淺析家用空調室外機輕薄化設計

王波 蔡序杰 宋英杰

(廣東美的制冷設備有限公司 廣東 佛山 528311)

淺析家用空調室外機輕薄化設計

王波 蔡序杰 宋英杰

(廣東美的制冷設備有限公司 廣東 佛山 528311)

家用空調室外機的輕薄差異化特征是未來空調發展的方向之一，通過對當前空調室外機的結構形式進行研究，從拓撲的角度結合當前空調行業新型技術，分析空調室外機整體輕薄化的優化設計方向，不僅有利于資源的有效利用，也對空調產品設計有一定的參考意義。

家用空調;室外機;結構;輕薄化

1、前言

隨著我國居民生活水平的提高及生活環境的日益惡化，空調成為了人們在生活中最不可或缺的家電之一。根據《2016年中國空調產業白皮書》所述，截止到2016年底，我國目前空調保有量約4億臺（套），研究機構預測這一數值預計將會在未來十年內增長近一倍。用戶在購買空調時會考慮包括品牌、價格、性能和外觀等多重因素進行指導參考[1]。因此，抓住用戶痛點需求，進行前沿技術研究轉化為產品優勢，進而擴大市場份額也是當前國內外各大空調廠商的努力方向。

2、家用空調室外機輕薄化的必要性

2.1 差異化產品發展

近年來，格力的玫瑰柜機和油畫空調、美的智能王球形掛機和海爾的天樽風洞柜機等差異化的空調產品在各大展銷會上引人注目，一方面說明各大空調廠商的技術實力不斷提升，另一方面也說明用戶差異化需求也在逐步擴大。未來將差異化作為賣點的空調產品會越來越多，差異化也會成為用戶購買空調的主要參考因素之一[2]。但是上述的差異化空調側重差異化的室內空調器，室外機則是采用標準化平臺設計，沒有顯著的亮點。而本文中提出的室外機的輕薄化設計即可作為差異化特征，用以與其他產品區分，增加產品的賣點和溢價能力[3]。

2.2 空調室外機的輕薄化

當前家用空調的室外機主要是利用支架固定在住宅墻體外側或者預留安裝位，位置固定單一，但是也容易被其他潛在用戶觀察和認知。輕薄化的室外機不僅在用戶購買時，會對其造成直接的視覺沖擊，也會對其他觀察者產生深刻的印象，甚至會影響到品牌的口碑。大金公司推出的VRV住宅P系列的室外機小型化就是一個主要賣點[4]。

空調室外機輕薄化技術作為前沿技術，不僅可以作為差異化產品進行設計，也可以作為全新的基礎平臺進行研究。對企業而言，輕薄化的產品意味著更少的定額成本消耗，進而帶來的更多利潤可以進一步的加大研發投入，從而形成“產品-研發-產品”的良性循環[5]。此外，從保護自然環境角度而言，空調室外機輕薄化技術提高了自然資源的利用率，有利于可持續性發展。

2.3 室外機輕薄化的影響

輕薄化的室外機可能讓用戶產生室外機是否存在偷工減料的疑惑。所以，室外機輕薄化不僅僅是要做到結構尺寸的輕薄化，對標機型的性能指標如噪音、能力等參數也不能降低，且要對關鍵零部件及整機結構進行充分可靠性驗證，確認室外機輕薄化的質量保證。在保證自身質量的前提下，也要投入相應的宣傳力度，確保用戶不會被競爭對手所誤導迷惑。

3、家用空調室外機輕薄化的結構設計分析

當前各品牌空調室外機的結構形式基本一致，如圖1所示，整個室外機主要分為兩部分：風機腔和壓縮機腔，兩個部分被中隔板分開左右分布。其中風機腔的組件主要包括：換熱器、電機固定支架、電機、風葉、導風圈和出風網罩等；壓縮機腔的組件主要有：壓縮機、四通閥（部分機型沒有）、節流部件和管路等。由于生產工藝和性能參數需求，近似能力的空調室外機厚度尺寸基本一致且零部件的尺寸規格也都基本相似。

圖1 家用空調室外機結構形式

3.1 室外機整體厚度減薄設計

以圖1中的空調器為例，對現有的空調室外機結構拓撲，如圖2左圖所示，當前的室外機的厚度l是由風機腔的厚度l1和壓縮機腔的厚度l2共同決定的，按照現有的結構設計，單獨減薄某一部分的尺寸無法使整機的厚度減薄。針對以上問題，本文中提出兩種方案，如圖2中圖和右圖所示，即①同時對風機腔和壓縮機腔進行輕薄化設計和②對風機腔的結構厚度輕薄化設計。

圖2 空調室外機結構拓撲

3.2 兩部分結構厚度同時減薄

如圖2中圖，現有的結構布置方式不變，分別對風機腔的厚度l1和壓縮機腔的厚度l2進行輕薄化設計。其中風機腔的零部件的幾何拓撲結構如圖3所示。

其中，A代表換熱器，B代表電機支架，C代表電機，D代表軸流風葉，E代表導風圈，F代表出風網罩。現有的結構布局基本可以認為是線性布置，導致部分空間沒有得到充分利用，例如軸流風葉輪轂與出風網罩之間的空間。此外電機支架作為風葉電機的固定結構占用大量的空間，也可以重新布置空間位置。

針對以上問題，對風機腔的部分部件進行空間優化，如圖3中的下圖所示，將電機支架與出風網罩進行組合設計，使電機直接固定在出風網罩上，能夠有效地減少風機腔的厚度。

此外，考慮對軸流風葉進行優化設計，可以采用大風量高效軸流風葉等形式有效地降低葉高；目前的軸流風葉的輪轂直徑與電機外徑尺寸也基本相似，可以采用部分電機結構包容于輪轂內部的結構形式，以上都是風機腔的空間輕薄化的方案，可以進行可行性分析和設計。

相比于風機腔，壓縮機腔的結構比較單一，其結構尺寸主要受限于壓縮機、儲液罐和配管的空間需求。對于壓縮機腔的厚度減薄方案，可以考慮采用尺寸更小的更高效的壓縮機等方案。壓縮機目前的高能效方案包括節流部件的控制策略優化、更加高效的冷媒和壓縮機高頻率運行等方案。

3.3 風機腔的結構厚度減薄

此種方案主要是針對現有的風機腔與壓縮機腔現有布置形式而言。其中方案中風機腔的結構厚度減薄方案同上述方案一致，但壓縮機腔考慮采用臥式壓縮機置于風機腔的底部，或者是壓縮機置于室內側等方案。并且，采用此種方案，風機腔的寬度大幅度增大，即風葉的徑向尺寸增大、冷凝器的效率更高、噪音值降低。

圖3 風機腔結構輕薄化設計

3.4 方案可能存在的限制

以上的結構減薄方案在實現的過程中，可能存在部分難題。風機腔減薄方案中，要充分驗證電機固定形式的可靠性及散熱能力，保證風機的正常工作；壓縮機減薄方案中，高能效小尺寸的壓縮機的成本問題及其他形式壓縮機的使用限制等也是需要解決的問題。

4、結束語

綜上所述，家用空調室外機的輕薄化作為空調行業的前沿技術，無論是從用戶角度還是企業角度還是社會環保方面，都有一定的研究意義價值。本文中就室外機結構進行輕薄化設計進行幾何拓撲分析，提出了可行解決方案，對于空調室外機的輕薄化結構設計具有一定的指導意義。

[1] 李穎.購買空調消費者最關心啥.中國質量萬里行,2016（4）：24

[2] 涂菁,史本鳳.美的空調戰略分析.社會科學家,2005（10）：168～169

[3] 黃德忠.美的的競爭戰略——既成本領先又差異化戰略.南華大學學報.2005(5）:47～49

[4] 陸瑋銘.以小巧的體積提供更高能效的服務.建材與裝修情報,2013(5):134～135

[5] 朱建平.空調室外機整體優化設計及延伸.制冷與空調,2004(5):86～88

Analysis of the Miniaturization Design of Outdoor Unit of Air-Conditioner

Bo Wang, Xujie Cai, Yingjie Song
(Guangdong Midea refrigeration equipment co. LTD,528311)

Differentiated characteristics especially miniaturization design of the air-conditioner outdoor unit is one of the future developing direction of air-conditioner design. In this work, structures and new technologies of current air-conditioner are analyzed. Combined with topology, the design directions of miniaturization are proposed, which can be beneficial to the utilization of resources and also can be a reference for the air-conditioner design.

Air-conditioner；Outdoor unit；Structural arrangement；Miniaturization