窗式空調(diào)器靜音設(shè)計(jì)探討

鐘玉金 武滔

摘要：本文對(duì)常規(guī)窗式空調(diào)器的噪音影響因素進(jìn)行了理論分析，針對(duì)噪音貢獻(xiàn)最大的風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)做優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化方案的試驗(yàn)表明：靜音窗機(jī)的噪音值同比常規(guī)窗機(jī)下降11dB，優(yōu)化效果非常可觀，并且整機(jī)性能也略有提升。

關(guān)鍵詞：窗式空調(diào)器；靜音；高效氣動(dòng)布局；蒸發(fā)器

Research on application of ultra-quiet Window-Type air conditioner

Zhong Yujin， Wu Tao

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

Abstract：This paper makes a theoretical analysis of the noise influence factors of conventional Window-Type air conditioner. Optimized design for wind field structure with the maximum noise contribution. The performance of optimization scheme shows： the mute Window-Type air con- ditioner is 11 dB lower than the conventional WindowType air conditioner. The optimization effect is very considerable and performance improved slightly.

Keywords：Window-Type air conditioner； Mute； Efficient aerodynamic layout ； Evaporator

1、前言

窗式空調(diào)器一般由制冷系統(tǒng)、風(fēng)道系統(tǒng)、電控系統(tǒng)三大部分組成。相對(duì)于分體式空調(diào)器而言，窗式空調(diào)器的體積小，耗材少，成本低，安裝方便快捷，維修少，能廣泛的被市場(chǎng)接受，可適用于臥室、辦公室、家庭、小型計(jì)算機(jī)房等場(chǎng)所。

窗式空調(diào)器在全球銷售廣泛，年需求量在1000萬臺(tái)左右，其中北美市場(chǎng)就占約60%。因分體式空調(diào)器受安裝限制、安裝人工費(fèi)高等因素影響，美國(guó)約70%家庭采用窗式空調(diào)器降溫，主要銷售區(qū)域集中在美國(guó)東西海岸線城市。

窗式空調(diào)器嵌入安裝在窗戶或墻體內(nèi)，工作時(shí)不可避免地將整機(jī)噪音傳遞到室內(nèi)，其結(jié)構(gòu)一體化導(dǎo)致了壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等噪聲源與室內(nèi)側(cè)環(huán)境之間不能有效隔離，造成室內(nèi)噪聲污染較為明顯，用戶聽感體驗(yàn)較差。從表1中可以看出，現(xiàn)有窗式空調(diào)器的室內(nèi)側(cè)噪音值很高，高風(fēng)制冷甚至達(dá)到53.5～58.4dB（A），接近分體式空調(diào)器的室外機(jī)噪音水平，低風(fēng)制冷也達(dá)到48.4～53.6dB（A）。

高噪音已嚴(yán)重影響到客戶的使用體驗(yàn)，圖1展示的是在美國(guó)市場(chǎng)消費(fèi)者對(duì)窗式空調(diào)器的不滿意度調(diào)查，其中顯示噪音是客戶最不滿意的痛點(diǎn)問題。

隨著人們生活水平的提高和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，用戶在關(guān)注窗式空調(diào)器使用性能的同時(shí)對(duì)其噪聲提出了更高的要求，噪音逐漸成為人們?cè)谶x取空調(diào)時(shí)參考的一項(xiàng)重要指標(biāo)?？紤]以上需求，降低窗式空調(diào)器噪音水平極為必要。

2、傳統(tǒng)窗式空調(diào)器噪音瓶頸分析

窗式空調(diào)器的整機(jī)噪音是由壓縮機(jī)、風(fēng)輪風(fēng)葉、配管振動(dòng)等各運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的噪音疊加而成的，即如下噪音聲壓級(jí)疊加公式：

通過表2中數(shù)據(jù)可知，常規(guī)窗式空調(diào)器的各噪音來源中，風(fēng)噪的貢獻(xiàn)最大。

如圖2所示，常規(guī)窗式空調(diào)器的內(nèi)側(cè)風(fēng)道大多采用離心風(fēng)道，送風(fēng)過程中氣流會(huì)產(chǎn)生90°轉(zhuǎn)折，導(dǎo)致送風(fēng)效率低、噪聲高、舒適性差；內(nèi)側(cè)蒸發(fā)器普遍采用均阻力蒸發(fā)器，并未根據(jù)風(fēng)道本身的特性進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)；且內(nèi)外側(cè)風(fēng)道普遍采用單電機(jī)方案，如圖3所示，內(nèi)外側(cè)風(fēng)道效率受限，很難達(dá)到最佳。

3、靜音設(shè)計(jì)與分析

本文研究的超靜音窗式空調(diào)器打破傳統(tǒng)風(fēng)道形式，窗機(jī)內(nèi)側(cè)采用貫流風(fēng)道設(shè)計(jì)方案，進(jìn)出風(fēng)更加順暢，同風(fēng)量噪音更低；充分利用內(nèi)側(cè)貫流風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)特性，采用分段式、非均布阻力蒸發(fā)器：離風(fēng)輪較近的蒸發(fā)器采用三排，確保整個(gè)進(jìn)風(fēng)流場(chǎng)風(fēng)速分布更加均勻，同時(shí)可更好的防止進(jìn)出風(fēng)形成短路；離風(fēng)輪較遠(yuǎn)的蒸發(fā)器采用兩排，在確保順利排水的前提下，盡可能減小風(fēng)輪上游的進(jìn)風(fēng)攻角，提升風(fēng)道效率，降低噪聲。

3.1 高效氣動(dòng)布局貫流風(fēng)道設(shè)計(jì)

提出采用貫流風(fēng)道設(shè)計(jì)的高效氣動(dòng)布局，如圖4，直接在原結(jié)構(gòu)上換上貫流風(fēng)輪。

但實(shí)驗(yàn)證明存在以下弊端：首先，會(huì)導(dǎo)致不同位置的進(jìn)風(fēng)風(fēng)速差異明顯，靠近風(fēng)輪的蒸發(fā)器上半段風(fēng)速較大，而靠近底盤的蒸發(fā)器下半段風(fēng)速較小，造成蒸發(fā)器的換熱不均，換熱效率低下；同時(shí)，流經(jīng)蒸發(fā)器下半段進(jìn)風(fēng)折轉(zhuǎn)角度較大，導(dǎo)致流體噪聲偏高。其次，如前一點(diǎn)所述，由于蒸發(fā)器與貫流風(fēng)輪距離較大，導(dǎo)致流經(jīng)蒸發(fā)器的風(fēng)速差異明顯，使得進(jìn)風(fēng)格柵上半段負(fù)壓較大，下半段負(fù)壓較小，由于貫流風(fēng)道出風(fēng)口靜壓較低，尤其當(dāng)導(dǎo)流板偏向出風(fēng)口蝸舌條時(shí)，可能導(dǎo)致進(jìn)出風(fēng)短路——即由進(jìn)風(fēng)口流經(jīng)進(jìn)風(fēng)格柵、蒸發(fā)器、貫流風(fēng)輪、導(dǎo)流板的氣流再次被吸入進(jìn)風(fēng)口，使整個(gè)制冷系統(tǒng)惡化，能力、能效及舒適性大打折扣。

3.2 非均布阻力蒸發(fā)器

針對(duì)以上換熱送風(fēng)不均勻的問題，再將蒸發(fā)器設(shè)計(jì)采用兩折方案，如圖5所示，離出風(fēng)口最近的蒸發(fā)器7-1采用3排D7管，另一折蒸發(fā)器7-2采用2排D7管。一方面，離出風(fēng)口最近的蒸發(fā)器7-1的阻力較大，相應(yīng)于進(jìn)風(fēng)格柵處的負(fù)壓也較小，出風(fēng)口下端與進(jìn)風(fēng)格柵上端的壓差也將減小，將大大降低進(jìn)出風(fēng)短路的可能性。另一方面，按照離貫流風(fēng)輪越近（遠(yuǎn)）阻力越大（?。┑牟季衷瓌t，這樣流經(jīng)蒸發(fā)器的風(fēng)速分布更加均勻，制冷系統(tǒng)的流路設(shè)計(jì)也更為簡(jiǎn)單，不同流路之間的溫度差異也越小——即與主流風(fēng)速垂直方向上的溫度梯度將減小，整個(gè)流場(chǎng)的協(xié)同性更好，換熱效率更高。

綜合考慮結(jié)構(gòu)空間和換熱效率，調(diào)整蒸發(fā)器的布局，使氣流進(jìn)入蒸發(fā)器和貫流風(fēng)輪的攻角盡量小，整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)阻降低，主流風(fēng)速和溫度梯度的夾角減小，整個(gè)流場(chǎng)的協(xié)同性得到改善，換熱效率得到提升。同時(shí)，由于進(jìn)風(fēng)氣流更加順暢，同風(fēng)量下的流致噪聲也將得到進(jìn)一步改善，針對(duì)貫流風(fēng)輪敏感的風(fēng)聲不穩(wěn)、風(fēng)嘯等問題優(yōu)化了出風(fēng)口結(jié)構(gòu)。

3.3 雙電機(jī)均衡布局設(shè)計(jì)

打破傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局，靜音窗機(jī)采用雙電機(jī)獨(dú)立設(shè)計(jì)內(nèi)外風(fēng)道系統(tǒng)，提升整個(gè)系統(tǒng)的送風(fēng)效率。這樣室內(nèi)側(cè)貫流風(fēng)輪轉(zhuǎn)速調(diào)整不受外側(cè)影響，從而對(duì)風(fēng)量以及噪音的調(diào)整更加靈活。

采用高效氣動(dòng)布局貫流風(fēng)道設(shè)計(jì)，靜音窗式空調(diào)器的整機(jī)送風(fēng)噪聲降低15dB（A），制冷噪聲降低11dB（A）。效果明顯，詳見表3。

3.4整機(jī)性能驗(yàn)證

經(jīng)過以上結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，靜音窗機(jī)的噪音遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)窗機(jī)，同時(shí)在性能方面也得到了優(yōu)化，如表4所示，同樣條件下，靜音窗機(jī)的能力和能效值都高于常規(guī)窗機(jī)。

4、結(jié)論

靜音窗式空調(diào)器顛覆了傳統(tǒng)窗機(jī)的風(fēng)場(chǎng)設(shè)計(jì)，在技術(shù)上解決了傳統(tǒng)窗機(jī)噪音大的痛點(diǎn)問題，營(yíng)造健康和諧的生活環(huán)境，可以促使行業(yè)技術(shù)水平的良性競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展。用戶可以通過付出較少的代價(jià)（低安裝費(fèi)）體驗(yàn)噪音品質(zhì)優(yōu)良的產(chǎn)品，具有非常大的社會(huì)效益。

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