空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化探究

毛先友

摘? 要：隨著人們生活水平的提高和全球變暖的加劇，人們對空調(diào)的依賴性空前增強。然而，空調(diào)的能耗非常大，對環(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)計一下，通過增加內(nèi)部單元循環(huán)風量，優(yōu)化蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)。進出管采用多進多出，制冷劑進出均勻，這樣能使制冷制熱能力和能效大大提高，滿足國際國內(nèi)節(jié)能、低碳、環(huán)保要求。本文通過對空調(diào)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的必要性和解決這些問題的方法，提出空調(diào)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的一些建議，解決一些當前全球資源緊張的問題。

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

中圖分類號：TB657.2 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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)保問題的主要監(jiān)測對象，因為空調(diào)消耗的能源較多，對地球環(huán)境保護構(gòu)成威脅，如氟利昂導致臭氧層加劇減少導致的地球溫室效應(yīng)。目前空調(diào)年用電量已超過各種家用小電器的用電量。由于集中使用時間長、季節(jié)性負荷大，加劇了能耗矛盾，導致電力系統(tǒng)負荷特性惡化，電網(wǎng)負荷率降低，電力設(shè)施浪費資源。因此，空調(diào)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計迫在眉睫。

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

1.1 緩解能源危機

隨著世界能源短缺問題的日益嚴重，人們越來越關(guān)注能源問題。中國的能源主要是煤炭，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。空調(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的不可再生能源，也限制了空調(diào)行業(yè)的進一步發(fā)展。此外，人們對空調(diào)的使用也具有一定的季節(jié)性特點，特別是在夏季和冬季，空調(diào)的使用量非常大，這也嚴重導致電網(wǎng)本身的負荷壓力增大。在一些高耗能地區(qū)，電網(wǎng)因負荷過大而產(chǎn)生的風險因素將嚴重加劇，將導致電網(wǎng)負荷率嚴重下降，造成嚴重的電力浪費。在中國，空調(diào)使用時大量的廢熱直接排放到空氣中，沒有經(jīng)過合理的回收利用，這也是對能源的浪費。因此，空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計師應(yīng)切實改進空調(diào)設(shè)計。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)能成為未來中國空調(diào)行業(yè)的主要發(fā)展趨勢[1]。

1.2 解決污染問題

空調(diào)主要調(diào)整空氣溫度和濕度，并根據(jù)水的需求運行。氣溶膠反應(yīng)的原因是空調(diào)，水和細粉塵。微生物被空氣循環(huán)阻斷，以及與待連接和儲存的細菌相關(guān)的空調(diào)。空調(diào)污染的可能性對人體神經(jīng)，呼吸和免疫系統(tǒng)有害。空調(diào)污染的主要原因是空調(diào)散熱器中的灰塵和細菌。因此，清潔空調(diào)并解決空調(diào)污染問題是有幫助的。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菌生長。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菌。但細菌立即通過通風管道和建筑物膨脹，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。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)動的，空調(diào)的功耗非常大，能源危機導致電價穩(wěn)步上漲，因此空調(diào)的日常運行成本相對較大。此外，由于部分空調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計存在不合理問題，如果出現(xiàn)故障需要維修，維修費用一般較高，而空調(diào)本身價格也不低。因此，對于很多家庭來說，空調(diào)一直是一個相對沉重的負擔。高昂的成本防止了一些人過度使用空調(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，不利于國家的長遠發(fā)展。目前，在空調(diào)設(shè)計中，提高能效比有很多方面，不僅從一個方面，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)都符合我國國情。不僅可以降低空調(diào)的能效，而且可以提高產(chǎn)品的性價比。

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

2.1 優(yōu)化室內(nèi)機結(jié)構(gòu)設(shè)計的新技術(shù)

空調(diào)最為主要技術(shù)部件包括風管、貫流風機、蒸發(fā)器等技術(shù)部件和環(huán)節(jié)。室內(nèi)空調(diào)風管系統(tǒng)主要由基礎(chǔ)風管、貫流風機、風機電機及軸承等基礎(chǔ)技術(shù)組成。為了達到室內(nèi)空調(diào)器工作系統(tǒng)的實際運行能力，有效提高能效比，需要對室內(nèi)空調(diào)器的風道和貫流風機的直徑和長度進行擴容。作為一種大規(guī)模的技術(shù)改進方法，可以在不增加技術(shù)成本的情況下使用。實現(xiàn)改造空調(diào)實際運行規(guī)模的目的，有效實現(xiàn)空調(diào)內(nèi)部功能空間的拓展目標。在這一技術(shù)實踐中，安裝在空調(diào)內(nèi)的風機的實際風量也將相應(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，可以適當改變貫流風道的曲線，也可以有效地改善貫流風道的噪聲和風量。對于蒸發(fā)器的技術(shù)部件，我們不改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而是在實際運行中改變輸入輸出技術(shù)模式。例如，我們可以將原來的三根管子進入三根管子輸出的方式改進為進出都增加一根管子的方式，使制冷劑氣流的實際受力水平得到均勻的提高。根據(jù)相關(guān)標準的要求，試驗結(jié)果表明，改造后的空調(diào)系統(tǒng)能有效提高風量，并能顯著降低其能耗，從而全面節(jié)約能源。相關(guān)實驗結(jié)果也表明，該室內(nèi)機在結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中對緩解用電緊張具有非常顯著的意義[2]。

2.2 優(yōu)化室外機結(jié)構(gòu)設(shè)計的新技術(shù)

空調(diào)室外機又稱空調(diào)主機。空調(diào)壓縮機、冷凝器、毛細管和蒸發(fā)器四個主要部件，這四個器件中的前3個在室外機中。它是空調(diào)系統(tǒng)的心臟。通過優(yōu)化設(shè)計方法對空調(diào)室外機結(jié)構(gòu)進行改進，可以有效地提高空調(diào)器的能效。室外機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要是對空調(diào)機殼、風機葉片等進行改進，將原來的兩高機殼改為三高機殼，可以簡化原機殼模具結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本，改變風機葉片結(jié)構(gòu)[3]。減少噪音，減少風阻，使風順暢。對空調(diào)用電機實施再匹配工藝流程，縮短電機軸可以達到降低振動的技術(shù)目標，實施電機后蓋的改造行為，可以牢固地降低整體模具裝配所遇到的機械力沖擊，切實降低空調(diào)室外機的技術(shù)制造成本。根據(jù)對上述改進方案的客戶服務(wù)工作結(jié)果進行的實驗驗證工作，我們發(fā)現(xiàn)，一種適合于室外空調(diào)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化實踐方法，可以相對有效地提高空調(diào)運行技術(shù)系統(tǒng)的風量強度，并且穩(wěn)步降低空調(diào)電機的轉(zhuǎn)速可以減少振動，同時也可以使噪聲強度在客觀上得到較大程度的降低，減少實際空調(diào)中使用隔音海綿，達到有效延長空調(diào)系統(tǒng)使用壽命，實現(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和增加換熱器。這也是提高能效比（在設(shè)計允許范圍內(nèi)）最直接的途徑，但成本壓力巨大。壓縮機是空調(diào)的心臟，壓縮機的性能對整機起著決定性的作用。首先家用空調(diào)一般采用旋轉(zhuǎn)式壓縮機，壓縮機的額定制冷量應(yīng)比整機高200W～300W。如果壓縮機的額定制冷量過大，相應(yīng)的功耗會增加，整機的能效比會降低;如果壓縮機的額定制冷量選擇得太小，制冷系統(tǒng)的制冷量損失會降低整機的制冷量，制冷量不能滿足設(shè)計要求。其次，壓縮機的能效比也是一個重要的參數(shù)。在相同制冷量的情況下，與低能效比的壓縮機相比，高能效比的壓縮機比低能效比的壓縮機功耗更低，有利于整機能效比的提高[5]。然而，高曲率的壓縮機通常更昂貴，因此在選擇壓縮機時應(yīng)考慮性能和成本。此外，在各種運行條件下，無論是額定工況還是極端工況，壓縮機的運行工況都不應(yīng)超過壓縮機規(guī)范中給出的范圍。另外由于空調(diào)系統(tǒng)制冷劑效率比過大，不可能盲目提高高能壓縮機對空調(diào)系統(tǒng)的效率比。同時為了考慮空調(diào)系統(tǒng)的采暖要求，不宜選擇小排量壓縮機作為制冷能效比的目標值。通過理論計算和實驗驗證，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，這對空調(diào)器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要意義。針對這些問題，主要的解決辦法是重新布置管道，優(yōu)化和改進空調(diào)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有效利用散熱器。

為了驗證新舊空調(diào)器的區(qū)別，我們按照國際標準對室內(nèi)風量進行了測試，并對室內(nèi)機風機系統(tǒng)蒸發(fā)器出口處的風量進行了測試。對比數(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)的風量增大，能力得到很大提高，這樣大大節(jié)約能耗。空調(diào)需求的迅速增長，將使需電量迅速增加，這就使空調(diào)器的節(jié)能問題的研究具有特別重要的意義。因此，增加高能壓縮機和換熱器的質(zhì)量和工作時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)器不但對生產(chǎn)者和消費者有顯著效益，而且對緩解電力緊張狀況也具有明顯的意義[6]。

3? 結(jié)語

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能源短缺，降低能源消耗。相信隨著科學技術(shù)的進一步發(fā)展，新技術(shù)、新工藝在空調(diào)設(shè)計和生產(chǎn)中的應(yīng)用將會更加廣泛。通過不斷的優(yōu)化設(shè)計，可以更妥善地解決空調(diào)使用中的節(jié)能環(huán)保問題，降低空調(diào)成本，讓人們在炎熱的夏天享受舒適的空氣環(huán)境。同時，減少后顧之憂，為子孫后代留下更多可利用的資源，使國家和社會更加全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展?？照{(diào)一直是我國能源消費和環(huán)境保護監(jiān)測過程中的重點監(jiān)測對象。鑒于此，在現(xiàn)有條件下對空調(diào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化具有重要意義。

參考文獻

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[6] 鄭瑞.家用空調(diào)的噪聲控制數(shù)值分析與結(jié)構(gòu)改進設(shè)計[D].濟南：山東科技大學，2017.