基于風(fēng)壓特性的換氣扇發(fā)展趨勢研究

趙紫明

(順德出入境檢驗檢疫局 廣東順德 528303)

0 前言

隨著社會的發(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)定作前期準備。各種換氣扇正被廣泛使用，在我國高檔住宅區(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)的使用時間，從而有效地實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保[1]。

普通型家用換氣扇以其結(jié)構(gòu)簡單、價格適中已被廣泛使用，但隨著社會的不斷發(fā)展，人們對居住環(huán)境長期所使用的換氣扇的要求越來越高。比如外觀要更簡單大方且經(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久保持等等。但現(xiàn)階段我國行業(yè)內(nèi)的設(shè)計及制造水平有限，一般還處于仿制或者經(jīng)驗值估計階段，不能提供準確的產(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)保意識的不斷增強，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)重點關(guān)注的產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵控制點。

1 五種軸流式換氣扇的風(fēng)量特性測試

近兩年順德轄區(qū)內(nèi)的各類家用型換氣扇出口每年約80萬臺，其生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計及制造水平也參差不齊，有世界500強的大企業(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。相似設(shè)計作為旋轉(zhuǎn)式葉輪機械設(shè)計中的一種重要手段，已無數(shù)次地被成功應(yīng)用于大中型風(fēng)扇的改型設(shè)計中[2-3]。在小家電行業(yè)，生產(chǎn)企業(yè)一般都采用相似設(shè)計理念，但在設(shè)計過程中往往會由于設(shè)計能力或者試驗及檢測條件的限制，只能關(guān)注到有限的幾個性能參數(shù)，對產(chǎn)品的綜合性能缺乏實質(zhì)性的有效監(jiān)控。

家用換氣扇所采用的電機一般有3種類型：單相電容啟動異步電動機、罩極電動機、直流電機。其中直流電機正處于蓬勃發(fā)展階段，各種直流電機結(jié)構(gòu)差別較大，傳統(tǒng)有碳刷直流電機由于其使用過程中的損耗較大等問題正被其他性能更穩(wěn)定的無刷直流電機所取代。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)品進行風(fēng)量特性測試，所采用的測試設(shè)備及方法滿足AMCA210-99標準的要求。

表1 矽鋼片電機APB25-5-30型風(fēng)量測試結(jié)果

表2 冷扎片電機APB25-5-30型風(fēng)量測試結(jié)果

1.1 兩種不同定子材料單相電容啟動異步電機的換氣扇風(fēng)量特性測試

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行風(fēng)量特性測試，所采用的電機均屬于單相電容啟動異步

電機。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)量測試結(jié)果，圖1與圖2分別繪出了風(fēng)壓特性曲線。

測試說明：

（1）測試方法:AMCA210-99；

（2）風(fēng)量測試狀態(tài):帶整機測試；

（3）測試設(shè)備:LW-9120M-RSAN；

（4）出風(fēng)口面積:530.91cm2；

（5）標準狀況(STP):溫度20℃,濕度50%,氣壓為760mmHg。

圖1與圖2的曲線明顯看出，在基本相同的測試條件下，矽鋼片電機的換氣扇在各風(fēng)壓值的風(fēng)量均大于普通冷扎板電機的換氣扇。轉(zhuǎn)速對風(fēng)量的影響方面，當轉(zhuǎn)速達到1200r/min左右時，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系已完全不能再靠經(jīng)驗估計，矽鋼片電機的換氣扇較高風(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的換氣扇。

1.2 直流電機換氣扇風(fēng)量特性測試

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

測試說明：

（1）測試方法:AMCA210-99；

（2）風(fēng)量測試狀態(tài):帶整機測試；

（3）測試設(shè)備:LW-9120M-RSAN；

（4）出風(fēng)口面積:379.94cm2；

（5）標準狀況(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)壓對轉(zhuǎn)速的影響較小，即說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)量也沒有明顯的比例關(guān)系，再一次證明轉(zhuǎn)速估測風(fēng)量的經(jīng)驗方法不可取。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 兩種罩極電機換氣扇風(fēng)量特性測試

型號為LANF-25-B與CAT-R621/2的軸流式換氣扇均采用罩極電機，結(jié)構(gòu)簡單，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)量測試結(jié)果，圖4與圖5分別繪出了其風(fēng)壓特性曲線。

測試說明：

（1）測試方法:AMCA210-99；

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

表4 軸流式型風(fēng)量測試結(jié)果

表5 軸流式CAT-R621/2型風(fēng)量測試結(jié)果

（3）測試設(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）標準狀況(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，即說明這種換氣扇工作范圍也較小，工作狀態(tài)時性能不穩(wěn)定。同時由于罩極電機效率低，工作狀態(tài)時的風(fēng)量也較小。從圖4及圖5的RPM曲線可看出，當轉(zhuǎn)速變化較大時，風(fēng)量的變化量較小，又一次證明依據(jù)轉(zhuǎn)速估測風(fēng)量的經(jīng)驗方法不可取。從圖4與圖5的差異也說明，不同結(jié)構(gòu)的整機匹配性會明顯影響產(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，成本差異也就主要體現(xiàn)在電機的成本上。異步電機由于結(jié)構(gòu)最簡單，成本相對最低，但從其以上的風(fēng)量特性測試結(jié)果可知，其能量轉(zhuǎn)換效率低，且能達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?jié)能環(huán)保的要求。在相同較小輸入功率的前提下，電容啟動異步電機的生產(chǎn)成本一般低于直流電機，但由于異步電機性能較穩(wěn)定、能達到較大的輸入功率且制造工藝較成熟等特點，在整個小家電行業(yè)還是得到了廣泛應(yīng)用。直流電機由于能耗較低、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能結(jié)合使用等特點正被大量采用。在采用同類電機的條件下，如果不注重整個產(chǎn)品各主體結(jié)構(gòu)間的匹配性，也將會導(dǎo)致整個產(chǎn)品的使用性能達不到最優(yōu)點。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參數(shù)，更多的關(guān)注點將會隨著設(shè)計及檢測條件的改進逐步向產(chǎn)品的綜合性能轉(zhuǎn)移。

在激烈的市場競爭條件下，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，并在出口市場上贏得了先機，取得了很好的成效。以松下直流無刷電機為代表的節(jié)能高效型新一代換氣扇，引領(lǐng)換氣扇直流無刷電機的發(fā)展潮流，將會在一定時期內(nèi)在換氣扇高端市場處于統(tǒng)治地位；以配合安裝空間整體結(jié)構(gòu)而設(shè)計的各類帶燈換氣扇,將產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)及外形設(shè)計融入使用環(huán)境的整體建筑風(fēng)格，從而實現(xiàn)更加和諧一致的良好效果；以太陽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識誤區(qū)問題的探討[J].空調(diào)暖通技術(shù)，2009，1(5)：24-27.

[2]王企鯤.微型軸流風(fēng)扇氣動設(shè)計與相似性研究[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)對扭葉片氣動性能的影響叨[J].機械工程學(xué)報，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.