來(lái)的三根管子進(jìn)入三根管子輸出的方式改進(jìn)為進(jìn)出都增加一根管子的方式，使制冷劑氣流的實(shí)際受力水平得到均勻的提高。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，試驗(yàn)結(jié)果表明，改造后的空調(diào)系統(tǒng)能有效提高風(fēng)量，并能顯著降低其能耗，從而全面節(jié)約能源。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，該室內(nèi)機(jī)在結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中對(duì)緩解用電緊張具有非常顯著的意義[2]。

2.2 優(yōu)化室外機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新技術(shù)

空調(diào)室外機(jī)又稱(chēng)空調(diào)主機(jī)?？照{(diào)壓縮機(jī)、冷凝器、毛細(xì)管和蒸發(fā)器四個(gè)主要部件，這四個(gè)器件中的前3個(gè)在室外機(jī)中。它是空調(diào)系統(tǒng)的心臟。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)空調(diào)室外機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，可以有效地提高空調(diào)器的能效。室外機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要是對(duì)空調(diào)機(jī)殼、風(fēng)機(jī)葉片等進(jìn)行改進(jìn)，將原來(lái)的兩高機(jī)殼改為三高機(jī)殼，可以簡(jiǎn)化原機(jī)殼模具結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本，改變風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)[3]。減少噪音，減少風(fēng)阻，使風(fēng)順暢。對(duì)空調(diào)用電機(jī)實(shí)施再匹配工藝流程，縮短電機(jī)軸可以達(dá)到降低振動(dòng)的技術(shù)目標(biāo)，實(shí)施電機(jī)后蓋的改造行為，可以牢固地降低整體模具裝配所遇到的機(jī)械力沖擊，切實(shí)降低空調(diào)室外機(jī)的技術(shù)制造成本。根據(jù)對(duì)上述改進(jìn)方案的客戶服務(wù)工作結(jié)果進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作，我們發(fā)現(xiàn)，一種適合于室外空調(diào)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)踐方法，可以相對(duì)有效地提高空調(diào)運(yùn)行技術(shù)系統(tǒng)的風(fēng)量強(qiáng)度，并且穩(wěn)步降低空調(diào)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以減少振動(dòng)，同時(shí)也可以使噪聲強(qiáng)度在客觀上得到較大程度的降低，減少實(shí)際空調(diào)中使用隔音海綿，達(dá)到有效延長(zhǎng)空調(diào)系統(tǒng)使用壽命，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的[4]。

2.3 提高空調(diào)的能效比的新技術(shù)

目前，提高能效比的主要措施是更換高能效壓縮機(jī)和增加換熱器。這也是提高能效比（在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)）最直接的途徑，但成本壓力巨大。壓縮機(jī)是空調(diào)的心臟，壓縮機(jī)的性能對(duì)整機(jī)起著決定性的作用。首先家用空調(diào)一般采用旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的額定制冷量應(yīng)比整機(jī)高200W～300W。如果壓縮機(jī)的額定制冷量過(guò)大，相應(yīng)的功耗會(huì)增加，整機(jī)的能效比會(huì)降低;如果壓縮機(jī)的額定制冷量選擇得太小，制冷系統(tǒng)的制冷量損失會(huì)降低整機(jī)的制冷量，制冷量不能滿足設(shè)計(jì)要求。其次，壓縮機(jī)的能效比也是一個(gè)重要的參數(shù)。在相同制冷量的情況下，與低能效比的壓縮機(jī)相比，高能效比的壓縮機(jī)比低能效比的壓縮機(jī)功耗更低，有利于整機(jī)能效比的提高[5]。然而，高曲率的壓縮機(jī)通常更昂貴，因此在選擇壓縮機(jī)時(shí)應(yīng)考慮性能和成本。此外，在各種運(yùn)行條件下，無(wú)論是額定工況還是極端工況，壓縮機(jī)的運(yùn)行工況都不應(yīng)超過(guò)壓縮機(jī)規(guī)范中給出的范圍。另外由于空調(diào)系統(tǒng)制冷劑效率比過(guò)大，不可能盲目提高高能壓縮機(jī)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的效率比。同時(shí)為了考慮空調(diào)系統(tǒng)的采暖要求，不宜選擇小排量壓縮機(jī)作為制冷能效比的目標(biāo)值。通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定最佳換熱器結(jié)構(gòu)和制冷劑充注量是提高空調(diào)能效比的關(guān)鍵。另外散熱面積的有效利用可以在很大程度上降低噪音，從而降低材料本身的成本，這對(duì)空調(diào)器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要意義。針對(duì)這些問(wèn)題，主要的解決辦法是重新布置管道，優(yōu)化和改進(jìn)空調(diào)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有效利用散熱器。

為了驗(yàn)證新舊空調(diào)器的區(qū)別，我們按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)室內(nèi)風(fēng)量進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)室內(nèi)機(jī)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)蒸發(fā)器出口處的風(fēng)量進(jìn)行了測(cè)試。對(duì)比數(shù)據(jù)表如表1所示。

可以很明顯的看出，新優(yōu)化的空調(diào)結(jié)構(gòu)的風(fēng)量增大，能力得到很大提高，這樣大大節(jié)約能耗?？照{(diào)需求的迅速增長(zhǎng)，將使需電量迅速增加，這就使空調(diào)器的節(jié)能問(wèn)題的研究具有特別重要的意義。因此，增加高能壓縮機(jī)和換熱器的質(zhì)量和工作時(shí)間能夠有效提高能效比，這是一種節(jié)能的新思路。研制節(jié)能空調(diào)器不但對(duì)生產(chǎn)者和消費(fèi)者有顯著效益，而且對(duì)緩解電力緊張狀況也具有明顯的意義[6]。

3? 結(jié)語(yǔ)

總之，如果空調(diào)結(jié)構(gòu)能夠得到合理優(yōu)化，將大大有助于緩解我國(guó)能源短缺，降低能源消耗。相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新技術(shù)、新工藝在空調(diào)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。通過(guò)不斷的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以更妥善地解決空調(diào)使用中的節(jié)能環(huán)保問(wèn)題，降低空調(diào)成本，讓人們?cè)谘谉岬南奶煜硎苁孢m的空氣環(huán)境。同時(shí)，減少后顧之憂，為子孫后代留下更多可利用的資源，使國(guó)家和社會(huì)更加全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展?？照{(diào)一直是我國(guó)能源消費(fèi)和環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)過(guò)程中的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。鑒于此，在現(xiàn)有條件下對(duì)空調(diào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化具有重要意義。

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