南海濕熱海洋環(huán)境空調(diào)器環(huán)境適應(yīng)性實(shí)證試驗(yàn)

陳澤皓，彭煌，李俊超，祁黎，符國曉，王純詩，符史柏

（1.廣州電器科學(xué)研究院有限公司海南熱帶環(huán)境分公司 檢測管理部，瓊海 571400；2.中國電器科學(xué)研究院股份有限公司 工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510663；3.中國質(zhì)量認(rèn)證中心，北京 100073）

引言

隨著“一帶一路”倡議和“海洋戰(zhàn)略”的實(shí)施，我國南海區(qū)域的戰(zhàn)略意義日益凸顯[1]，海島微網(wǎng)、海上風(fēng)電、海上平臺、港口橋梁等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正加快推進(jìn)，近海或島礁軍事保障設(shè)施也逐步完善[2]。南海區(qū)域常年高溫多雨，空氣中鹽霧粒子含量高，環(huán)境非常嚴(yán)酷，對電器產(chǎn)品提出更高質(zhì)量要求[3]?？照{(diào)是南海區(qū)域重要的民用電器，同時也是軍事設(shè)施的重要保障條件，在南海嚴(yán)酷服役環(huán)境和高用電成本背景下，能夠長期高可靠運(yùn)行且長效節(jié)能的空調(diào)器產(chǎn)品，成為市場眾望所歸[4]；而如何對空調(diào)器的實(shí)際服役性能進(jìn)行準(zhǔn)確測評，如何對其長期服役性能進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，如何有效支撐空調(diào)器產(chǎn)品研發(fā)，是目前空調(diào)行業(yè)亟待解決的問題。

1 試驗(yàn)背景

空調(diào)器在海洋大氣環(huán)境中服役時，不可避免地會受到環(huán)境的影響，這將導(dǎo)致空調(diào)器中的金屬零部件腐蝕[5]，使得空調(diào)能效降低，能耗增加，甚至造成空調(diào)產(chǎn)品的失效，影響其可靠性和穩(wěn)定性[6][7]。

空調(diào)內(nèi)機(jī)安裝在室內(nèi)，服役環(huán)境相對比較穩(wěn)定和溫和，環(huán)境對空調(diào)內(nèi)機(jī)部件影響不大?？照{(diào)外機(jī)一般安裝在戶外大氣環(huán)境中，在海洋大氣環(huán)境長期服役過程中，環(huán)境中的各種腐蝕性因素，包含溫度、相對濕度、污染物氣體和鹽離子等，都將直接造成空調(diào)外機(jī)關(guān)鍵部件的腐蝕老化，引發(fā)部件性能的退化，壽命明顯縮短，尤其是換熱器的翅片[8]?？照{(diào)外機(jī)中的冷凝器安裝在外機(jī)壓縮機(jī)排氣口和節(jié)流裝置（毛細(xì)管或電子膨脹閥）之間，主要作用是利用銅管和鋁合金翅片的散熱作用，將空調(diào)壓縮機(jī)中排出的高溫高壓氣體（氟利昂）變?yōu)榈蜏馗邏旱囊后w[9]。一旦外機(jī)中冷凝器翅片由于環(huán)境的作用，造成腐蝕失效，翅片的表面狀態(tài)發(fā)生變化，散熱能力大大降低，進(jìn)而降低空調(diào)能效，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品失效并造成安全事故[10]?？照{(diào)的出廠設(shè)計壽命一般為10年，然而在南海某島礁和海南三亞等海洋大氣環(huán)境中服役的空調(diào) 3 年左右就發(fā)生了嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，造成空調(diào)性能的嚴(yán)重退化，甚至完全報廢[11]。因此，有必要通過戶外實(shí)證試驗(yàn)對空調(diào)器外機(jī)換熱器翅片在南海濕熱環(huán)境中腐蝕失效行為進(jìn)行研究。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)對象

本次試驗(yàn)對象為16臺空調(diào)樣機(jī)，其中8臺為大匹數(shù)家用中央空調(diào)，另外8臺為小匹數(shù)家用中央空調(diào)。海南省瓊海市濕熱大氣試驗(yàn)站與海南省椰林海洋大氣試驗(yàn)站，每個試驗(yàn)場地各安裝4臺大匹數(shù)和4臺小匹數(shù)家用中央空調(diào)。每種型號的空調(diào)又分為靜態(tài)與動態(tài)運(yùn)行對照組以及清洗與未清洗對照組進(jìn)行試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)對象安排如表1所示。

表1 南海濕熱環(huán)境試驗(yàn)空調(diào)投樣方案

2.2 試驗(yàn)條件

海南瓊海大氣暴露試驗(yàn)場的地理位置為北緯19 °14 ′35 ″，東經(jīng)110 °28 ′41 ″，海拔高度10.0 m；另外一個椰林試驗(yàn)站的地理位置為北緯19 °22 ′，東經(jīng)110 °40 ′，海拔高度0.44 m。兩個試驗(yàn)場地都設(shè)置了氣象因素監(jiān)測設(shè)備對各類氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，部分氣象數(shù)據(jù)如表2所示，其中溫度、相對濕度、風(fēng)速為平均值；太陽輻射量、降水量、降水時數(shù)、日照時數(shù)為累積量。

表2 試驗(yàn)期間暴曬場氣象數(shù)據(jù)

3 試驗(yàn)方法

空調(diào)器環(huán)境適應(yīng)性實(shí)證試驗(yàn)按照GB/T 20643.1中4.2方法、GB/T 9276-1996、GB/T 14165-2008試驗(yàn)大綱規(guī)定的條件進(jìn)行試驗(yàn)。空調(diào)器運(yùn)行的樣機(jī)按實(shí)際使用情況進(jìn)行安裝，包括外機(jī)和內(nèi)機(jī)，外機(jī)正面朝正南，樣機(jī)每天運(yùn)行8個小時，運(yùn)行溫度23 ℃；不運(yùn)行的樣機(jī)，面朝正南靜置放置，底座為水泥平臺。試驗(yàn)前，在所有的樣機(jī)外機(jī)殼體上三個不同的位置預(yù)先劃痕，三個位置為正面，背面，頂面如表3所示，并對樣機(jī)內(nèi)外關(guān)鍵部位進(jìn)行初次檢查，記錄存在的初始缺陷。

表3 外機(jī)殼體三個位置的劃痕圖片

試驗(yàn)的總時間為12個月，其中樣品檢測時間周期為1個月、3個月、6個月、9個月、12個月，檢測前室內(nèi)機(jī)不清洗，外機(jī)每次檢測前用自來水淋洗樣品整個表面。檢測的項(xiàng)目按照B/T 1766-2008、GB/T 6461-2002、GB/T 3681-2011目視檢查樣品的外觀。所有樣機(jī)試驗(yàn)前外觀都完好，沒有任何腐蝕與老化現(xiàn)象。

4 試驗(yàn)結(jié)果

由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)較多，本文只列舉試驗(yàn)1個月的數(shù)據(jù)與試驗(yàn)12個月的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，而且時間跨度越長，對比的結(jié)果會更加明顯，更可以發(fā)現(xiàn)空調(diào)器在南海濕熱環(huán)境下的環(huán)境適應(yīng)性情況。

4.1 試驗(yàn)1個月結(jié)果

對于試驗(yàn)1個月的空調(diào)器樣機(jī)，無論是安裝在瓊海試驗(yàn)站還是椰林試驗(yàn)站，無論是運(yùn)行還是不運(yùn)行的，無論是清洗還是未清洗，目視所觀測到的缺陷結(jié)果都是一樣，如表4所示為小匹數(shù)中央空調(diào)外機(jī)與大匹數(shù)中央空調(diào)外機(jī)不同部位的試驗(yàn)結(jié)果，表5所示為空調(diào)器主要材料的試驗(yàn)照片分析。

表4 中央空調(diào)外機(jī)1個月試驗(yàn)結(jié)果

表5 空調(diào)器重要部位的試驗(yàn)照片分析

4.2 試驗(yàn)12個月結(jié)果

對于試驗(yàn)12個月的空調(diào)器樣機(jī)，無論是安裝在瓊海試驗(yàn)站還是椰林試驗(yàn)站，無論是運(yùn)行還是不運(yùn)行的，無論是清洗還是未清洗，目視所觀測到的缺陷結(jié)果都是一樣，如表6所示為小匹數(shù)中央空調(diào)外機(jī)與大匹數(shù)中央空調(diào)外機(jī)不同部位的試驗(yàn)結(jié)果，表7所示為空調(diào)器主要材料的試驗(yàn)照片分析。

表6 中央空調(diào)外機(jī)12個月試驗(yàn)結(jié)果

表7 空調(diào)器重要部位的試驗(yàn)照片分析

5 結(jié)論

通過分析試驗(yàn)結(jié)果可知，空調(diào)器內(nèi)部密封零部件經(jīng)過一年周期試驗(yàn)之后腐蝕情況都不嚴(yán)重，而與大氣接觸的零部件腐蝕較為嚴(yán)重，其中鋁材料（刺片）腐蝕最為嚴(yán)重，銅材料（銅管）次之，鋼材料（螺釘）腐蝕較輕；大匹數(shù)中央空調(diào)中換熱器體積更大，翅片面積更大，銅管更多，進(jìn)而導(dǎo)致壓縮機(jī)的罐體也有輕微腐蝕，因此整體的腐蝕情況比小匹數(shù)中央空調(diào)更為嚴(yán)重。但是，無論是在不同場地進(jìn)行試驗(yàn)，或者空調(diào)是處于運(yùn)行狀態(tài)或者不允許狀態(tài)，或者空調(diào)外機(jī)有沒有進(jìn)行定期清洗，對照組之間的試驗(yàn)結(jié)果都沒有太大的差別，這是由于試驗(yàn)的周期只有一年，相比于空調(diào)器十年以上的使用壽命來說試驗(yàn)時間還是較短；另外，由于試驗(yàn)結(jié)果是通過目視進(jìn)行外觀檢查的，只能進(jìn)行定性分析，存在一定的誤差。因此，需進(jìn)一步開發(fā)相應(yīng)的設(shè)備與試驗(yàn)方法對空調(diào)器進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性加速試驗(yàn)，來滿足南海濕熱環(huán)境空調(diào)器環(huán)境適應(yīng)性的試驗(yàn)需求。