國(guó)內(nèi)房間空調(diào)器拆解研究及淺析

趙洋 汪超 石里明 李巧紅

1.中家院（北京）檢測(cè)認(rèn)證有限公司 北京 100176

2.中國(guó)家用電器研究院 北京 100037

1 引言

伴隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的崛起，空調(diào)成為辦公、生活的必需品。自2017年起，我國(guó)空調(diào)總產(chǎn)量開始快速上升，2018年空調(diào)總產(chǎn)量突破2億臺(tái)，同比增長(zhǎng)14.69%，截至2019年底，國(guó)內(nèi)空調(diào)總產(chǎn)量21866.2萬臺(tái)，相比2018年再提升6.74%。隨著空調(diào)產(chǎn)量的逐年上升，更多的企業(yè)把目光投向空調(diào)的多功能和新技術(shù)方面，這也直接導(dǎo)致空調(diào)器的零部件的復(fù)雜程度和集成度越來越高。然而，零部件的選擇和迭代對(duì)空調(diào)器本身的基礎(chǔ)性能，如制冷量、耗電量、APF、電磁兼容特性、噪聲和震動(dòng)等均存在或多或少的影響。此前，國(guó)內(nèi)學(xué)者黃浩強(qiáng)等通過對(duì)R290與R22兩種制冷劑多項(xiàng)理化特性的分析，對(duì)使用這兩種制冷劑的空調(diào)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行了量化對(duì)比研究[1]；劉鑫等對(duì)比了窗式空調(diào)器與分體式空調(diào)器在安裝、室內(nèi)空氣環(huán)境、噪聲、空調(diào)維護(hù)與保養(yǎng)方面的優(yōu)劣性[2]；唐智鈞探討了以外徑為φ7 mm或φ9 mm的銅管做基管的三種不同冷凝器對(duì)空調(diào)器本身制冷性能的影響[3]。值得注意的是，現(xiàn)階段對(duì)于家用空調(diào)器的對(duì)比研究大多僅僅停留在制冷劑差異、形式差異和單一部件差異等某一個(gè)方面，而并沒有對(duì)空調(diào)器進(jìn)行全面的拆解、統(tǒng)計(jì)和分析。本研究旨在對(duì)國(guó)內(nèi)不同廠家、不同能效的三臺(tái)空調(diào)器進(jìn)行拆解，同時(shí)通過查閱銘牌以及借助直尺、游標(biāo)卡尺等工具對(duì)零部件尺寸進(jìn)行記錄，在此基礎(chǔ)上分別針對(duì)換熱器、壓縮機(jī)、風(fēng)扇和節(jié)流組件等零部件的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，并根據(jù)各項(xiàng)參數(shù)的不同分別判斷各個(gè)零部件對(duì)于空調(diào)整機(jī)能效的潛在影響。這項(xiàng)研究有利于從業(yè)人員全面了解空調(diào)器的構(gòu)成和整機(jī)能效的影響因素，這將對(duì)產(chǎn)品的進(jìn)一步研發(fā)起到指導(dǎo)作用。

2 房間空調(diào)器基本參數(shù)介紹

表1 三種空調(diào)基本參數(shù)表

選取國(guó)內(nèi)兩大型空調(diào)企業(yè)的三種型號(hào)樣機(jī)，包含一級(jí)能效一臺(tái)，三級(jí)能效兩臺(tái)空調(diào)器進(jìn)行拆解研究。從表1中可以看出，三臺(tái)空調(diào)容量均為1.5匹且外形尺寸相差不大，基本參數(shù)的主要區(qū)別在于空調(diào)器A-1為1級(jí)能效，空調(diào)器A-3、B-3為3級(jí)能效，三者在制冷能效方面差異不大，造成能效分級(jí)不同的原因在于空調(diào)器A-1的制熱能效略高于空調(diào)器A-3和B-3。在制冷劑方面，A、B廠家的空調(diào)器分別選擇R32和R410A作為制冷劑且三者的制冷劑充注量存在較大差異，基于以上兩方面的原因，三臺(tái)空調(diào)器的價(jià)格區(qū)間有所不同。

選擇上述三臺(tái)空調(diào)作為拆解對(duì)象的原因在于：三者在主要參數(shù)上既有相同的部分又存在著一定的區(qū)別，在拆解對(duì)比時(shí)可通過零部件的不同對(duì)差異原因進(jìn)行分析，本次拆解分析主要著眼于制冷四大部件，即：壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流組件和閥門等。

3 空調(diào)器拆解、測(cè)量及分析

3.1 壓縮機(jī)

從拆解結(jié)果（見表2）可以看出，三臺(tái)空調(diào)壓縮機(jī)沒有本質(zhì)區(qū)別，品牌、能效等級(jí)之間的不同對(duì)壓縮機(jī)類型的選擇影響不大，三臺(tái)均為變頻轉(zhuǎn)子式的類型，由于充注制冷劑、生產(chǎn)廠和裝機(jī)空間不同，壓縮機(jī)尺寸存在小幅差異，從以上差別可以看出，壓縮機(jī)本身對(duì)于整機(jī)的最大制冷能力有著決定性的影響，但對(duì)于整機(jī)的能效等級(jí)影響相對(duì)較小，同時(shí)，市面上銷售的家用空調(diào)器大多數(shù)已配備變頻壓縮機(jī)，壓縮機(jī)技術(shù)相對(duì)較為成熟。

表2 壓縮機(jī)拆解基本參數(shù)表

3.2 換熱系統(tǒng)

3.2.1 室內(nèi)換熱器

表3 室內(nèi)換熱器拆解基本參數(shù)表

圖1 型號(hào)A-1、B-3室內(nèi)熱交換器對(duì)比圖

圖1所示的對(duì)比圖中，分別使用綠色和紅色線示出制冷劑流入和流經(jīng)A-1型空調(diào)室內(nèi)換熱器的路徑；同時(shí)分別使用藍(lán)色、綠色和黃色線示出制冷劑流入、流經(jīng)和流出B-3型空調(diào)室內(nèi)換熱器的路徑，結(jié)合表3中的參數(shù)可知，對(duì)于室內(nèi)換熱器而言，能效等級(jí)不同差異表現(xiàn)相對(duì)比較明顯，具體表現(xiàn)在管段數(shù)、翅片類型和換熱器高度上。對(duì)于1級(jí)能效的空調(diào)器，其管段數(shù)略大于3級(jí)能效的兩臺(tái)空調(diào)，這一現(xiàn)象說明管段數(shù)的增加間接增加了換熱器的整體換熱面積，提高了室內(nèi)部分的換熱效率。另外，1級(jí)能效空調(diào)器的換熱器高度比2級(jí)能效的換熱器高度增加了5%和13%，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因也與管段數(shù)有關(guān)，這也從側(cè)面證明換熱面積將很大程度上影響空調(diào)的能效。第三方面，1級(jí)能效的空調(diào)使用的翅片類型為波紋型，從以往的經(jīng)驗(yàn)看，波紋翅片管的換熱效率比3級(jí)能效空調(diào)器所使用的平板翅片管更加具有優(yōu)勢(shì)，但由于制造成本不同，兩者均在空調(diào)器中使用。

3.2.2 室外換熱器

表4 室外換熱器拆解基本參數(shù)表

圖2 型號(hào)A-1、B-3室外熱交換器對(duì)比圖

圖2所示對(duì)比圖中，分別使用紅色、綠色和黃色線示出了制冷劑流入、流經(jīng)和流出換熱器的路徑，結(jié)合表4數(shù)據(jù)可以看出，三臺(tái)空調(diào)器的室內(nèi)換熱器與室外換熱器的結(jié)構(gòu)布局基本一致，不同之處在于三者室內(nèi)換熱器的管段數(shù)不同，而在室外換熱器方面，則是管列數(shù)不同，1級(jí)能效空調(diào)器的室外換熱器管列數(shù)比3級(jí)能效空調(diào)器增加了一倍，這一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將整體的換熱器厚度增加將近一倍，換熱面積顯著增加。另外值得注意的是，由于三臺(tái)空調(diào)的室外換熱器尺寸有著比較大的差異，因而其形狀可被布置為U型和L型用以適應(yīng)換熱器在室外機(jī)中的安裝。結(jié)合3.2.1章的分析可以得到以下結(jié)論：造成能效等級(jí)發(fā)生變化的潛在影響因素體現(xiàn)在換熱器的管列數(shù)、管段數(shù)、翅片類型、換熱器尺寸等等，另外，在改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，售價(jià)也會(huì)受到較大影響。

3.2.3 室內(nèi)送風(fēng)機(jī)

表5 室內(nèi)送風(fēng)機(jī)拆解基本參數(shù)表

如表5所示，從室內(nèi)送風(fēng)機(jī)風(fēng)扇部分拆解可以看出，對(duì)于能效等級(jí)不同的三臺(tái)空調(diào)器，其室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇存在差異的方面是風(fēng)扇尺寸、葉片數(shù)。對(duì)比1級(jí)能效空調(diào)器和兩臺(tái)3級(jí)能效空調(diào)器發(fā)現(xiàn)，1級(jí)能效空調(diào)器室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇的尺寸綜合參數(shù)略大于3級(jí)能效，但其更主要的區(qū)別是風(fēng)機(jī)葉片數(shù)分別比3級(jí)能效空調(diào)器高出17%和32%。當(dāng)然，以上設(shè)計(jì)的原因可能是風(fēng)量和氣流組織等方面的需求，但不排除室內(nèi)風(fēng)扇將對(duì)整機(jī)的能效等級(jí)造成影響。另外，三臺(tái)空調(diào)器室內(nèi)送風(fēng)機(jī)的電機(jī)形式不同，只有1級(jí)能效空調(diào)器使用直流電機(jī)，3級(jí)能效的兩臺(tái)空調(diào)均使用交流電機(jī)，從這方面看，1級(jí)能效空調(diào)器所采用的全直流方式對(duì)能效的提升和風(fēng)機(jī)調(diào)速控制的平滑度具有一定優(yōu)勢(shì)。

3.2.4 室外送風(fēng)機(jī)

表6 室外送風(fēng)機(jī)拆解基本參數(shù)表

在室外送風(fēng)機(jī)方面，與室內(nèi)送風(fēng)機(jī)不同的是，風(fēng)機(jī)在極大程度上服務(wù)于換熱系統(tǒng)，對(duì)氣流組織和舒適度方面考慮較少，因此，它的設(shè)計(jì)將以空調(diào)性能為導(dǎo)向。從表6中看出，1級(jí)能效空調(diào)器的室外機(jī)風(fēng)扇在外徑尺寸上略大于兩臺(tái)3級(jí)能效的空調(diào)，但葉片高度略小于兩臺(tái)3級(jí)能效的空調(diào)，從綜合尺寸上看，三者葉片差異不明顯。三者葉片數(shù)也均為3片，因而可以斷定，案例中的空調(diào)器室外機(jī)風(fēng)扇性能差異不大。另外，與室內(nèi)風(fēng)機(jī)類似的是只有1級(jí)能效空調(diào)器所使用的室外電機(jī)形式為直流，這對(duì)電能利用率提升上有一定的幫助。值得注意的是，兩臺(tái)3級(jí)能效空調(diào)器在室外送風(fēng)形式上雖有不同，但空調(diào)性能方面并無明顯差別，由此可知，送風(fēng)形式對(duì)于能效等級(jí)提升的意義不大。

3.3 其他零部件

表7 其他零部件拆解基本參數(shù)表

如表7所示，三臺(tái)空調(diào)器在四通閥的選擇上雖有所不同，但本質(zhì)上對(duì)系統(tǒng)能效不造成影響，但在節(jié)流系統(tǒng)的選擇上A廠的空調(diào)器偏向于選擇電子膨脹閥，而B廠3級(jí)能效的空調(diào)器則直接選用了毛細(xì)管。從數(shù)據(jù)上看，空調(diào)器B-3和A-3采用不同的節(jié)流方式，雖然能效差異不大，但結(jié)合以往學(xué)者在變頻空調(diào)節(jié)流系統(tǒng)方面的研究[4][5]，電子膨脹閥的優(yōu)勢(shì)在于當(dāng)系統(tǒng)處于非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，其調(diào)節(jié)特性對(duì)于系統(tǒng)能效的提升有一定幫助，由于產(chǎn)品的標(biāo)稱能效等級(jí)均由設(shè)計(jì)工況下所測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算得出，因此數(shù)據(jù)顯示差別不大。

4 結(jié)論

本次通過對(duì)一臺(tái)1級(jí)能效、兩臺(tái)2級(jí)能效的空調(diào)器進(jìn)行基本拆解，進(jìn)行主要零部件的對(duì)比，并對(duì)能效差異的原因做簡(jiǎn)要分析，分析結(jié)果顯示，首先對(duì)于選中的三臺(tái)空調(diào)器而言，造成能效差異的原因主要集中在換熱系統(tǒng)方面，換熱器管段數(shù)、列數(shù)的增加直接提升了換熱面積，管段翅片類型的選擇進(jìn)一步對(duì)換熱效率造成影響；其次，換熱系統(tǒng)所使用的風(fēng)機(jī)葉片數(shù)量、尺寸和驅(qū)動(dòng)方式的也在一定程度上決定了整機(jī)的能源利用率。第三，由于三臺(tái)空調(diào)壓縮機(jī)性能水平相差不大，因此在整機(jī)能效方面并未體現(xiàn)出明顯影響。最后，節(jié)流裝置的不同在標(biāo)準(zhǔn)工況檢測(cè)的前提下并未顯示出明顯能效差異，而根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，在變頻空調(diào)系統(tǒng)非設(shè)計(jì)工況或波動(dòng)工況下，電子膨脹閥較毛細(xì)管有一定優(yōu)勢(shì)。