浅谈空调室内机风道系统结构优化措施

李贤华

【摘 要】空调器的性能指标不仅受到制冷系统的影响，同时也会因结构设计的优劣而改变，而风道系统的优化对提升产品的性能尤其明显，其好坏直接影响到空调器的换热性能、送风的效果等。通过改变风道结构、尺寸以及与风机的匹配关系，并对换热器结构进行优化，可提高室内机的循环风量，降低风机功耗，提高换热效率，进而实现提升产品性能的目的。

【关键词】空调优化；风道系统；性能；措施

0 前言

近年来，为了保护地球环境，在整个产业链中节约能源成为了亟待解决的课题。而在家电业界，家用空调的用电占了家庭用电的 25% 左右，推进其节能化的进程刻不容缓。在推进家用空调的节能化方面，主要措施是对压缩机进行改良，但改良已迫近界限。因此优化空调结构，提高风道效率、提升换热器换热效率是提高空调的性能的重要内容。

1 空调器室内机结构系统简介

空调器室内机结构一般包括进风格栅部件、换热器部件、风道系统、出风口（框）部件等。室内机的作用是调节室内空气至舒适温度，简单地说，制冷时将空气送到冷却至低温的换热器上，降低空气温度；制热时将空气送到加热至高温的换热器上使空气升温。对于空气流来说，风机做功克服设置在进风口处的换热器及其他阻碍，带动风轮转动，将室内空气吸入空调内部，并将调好温度的空气从出风口压出至室内的各角落去。

目前市场流行的家用挂壁式空调器和落地式空调器，很大部分采用贯流风道的结构方式，本文将基于贯流风道空调器，阐述结构优化的措施，及其对提高空调器产品性能的影响。

2 优化风道系统的措施

2.1 减少进风阻力，提高换热器换热效率

空调器目前进风格栅的阻力在整个空调风机风道总阻力中约占 20% ， 而过滤网的阻力仅有 5%，通过调整进风格栅的进风倾斜角度，可有效减小流体经过格栅的阻力，提高空调整机风量。而对整个空调器风道系统阻力最大的是换热器，占总阻力达到70%。所以研究换热器结构方式对风量以及阻力大小的影响，对提高空调风量和能力能效具有极大意义。

目前对于换热器影响，可以流体的流动方面，尤其是对贯流风机进气气流影响的研究较少。邓明义、孟鸣分析了直片式组合式以及圆弧形等不同结构形式换热器的优缺点。[1]陈焕新、刘起等人通过对不同结构形式的换热器室内机风道系统进行整机数值模拟，分析了换热器结构不同产生的流场的差异，流量的变化情况以及对于贯流风机风道系统的产生的影响，并通过统计流经换热器各统计面的气体流量分析换热器结构的优劣，得出了换热器的布置形式对整个风道系统的流场，尤其是对于贯流风机内流场影响较大，同时换热器距贯流风机的距离越均匀越好的结论。[2]目前市场上主流的单贯流落地式空调器，换热器结构形式大部分均设置为U型或V型，目的是使得经过换热器的气流更加均匀。

而对于双排换热器，当两排的铜管和翅片完全相同时，迎风侧的换热量约占总换热量的70%，背风侧换热量只占 30% 左右[3]，背风侧的换热能力没有得到充分的发挥，为了增强背风侧盘管的换热能力，可采用盘管的不对称结构设计：迎风侧翅片采用大间距的平片，背风侧采用小间距的冲缝片。采用不对称结构设计的方法，通过稍微降低盘管迎风侧的换热能力而增强背风侧换热能力，从而增强整个换热器的换热能力。不对称结构设计包括前后排翅片类型不同，翅片间距不同，铜管直径不同以及铜管类型不同以及上述方法的相互搭配等。

2.2 优化风道内部结构，提高风道效率

要提升产品的性能，优化风道系统结构是关键。在空调器室内机的流场，经过贯流风轮的风分成两部分，一部分作为主流由出风口送至室内，另一部分在贯流风轮与蜗舌之间的间隙流通，再回到贯流风轮的上游，形成贯流特有的涡流。

优化风道结构，通常即是在满足噪音要求的基础上，要尽可能地提高风量。贯流风道包括贯流风轮、蜗壳和蜗舌三部分。优化风道结构系统，主要从风轮结构及三者之间的匹配关系入手。

贯流风轮的主要结构特征为叶片厚度、数目及叶片型线：

从风轮叶片厚度上分析，由厚叶片的风轮形成偏心涡所造成的气流回流要比薄叶片的风轮转动时形成的偏心涡造成的回流量要小，所以厚叶片的贯流风机输出风量大。为得到更大的风量和更小的噪声，叶片厚度尽快能大。但是伴随着叶片厚度的增大，所需要的材料更多，消耗的电量就越大，成本也就越高，因此需要综合考虑。

从风轮叶片数目分析，数目的增加会增大叶轮做功面积，导致气体获得更多的能量来克服系统阻力，因而贯流风机的流量随着叶轮数目的增加而增大。而且不同叶片数下的偏心涡的涡核基本上并未移动，即贯流风机内部偏心涡的强度和影响范围并未随着叶片数目的增减出现较大变化。换言之，叶片数目的增加，可以增大贯流风机叶轮的输出风量，却对贯流风机内部噪声的影响不大。

从风轮叶片不同型线分析，从单圆弧叶轮和双圆弧叶轮的对比来看，具有合理的交接处半径和安装角的双圆弧叶轮要比单圆弧叶轮输出的风量大。同时，不同安装角下的双圆弧叶轮对输出的风量有较大影响。

就贯流风轮与蜗壳蜗舌之间的匹配对其性能的影响程度而言，蜗舌间隙是对风道性能影响最为显著的结构。贯流风轮与蜗舌之间的间隙减小能提高风量，但同时可能会引起噪音的增大，间隙过小甚至可能导致空调器运行过程中，高速旋转的贯流风轮与风道壁面相碰，在实际生产中，兼顾噪声和风量的要求，蜗舌间隙一般取5mm-12mm较为合适。

室内机风道蜗壳是影响室内机风量的关键因素，采用对数螺线的蜗壳可以通过选取不同的蜗壳特征角，并且固定蜗壳的起点来得到不同的风道蜗壳曲线。不同的蜗壳曲线会产生不同大小的蜗壳出口间隙，该间隙在一个适中值时可以获得最大的室内机风量，过大或过小都会造成室内机风量减小。

2.3 优化出风口结构，回收气流动能

空调器的进风口、换热器、送风通道等分别产生空气阻力，导致气流静压降低。为达到进风口与出风口静压的平衡，并成功地将经过换热器调和后的风送到室内各角落的目的，风机驱动贯流风轮做功，提高气流的静压，使其大于因阻力所导致降低的静压。从空调器出风口吹出的气流，不再受到送风通道上下左右壁面的阻力，但由于空气的粘性，向周围的空气传输了动能，使其风速减缓，最终其静压与大气压一致。这种现象与气流从出风口吹出的动作同时进行，所以出风口附近的气流被搅乱，同时产生了风阻。

为提高出风口的送风效率，尽可能地将出风口处的部分气流动能回收转化为静压，其静压上升部分将辅助贯流风机，即代替贯流风机做了部分的功（提高静压），从而大大减少了电机功率。换言之，将本来会被周围空气夺取的部分动能转化为静压，用作送风做功，进而实现节能效果。

3 结语

随着人们生活水平的不断提高，空调已经成为了人们生活之中常见的家用电器，因此如何提高空调的性能以减少能耗是如今空调行业发展的重点。本文从减少进风阻力，提高换热器换热效率；优化风道内部结构，提高风道效率；优化出风口结构，回收气流动能三个方面阐述了空调室内机结构优化的方法，可有效地对提高空调器产品性能，达到节能减排的目的。

【参考文献】

[1]邓明义，孟鸣.空调器室内机热交换器结构的研究[J].家用电器科技，2001（6）：70-72.

[2]陈焕新，刘起，谢军龙，陶红歌，程德威，姜灿华.换热器结构对室内机风道系统流场特性影响的研究[J].流体机械，2011.06：64-68.

[3]张智，涂旺荣，等.空调换热器用风冷冷凝器换热能力实验研究[J].暖通空调，2004（3）.

[责任编辑：王伟平]