基于差壓原理的空調(diào)過濾網(wǎng)潔凈度檢測(cè)

楊會(huì)敏 黃偉環(huán) 唐楚強(qiáng)

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

1 引言

空調(diào)由于長(zhǎng)期運(yùn)行，細(xì)微的粉塵、污垢集結(jié)在空調(diào)濾網(wǎng)上，濾網(wǎng)臟堵會(huì)降低空調(diào)的制冷效率[1]，增加能耗[2]，更重要的是會(huì)滋生大量細(xì)菌、霉菌和難聞的異味[3]?？照{(diào)工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這些細(xì)菌會(huì)跟著空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)很快彌漫在室內(nèi)空氣中，接觸到人的皮膚和呼吸道，容易造成用戶多發(fā)疾病。經(jīng)調(diào)研了解，目前仍有諸多消費(fèi)者不關(guān)注空調(diào)過濾網(wǎng)，沒有定期對(duì)過濾網(wǎng)進(jìn)行清洗進(jìn)而造成灰塵臟堵情況。因此需要研發(fā)一種智能空調(diào)，可主動(dòng)檢測(cè)過濾網(wǎng)臟堵，并且能夠使空調(diào)在實(shí)際運(yùn)行過程中及時(shí)向用戶反饋空調(diào)過濾網(wǎng)臟堵情況，提醒用戶定時(shí)清理空調(diào)過濾網(wǎng)。

近些年來，行業(yè)在空調(diào)過濾網(wǎng)清潔提醒功能方面有很多種實(shí)現(xiàn)方法，從最開始的時(shí)間定時(shí)提醒到如今的差壓測(cè)量，其間出現(xiàn)了多種測(cè)量技術(shù)，包括光纖測(cè)量、空調(diào)風(fēng)機(jī)電壓和轉(zhuǎn)速、空調(diào)運(yùn)行電機(jī)的相電流、利用紅外原理實(shí)現(xiàn)檢測(cè)等。這些檢測(cè)技術(shù)因?yàn)楦髯詸z測(cè)原理的差異都存在技術(shù)特點(diǎn)上的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，具體對(duì)比情況見表1。

表1 不同技術(shù)方案對(duì)比表

風(fēng)道氣流差壓的檢測(cè)精度較高且穩(wěn)定，而且現(xiàn)階段差壓檢測(cè)裝置的硬件成本壓縮空間較大，因此選擇對(duì)風(fēng)道氣流差壓進(jìn)行應(yīng)用研究，并分析其在空調(diào)上應(yīng)用的影響因素。

2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證

2.1 設(shè)計(jì)理論分析

空調(diào)過濾網(wǎng)積灰程度越嚴(yán)重，其潔凈度越低，空調(diào)過濾網(wǎng)潔凈度變化過程中，空調(diào)風(fēng)道系統(tǒng)阻力也會(huì)發(fā)生改變，這種變化具有空調(diào)過濾網(wǎng)潔凈度越低，空調(diào)風(fēng)道系統(tǒng)阻力越大的規(guī)律。結(jié)合圖1所示，空調(diào)過濾網(wǎng)潔凈度降低，空調(diào)風(fēng)道系統(tǒng)阻力曲線由ΔP1-Q變化為ΔP2-Q，此時(shí)空調(diào)貫流風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)由Q1點(diǎn)移至Q2點(diǎn)，其中P為氣體的壓力，Q為風(fēng)量。

圖1 空調(diào)風(fēng)道系統(tǒng)阻力曲線[4]

結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)阻力曲線可以看到，空調(diào)器過濾網(wǎng)潔凈度降低后，過濾網(wǎng)潔凈度高的系統(tǒng)比潔凈度低的系統(tǒng)存在更多阻力損失，因而氣體流量減少，靜壓增大，進(jìn)而對(duì)應(yīng)風(fēng)量也會(huì)降低，最終過濾網(wǎng)兩側(cè)差壓越來越大。

壁掛式空調(diào)貫流風(fēng)機(jī)上的葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣流從葉輪敞開處進(jìn)入葉柵流經(jīng)葉輪內(nèi)部并且從另一面葉柵處排入蝸殼，形成工作氣流。由于氣流在葉輪內(nèi)的流動(dòng)比較復(fù)雜，導(dǎo)致其內(nèi)部存在非穩(wěn)定的氣流速度場(chǎng)，同時(shí)葉輪內(nèi)存在一個(gè)中心位于蝸舌附近的旋渦，使葉輪輸出端產(chǎn)生循環(huán)流，在旋渦外，葉輪內(nèi)的氣流流線呈圓弧形。因此葉輪外圓周上各點(diǎn)的流速不一致并且滿足越靠近渦心，速度愈大，越靠近渦殼，速度愈小的特性，因此差壓測(cè)量裝置出氣位置影響其穩(wěn)定性[5]。同時(shí)流體的壓力與流體速度的平方存在正比關(guān)系，因此空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)速也會(huì)對(duì)過濾網(wǎng)兩側(cè)壓力差產(chǎn)生一定的影響，如圖2所示為空調(diào)貫流風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)風(fēng)速排布示意圖。

圖2 空調(diào)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖[5]

2.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

為了解空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)、測(cè)量裝置安裝位置對(duì)穩(wěn)定性的影響因素，將結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)按照不同的實(shí)驗(yàn)條件采集數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析總結(jié)。圖3所示的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D中，空調(diào)系統(tǒng)工作時(shí)氣流在貫流風(fēng)機(jī)作用下從進(jìn)風(fēng)口流經(jīng)過濾網(wǎng)和蒸發(fā)器，將差壓測(cè)量裝置進(jìn)氣位置安裝在進(jìn)風(fēng)口過濾網(wǎng)外側(cè)，此時(shí)差壓測(cè)量裝置進(jìn)氣氣壓與室內(nèi)環(huán)境連通，出氣位置放置在過濾網(wǎng)內(nèi)側(cè)，此時(shí)出氣氣壓為氣流流經(jīng)過濾網(wǎng)后的氣壓。空調(diào)過濾網(wǎng)臟堵時(shí)，過濾網(wǎng)兩側(cè)氣壓發(fā)生變化后，差壓測(cè)量裝置進(jìn)氣和出氣兩端的氣壓會(huì)發(fā)生變化。為了客觀驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)過程中利用真實(shí)環(huán)境下空調(diào)運(yùn)行不同時(shí)間未經(jīng)清潔的過濾網(wǎng)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，并且通過運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短等效為不同百分比臟堵。實(shí)驗(yàn)前選取經(jīng)過0天、30天、90天、180天的不同過濾網(wǎng)，統(tǒng)計(jì)100個(gè)人員對(duì)于0/30/90/180天對(duì)應(yīng)空調(diào)過濾網(wǎng)臟堵百分比的主觀感受結(jié)果，最終在實(shí)驗(yàn)過程中分別將0天、30天、90天、180天過濾網(wǎng)依次等效為臟堵0%、25%、50%、75%的過濾網(wǎng)，如表2所示，示意圖如圖4所示。實(shí)驗(yàn)過程中采用空調(diào)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)以及運(yùn)行模式如表3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D

表2 真實(shí)空調(diào)過濾網(wǎng)臟堵程度

圖4 等效0%、25%、50%、75%不同百分比臟堵過濾網(wǎng)示意圖

表3 空調(diào)參數(shù)表

2.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試及驗(yàn)證分析

2.3.1 出氣位置對(duì)過濾網(wǎng)潔凈度檢測(cè)影響

由于葉輪外圓周上各點(diǎn)流速不一致并且滿足越靠近渦心，速度愈大，越靠近渦殼，速度愈小的特性[5]。同時(shí)差壓測(cè)量裝置進(jìn)氣與室內(nèi)環(huán)境連通，因此出氣在蒸發(fā)器位置可能會(huì)對(duì)過濾網(wǎng)潔凈度檢測(cè)效果產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)過程中分別采用圖5所示的出氣位置A、出氣位置B、出氣位置C三個(gè)不同出氣位置驗(yàn)證其對(duì)過濾網(wǎng)潔凈度檢測(cè)的影響，出氣A的位置位于進(jìn)風(fēng)口附近，與過濾網(wǎng)距離最??；出氣B的位置與過濾網(wǎng)距離較大，同時(shí)蒸發(fā)器氣流空腔較大；出氣C的位置距離進(jìn)風(fēng)口較遠(yuǎn)，與過濾網(wǎng)距離較小，流量較低。實(shí)驗(yàn)時(shí)將空調(diào)運(yùn)行模式和導(dǎo)風(fēng)板調(diào)整到固定模式，分別用25%、50%、75%過濾網(wǎng)進(jìn)行測(cè)試。從表4可以看到，出氣位置A、C數(shù)據(jù)變化梯度較小，不能明顯地區(qū)分空調(diào)過濾網(wǎng)臟堵情況，出氣位置B數(shù)據(jù)變化梯度比較穩(wěn)定，有利于區(qū)分空調(diào)過濾網(wǎng)臟堵情況，同時(shí)對(duì)于空調(diào)過濾網(wǎng)臟堵程度分級(jí)有一定指導(dǎo)意義。

圖5 出氣位置和進(jìn)氣位置示意圖

表4 不同出氣位置不同臟堵過濾網(wǎng)兩側(cè)差壓

2.3.2 風(fēng)速對(duì)空調(diào)過濾網(wǎng)潔凈度檢測(cè)影響

從系統(tǒng)阻力和風(fēng)機(jī)性能相關(guān)曲線可以看到，風(fēng)速與壓力存在一定的關(guān)系，為了分析不同風(fēng)速對(duì)空調(diào)過濾網(wǎng)潔凈度檢測(cè)的影響，實(shí)驗(yàn)過程中將壁掛式空調(diào)安裝在一定高度，同時(shí)將導(dǎo)風(fēng)板導(dǎo)風(fēng)角度調(diào)整到45°，采用25%、50%、75%不同臟堵程度過濾網(wǎng)分別測(cè)試高風(fēng)檔、中風(fēng)檔、低風(fēng)檔下空調(diào)過濾網(wǎng)兩側(cè)壓力差。由于空調(diào)運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)偶爾的氣流波動(dòng)，為了避免實(shí)驗(yàn)誤差，數(shù)據(jù)處理過程中采用平均的方法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

圖6所示為不同風(fēng)速、不同臟堵過濾網(wǎng)兩側(cè)差壓排布，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到，空調(diào)低風(fēng)檔的狀態(tài)相比中風(fēng)檔和高風(fēng)檔運(yùn)行時(shí)，差壓測(cè)量裝置的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較低，因此在潔凈度相同的空調(diào)過濾網(wǎng)情況下，差壓測(cè)量裝置在低風(fēng)速和高風(fēng)速兩種狀態(tài)下所采集的數(shù)據(jù)存在明顯差異，而且在高風(fēng)速的狀態(tài)下采集的數(shù)據(jù)更明顯，當(dāng)空調(diào)過濾網(wǎng)臟堵程度達(dá)到75%時(shí)，低風(fēng)檔運(yùn)行后過濾網(wǎng)兩側(cè)壓差接近過濾網(wǎng)臟堵程度達(dá)到25%時(shí)中風(fēng)檔運(yùn)行數(shù)據(jù)，容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)重疊。

圖6 不同風(fēng)速不同臟堵過濾網(wǎng)兩側(cè)差壓

因此進(jìn)行控制器功能邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，不同風(fēng)速選取不同預(yù)設(shè)值，極大影響空調(diào)過濾網(wǎng)潔凈度檢測(cè)效果。

2.3.3 導(dǎo)風(fēng)板位置對(duì)過濾網(wǎng)潔凈度檢測(cè)影響

空調(diào)處于掃風(fēng)狀態(tài)時(shí)導(dǎo)風(fēng)板的位置狀態(tài)也不一樣，掃風(fēng)角度差異對(duì)于出風(fēng)口壓力以及流速存在一定的影響，當(dāng)掃風(fēng)角度太小，此時(shí)出風(fēng)口開度較低，出風(fēng)量降低，空調(diào)蒸發(fā)器內(nèi)部氣壓發(fā)生上升，過濾網(wǎng)兩側(cè)壓力差下降。為此，在實(shí)驗(yàn)過程中分別選取30°、45°、60°三種不同掃風(fēng)角度來驗(yàn)證空調(diào)過濾網(wǎng)兩側(cè)壓差變化情況，圖7所示為空調(diào)導(dǎo)風(fēng)板在不同位置角度示意圖。

從表5所示的導(dǎo)風(fēng)板30°、45°、60°位置的空調(diào)過濾網(wǎng)兩側(cè)壓力差可以看到，導(dǎo)風(fēng)板位置會(huì)影響空調(diào)過濾網(wǎng)兩側(cè)的壓力差，而且導(dǎo)風(fēng)板在45°位置下過濾網(wǎng)兩側(cè)壓力差比較大，導(dǎo)風(fēng)板在60°位置下過濾網(wǎng)兩側(cè)壓力差較小，當(dāng)導(dǎo)風(fēng)板的角度越小，會(huì)導(dǎo)致空調(diào)蒸發(fā)器側(cè)的壓力發(fā)生變化，從而空調(diào)過濾網(wǎng)兩側(cè)壓力差會(huì)發(fā)生變化。因此在進(jìn)行空調(diào)過濾網(wǎng)臟堵檢測(cè)時(shí)，如果掃風(fēng)狀態(tài)下進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣會(huì)造成大范圍數(shù)據(jù)波動(dòng)，影響檢測(cè)效果。

表5 導(dǎo)風(fēng)板30°、45°、60°位置的空調(diào)過濾網(wǎng)兩側(cè)壓力差

2.3.4 不同臟堵程度過濾網(wǎng)測(cè)試

通過以上相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明，風(fēng)速、導(dǎo)風(fēng)板位置以及差壓測(cè)量裝置出氣口安裝位置對(duì)空調(diào)過濾網(wǎng)潔凈度檢測(cè)產(chǎn)生影響。為了能夠更好地顯示空調(diào)過濾網(wǎng)潔凈度檢測(cè)效果，將空調(diào)控制在高風(fēng)檔、空調(diào)導(dǎo)風(fēng)板在45°位置運(yùn)行，并且將差壓測(cè)量裝置出氣位置安裝在圖5所示的出氣位置B，分別以表2中0天、30天、90天、180天后不同臟堵程度過濾網(wǎng)進(jìn)行測(cè)試，最終的空調(diào)過濾網(wǎng)兩側(cè)的壓力差如表6所示。

表6 真實(shí)空調(diào)過濾網(wǎng)兩側(cè)壓力差

從表6可以看到，不同臟堵程度過濾網(wǎng)有不同數(shù)據(jù)梯度，這種數(shù)據(jù)梯度有利于過濾網(wǎng)臟堵程度進(jìn)行分級(jí)，設(shè)計(jì)員可以結(jié)合控制器功能設(shè)計(jì)利用不同閥值分級(jí)判斷空調(diào)過濾網(wǎng)臟堵情況并且及時(shí)提醒用戶清洗和更換空調(diào)過濾網(wǎng)。

3 結(jié)論與展望

通過理論分析探索了檢測(cè)空調(diào)過濾網(wǎng)兩側(cè)壓力差的可能存在影響因素，并且通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證各個(gè)因素下空調(diào)過濾網(wǎng)潔凈度檢測(cè)效果，初步得出以下結(jié)論：

（1）空調(diào)過濾網(wǎng)兩側(cè)壓力差在不同風(fēng)速下存在不同數(shù)據(jù)梯度，風(fēng)