南海濕熱海洋環境空調器環境適應性實證試驗

陳澤皓，彭煌，李俊超，祁黎，符國曉，王純詩，符史柏

（1.廣州電器科學研究院有限公司海南熱帶環境分公司 檢測管理部，瓊海 571400；2.中國電器科學研究院股份有限公司 工業產品環境適應性國家重點實驗室，廣州 510663；3.中國質量認證中心，北京 100073）

引言

隨著“一帶一路”倡議和“海洋戰略”的實施，我國南海區域的戰略意義日益凸顯[1]，海島微網、海上風電、海上平臺、港口橋梁等關鍵基礎設施建設正加快推進，近海或島礁軍事保障設施也逐步完善[2]。南海區域常年高溫多雨，空氣中鹽霧粒子含量高，環境非常嚴酷，對電器產品提出更高質量要求[3]。空調是南海區域重要的民用電器，同時也是軍事設施的重要保障條件，在南海嚴酷服役環境和高用電成本背景下，能夠長期高可靠運行且長效節能的空調器產品，成為市場眾望所歸[4]；而如何對空調器的實際服役性能進行準確測評，如何對其長期服役性能進行準確預測，如何有效支撐空調器產品研發，是目前空調行業亟待解決的問題。

1 試驗背景

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

空調內機安裝在室內，服役環境相對比較穩定和溫和，環境對空調內機部件影響不大。空調外機一般安裝在戶外大氣環境中，在海洋大氣環境長期服役過程中，環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，都將直接造成空調外機關鍵部件的腐蝕老化，引發部件性能的退化，壽命明顯縮短，尤其是換熱器的翅片[8]。空調外機中的冷凝器安裝在外機壓縮機排氣口和節流裝置（毛細管或電子膨脹閥）之間，主要作用是利用銅管和鋁合金翅片的散熱作用，將空調壓縮機中排出的高溫高壓氣體（氟利昂）變為低溫高壓的液體[9]。一旦外機中冷凝器翅片由于環境的作用，造成腐蝕失效，翅片的表面狀態發生變化，散熱能力大大降低，進而降低空調能效，甚至導致產品失效并造成安全事故[10]。空調的出廠設計壽命一般為10年，然而在南海某島礁和海南三亞等海洋大氣環境中服役的空調 3 年左右就發生了嚴重的腐蝕現象，造成空調性能的嚴重退化，甚至完全報廢[11]。因此，有必要通過戶外實證試驗對空調器外機換熱器翅片在南海濕熱環境中腐蝕失效行為進行研究。

2 試驗方案

2.1 試驗對象

本次試驗對象為16臺空調樣機，其中8臺為大匹數家用中央空調，另外8臺為小匹數家用中央空調。海南省瓊海市濕熱大氣試驗站與海南省椰林海洋大氣試驗站，每個試驗場地各安裝4臺大匹數和4臺小匹數家用中央空調。每種型號的空調又分為靜態與動態運行對照組以及清洗與未清洗對照組進行試驗，具體的試驗對象安排如表1所示。

表1 南海濕熱環境試驗空調投樣方案

2.2 試驗條件

海南瓊海大氣暴露試驗場的地理位置為北緯19 °14 ′35 ″，東經110 °28 ′41 ″，海拔高度10.0 m；另外一個椰林試驗站的地理位置為北緯19 °22 ′，東經110 °40 ′，海拔高度0.44 m。兩個試驗場地都設置了氣象因素監測設備對各類氣象數據進行監測，部分氣象數據如表2所示，其中溫度、相對濕度、風速為平均值；太陽輻射量、降水量、降水時數、日照時數為累積量。

表2 試驗期間暴曬場氣象數據

3 試驗方法

空調器環境適應性實證試驗按照GB/T 20643.1中4.2方法、GB/T 9276-1996、GB/T 14165-2008試驗大綱規定的條件進行試驗。空調器運行的樣機按實際使用情況進行安裝，包括外機和內機，外機正面朝正南，樣機每天運行8個小時，運行溫度23 ℃；不運行的樣機，面朝正南靜置放置，底座為水泥平臺。試驗前，在所有的樣機外機殼體上三個不同的位置預先劃痕，三個位置為正面，背面，頂面如表3所示，并對樣機內外關鍵部位進行初次檢查，記錄存在的初始缺陷。

表3 外機殼體三個位置的劃痕圖片

試驗的總時間為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，檢測前室內機不清洗，外機每次檢測前用自來水淋洗樣品整個表面。檢測的項目按照B/T 1766-2008、GB/T 6461-2002、GB/T 3681-2011目視檢查樣品的外觀。所有樣機試驗前外觀都完好，沒有任何腐蝕與老化現象。

4 試驗結果

由于試驗數據較多，本文只列舉試驗1個月的數據與試驗12個月的數據進行展示，而且時間跨度越長，對比的結果會更加明顯，更可以發現空調器在南海濕熱環境下的環境適應性情況。

4.1 試驗1個月結果

對于試驗1個月的空調器樣機，無論是安裝在瓊海試驗站還是椰林試驗站，無論是運行還是不運行的，無論是清洗還是未清洗，目視所觀測到的缺陷結果都是一樣，如表4所示為小匹數中央空調外機與大匹數中央空調外機不同部位的試驗結果，表5所示為空調器主要材料的試驗照片分析。

表4 中央空調外機1個月試驗結果

表5 空調器重要部位的試驗照片分析

4.2 試驗12個月結果

對于試驗12個月的空調器樣機，無論是安裝在瓊海試驗站還是椰林試驗站，無論是運行還是不運行的，無論是清洗還是未清洗，目視所觀測到的缺陷結果都是一樣，如表6所示為小匹數中央空調外機與大匹數中央空調外機不同部位的試驗結果，表7所示為空調器主要材料的試驗照片分析。

表6 中央空調外機12個月試驗結果

表7 空調器重要部位的試驗照片分析

5 結論

通過分析試驗結果可知，空調器內部密封零部件經過一年周期試驗之后腐蝕情況都不嚴重，而與大氣接觸的零部件腐蝕較為嚴重，其中鋁材料（刺片）腐蝕最為嚴重，銅材料（銅管）次之，鋼材料（螺釘）腐蝕較輕；大匹數中央空調中換熱器體積更大，翅片面積更大，銅管更多，進而導致壓縮機的罐體也有輕微腐蝕，因此整體的腐蝕情況比小匹數中央空調更為嚴重。但是，無論是在不同場地進行試驗，或者空調是處于運行狀態或者不允許狀態，或者空調外機有沒有進行定期清洗，對照組之間的試驗結果都沒有太大的差別，這是由于試驗的周期只有一年，相比于空調器十年以上的使用壽命來說試驗時間還是較短；另外，由于試驗結果是通過目視進行外觀檢查的，只能進行定性分析，存在一定的誤差。因此，需進一步開發相應的設備與試驗方法對空調器進行環境適應性加速試驗，來滿足南海濕熱環境空調器環境適應性的試驗需求。