窗式空調器靜音設計探討

2018-09-10 06:40:49鐘玉金武滔

家用電器 2018年2期

鐘玉金武滔

摘要：本文對常規窗式空調器的噪音影響因素進行了理論分析，針對噪音貢獻最大的風場結構做優化設計。優化方案的試驗表明：靜音窗機的噪音值同比常規窗機下降11dB，優化效果非常可觀，并且整機性能也略有提升。

關鍵詞：窗式空調器；靜音；高效氣動布局；蒸發器

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

窗式空調器一般由制冷系統、風道系統、電控系統三大部分組成。相對于分體式空調器而言，窗式空調器的體積小，耗材少，成本低，安裝方便快捷，維修少，能廣泛的被市場接受，可適用于臥室、辦公室、家庭、小型計算機房等場所。

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

窗式空調器嵌入安裝在窗戶或墻體內，工作時不可避免地將整機噪音傳遞到室內，其結構一體化導致了壓縮機、風機等噪聲源與室內側環境之間不能有效隔離，造成室內噪聲污染較為明顯，用戶聽感體驗較差。從表1中可以看出，現有窗式空調器的室內側噪音值很高，高風制冷甚至達到53.5～58.4dB（A），接近分體式空調器的室外機噪音水平，低風制冷也達到48.4～53.6dB（A）。

高噪音已嚴重影響到客戶的使用體驗，圖1展示的是在美國市場消費者對窗式空調器的不滿意度調查，其中顯示噪音是客戶最不滿意的痛點問題。

隨著人們生活水平的提高和環境保護意識的增強，用戶在關注窗式空調器使用性能的同時對其噪聲提出了更高的要求，噪音逐漸成為人們在選取空調時參考的一項重要指標。考慮以上需求，降低窗式空調器噪音水平極為必要。

2、傳統窗式空調器噪音瓶頸分析

窗式空調器的整機噪音是由壓縮機、風輪風葉、配管振動等各運動部件產生的噪音疊加而成的，即如下噪音聲壓級疊加公式：

通過表2中數據可知，常規窗式空調器的各噪音來源中，風噪的貢獻最大。

如圖2所示，常規窗式空調器的內側風道大多采用離心風道，送風過程中氣流會產生90°轉折，導致送風效率低、噪聲高、舒適性差；內側蒸發器普遍采用均阻力蒸發器，并未根據風道本身的特性進行系統設計；且內外側風道普遍采用單電機方案，如圖3所示，內外側風道效率受限，很難達到最佳。

3、靜音設計與分析

本文研究的超靜音窗式空調器打破傳統風道形式，窗機內側采用貫流風道設計方案，進出風更加順暢，同風量噪音更低；充分利用內側貫流風道的進風特性，采用分段式、非均布阻力蒸發器：離風輪較近的蒸發器采用三排，確保整個進風流場風速分布更加均勻，同時可更好的防止進出風形成短路；離風輪較遠的蒸發器采用兩排，在確保順利排水的前提下，盡可能減小風輪上游的進風攻角，提升風道效率，降低噪聲。

3.1 高效氣動布局貫流風道設計

提出采用貫流風道設計的高效氣動布局，如圖4，直接在原結構上換上貫流風輪。

但實驗證明存在以下弊端：首先，會導致不同位置的進風風速差異明顯，靠近風輪的蒸發器上半段風速較大，而靠近底盤的蒸發器下半段風速較小，造成蒸發器的換熱不均，換熱效率低下；同時，流經蒸發器下半段進風折轉角度較大，導致流體噪聲偏高。其次，如前一點所述，由于蒸發器與貫流風輪距離較大，導致流經蒸發器的風速差異明顯，使得進風格柵上半段負壓較大，下半段負壓較小，由于貫流風道出風口靜壓較低，尤其當導流板偏向出風口蝸舌條時，可能導致進出風短路——即由進風口流經進風格柵、蒸發器、貫流風輪、導流板的氣流再次被吸入進風口，使整個制冷系統惡化，能力、能效及舒適性大打折扣。

3.2 非均布阻力蒸發器

針對以上換熱送風不均勻的問題，再將蒸發器設計采用兩折方案，如圖5所示，離出風口最近的蒸發器7-1采用3排D7管，另一折蒸發器7-2采用2排D7管。一方面，離出風口最近的蒸發器7-1的阻力較大，相應于進風格柵處的負壓也較小，出風口下端與進風格柵上端的壓差也將減小，將大大降低進出風短路的可能性。另一方面，按照離貫流風輪越近（遠）阻力越大（小）的布局原則，這樣流經蒸發器的風速分布更加均勻，制冷系統的流路設計也更為簡單，不同流路之間的溫度差異也越小——即與主流風速垂直方向上的溫度梯度將減小，整個流場的協同性更好，換熱效率更高。

綜合考慮結構空間和換熱效率，調整蒸發器的布局，使氣流進入蒸發器和貫流風輪的攻角盡量小，整個系統的風阻降低，主流風速和溫度梯度的夾角減小，整個流場的協同性得到改善，換熱效率得到提升。同時，由于進風氣流更加順暢，同風量下的流致噪聲也將得到進一步改善，針對貫流風輪敏感的風聲不穩、風嘯等問題優化了出風口結構。

3.3 雙電機均衡布局設計

打破傳統結構布局，靜音窗機采用雙電機獨立設計內外風道系統，提升整個系統的送風效率。這樣室內側貫流風輪轉速調整不受外側影響，從而對風量以及噪音的調整更加靈活。