隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，商用空調(diào)產(chǎn)品的使用日益廣泛，其對能源的需求也呈現(xiàn)加速增長的趨勢。我國是一個能源供應(yīng)十分緊缺的*，保護環(huán)境、節(jié)約能源已成為新時期*可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重大問題。為了推動節(jié)能技術(shù)進步，提高能源使用效率，最近，*出臺了《單元式空氣調(diào)節(jié)機節(jié)能產(chǎn)品認證實施規(guī)則》。這對于推進空調(diào)產(chǎn)品節(jié)能技術(shù)進步起到了很大的指引性作用。

　　然而，眾所周知，空調(diào)產(chǎn)品的能效比要求與產(chǎn)品的成本是一對尖銳的矛盾體，如何在提升產(chǎn)品質(zhì)量和能效比的前提下，降低產(chǎn)品成本，是產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)研究技術(shù)人員亟待解決的問題。日前，志高商用空調(diào)新推出的第二代薄型風冷十匹立式柜機RF28W/TLB，無論是在產(chǎn)品的外觀質(zhì)量、性能和能效比，還是在產(chǎn)品的可靠性和綜合成本性價比方面，在商用空調(diào)行業(yè)里面都處于領(lǐng)先地位。該產(chǎn)品是志高商用空調(diào)自主研發(fā)的具備有多項獨立知識產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品，經(jīng)*質(zhì)量認證中心指定的檢驗機構(gòu)對其制冷量、制冷消耗功率和能效比(EER)共3項技術(shù)指標進行測試檢驗，結(jié)果均符合*規(guī)定的節(jié)能產(chǎn)品認證要求，取得“節(jié)能產(chǎn)品”認證(證書編號CQC09701031187)。同時，該機型制冷工況下的高風檔噪聲只有60dB(A)，且成本比*代產(chǎn)品降低10%以上，真真正正為廣大消費者帶來了實實在在的實惠，也為*節(jié)省了能源。

　　1、產(chǎn)品設(shè)計的基本思路

　　做企業(yè)須要用心經(jīng)營，進行產(chǎn)品設(shè)計也同樣需要有經(jīng)營的理念和思路。最合適的設(shè)計才是*的設(shè)計，這是進行產(chǎn)品設(shè)計的總原則。復雜問題盡可能地進行簡單化模式處理，這是產(chǎn)品設(shè)計過程的基本思路和基本手段。

　　在進行產(chǎn)品設(shè)計之前，設(shè)計人員必須充分了解所設(shè)計產(chǎn)品的方方面面的要求，如產(chǎn)品使用功能要求、產(chǎn)品安全認證要求、系統(tǒng)性能要求、工廠加工能力要求、原材料采購供應(yīng)要求、產(chǎn)品運輸安裝要求、售后維修服務(wù)要求以及產(chǎn)品成本競爭性要求等等，并對各種要求進行綜合考慮，給產(chǎn)品作合理的定位。

　　在產(chǎn)品設(shè)計的過程中，設(shè)計人員會面對很多很多地決策以及選擇，如產(chǎn)品系列化層次的布局策劃，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)箱體大小尺寸的評估確定，系統(tǒng)換熱器面積參數(shù)計算及匹配，壓縮機選型，等等。這就需要技術(shù)人員首先必須確立選擇的基本思路，綜合考慮，揚長抑短，選擇最合適的方案進行匹配設(shè)計，才能使設(shè)計出來的產(chǎn)品具備有高的性價比和市場競爭優(yōu)勢。所以，樹立最合適的設(shè)計才是*的設(shè)計這個理念，是進行產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的首要關(guān)鍵。

　　任何復雜產(chǎn)品的設(shè)計制造過程，都是由很多個相對簡單的設(shè)計單元相互關(guān)聯(lián)交叉構(gòu)成的。將復雜的設(shè)計問題進行簡化，不是簡單地以降低產(chǎn)品功能、性能、可靠性、美觀度來達到的，而是在保證各項設(shè)計指標要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)各個企業(yè)的實際情況，簡化程序，優(yōu)化設(shè)計，采取最容易達到目標的設(shè)計方法和最容易實現(xiàn)要求的加工工藝方法以及最小成本，開發(fā)設(shè)計生產(chǎn)制造出高品質(zhì)的且具有成本優(yōu)勢的產(chǎn)品。

　　2、高效風冷柜機設(shè)計實例

　　現(xiàn)以薄型高效風冷立式柜機RF28W/TLB作為設(shè)計實例，闡述產(chǎn)品設(shè)計過程中的基本設(shè)計思路及方法。

　　鑒于*對節(jié)能潛力大、使用面廣的用能產(chǎn)品如空氣調(diào)節(jié)機能效要求的不斷提高，故對該產(chǎn)品的定位是能效高，符合或高于*規(guī)定的節(jié)能產(chǎn)品認證要求，外觀美觀，中高檔次，體現(xiàn)成本及市場競爭優(yōu)勢。

　　就本實例立式柜機的設(shè)計，按專業(yè)技術(shù)職能分工，基本上可以分成箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)性能設(shè)計以及電氣控制設(shè)計三部分，這三者之間在設(shè)計過程自始至終都必須樹立一個整體概念和整體意識。不能將結(jié)構(gòu)、性能、電氣設(shè)計孤立地機械地分開來，各顧各地獨立進行設(shè)計，這樣設(shè)計的產(chǎn)品肯定會有很多這樣那樣的缺陷。所以，所有的設(shè)計其最終的服務(wù)對象只有一個，那就是我們所要設(shè)計的產(chǎn)品。滿足消費者的*需求和設(shè)計高質(zhì)量高競爭性的產(chǎn)品，是不同技術(shù)分工設(shè)計者共同的目標。

　　2.1、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　柜機的箱體結(jié)構(gòu)，是整個柜機的基礎(chǔ)框架。主要包括底盤組件設(shè)計、背板部件設(shè)計、接水盤組件設(shè)計、左右側(cè)板設(shè)計、出風框部件設(shè)計、前面板設(shè)計、回風格柵設(shè)計、電控盒設(shè)計、裝飾條設(shè)計、頂蓋板設(shè)計等等。設(shè)計過程中，必須充分考慮整機的使用功能和性能要求以及加工工藝要求等等，做到在滿足以上要求的情況下，盡可能簡捷清晰，提高可靠性并降低成本。

　　1--底盤部件 2--接水盤 3--立柱 1--底盤部件 2--立柱 3—蝸殼風機

　　4--蒸發(fā)器 5--風機 6--出風口 4--接水盤 5--蒸發(fā)器 6--出風口

　　7--頂蓋板 8--立柱 9--背板部件 7--頂蓋板 8--背板部件 9--導流板

　　圖1是*代風冷立柜箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖(拆除了前面板及右側(cè)板后)。其主要特點是：蒸發(fā)器置于機身下方，采用單電機雙軸雙離心風機的吸風式結(jié)構(gòu)形式。

　　圖2是優(yōu)化后的第二代薄型高效風冷立柜箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖(拆除了前面板及右側(cè)板后)。其主要特點是：蒸發(fā)器置于機身上方，采用下置式雙電機雙蝸殼雙離心風輪的直吹式結(jié)構(gòu)形式。

　　此兩種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點對比如下：

　　A、箱體尺寸對比：對于本設(shè)計實例，在滿足機組性能匹配所要求的*風量的前提下，箱體的結(jié)構(gòu)尺寸(厚度及寬度)主要由離心風機的大小決定。圖1中離心風機的直徑大小就決定整機的厚薄，離心風機的長短就決定整機的寬窄;而圖2則剛好相反，雙風輪蝸殼直徑?jīng)Q定整機的寬度，風輪蝸殼高度決定整機的厚度。通過試驗對比，在相同風量要求情況下，直吹型結(jié)構(gòu)比吸風型結(jié)構(gòu)在厚度上可以減薄15%左右，寬度和高度與吸風型結(jié)構(gòu)一致。

　　B、性能效果對比：試驗表明，吸風型結(jié)構(gòu)比較容易產(chǎn)生氣流組織的偏流現(xiàn)象，即通過蒸發(fā)器各個部位的風量(風速)很不均勻，在靠近離心風機的中上部段，*風速可以達到2.9m/s,而在遠離風機且進風不暢的底部部段，風速只有0.5m/s左右。對風冷空調(diào)機來說，如氣流組織流通不暢，其換熱器的熱交換能力是很差的，故也使得整機的制冷能力及能效比都相對較低，難以達到*規(guī)定的節(jié)能產(chǎn)品認證要求。所以，空氣流場組織分配不均勻是造成*代風冷立柜能效比較低的關(guān)鍵因素之一。

　　采用圖2所示的直吹型結(jié)構(gòu)，可以明顯地改善氣流組織的偏流現(xiàn)象，也完全消除了局部氣流不暢通的缺陷，測試表明，經(jīng)過蒸發(fā)器各部份的風速相對平衡許多，其*風速處是2.2m/s，*風速處也有1.3m/s。同時，還可以通過調(diào)節(jié)背板部件上的導流板的形狀、高矮、數(shù)量，來進一步調(diào)節(jié)和改善空氣流場的分布。實驗結(jié)果也表明了優(yōu)化后的箱體結(jié)構(gòu)在性能上有了很大的提升，蒸發(fā)器的換熱效率大大提高，整機的制冷能力和能效比都超過了*規(guī)定的節(jié)能產(chǎn)品認證要求。

　　C、噪聲對比：吸風型結(jié)構(gòu)由于離心風機的轉(zhuǎn)速較高，故電機噪聲和風輪噪聲疊加后的整機噪聲較高，高風檔測試結(jié)果是64.8dB(A);而直吹型結(jié)構(gòu)由于風輪及蝸殼直徑相對大些，風機轉(zhuǎn)速較低，故其噪聲也低一些，高風檔測試結(jié)果是60dB(A)。

　　D、成本對比：吸風型結(jié)構(gòu)的離心風機是采用鈑金薄板材料沖壓成型再焊接成整體的，其加工工藝非常復雜，加工難度和技術(shù)要求高，產(chǎn)品的一致性差，廢品率高，故風機本身的成本很高。直吹型結(jié)構(gòu)的風輪和蝸殼都是由模具注塑生產(chǎn)的，質(zhì)量穩(wěn)定且適宜于批量生產(chǎn)，成本低廉，比吸風型結(jié)構(gòu)的離心風機要便宜一半以上。加上吸風型結(jié)構(gòu)安裝使用的特殊性，此結(jié)構(gòu)必須配備一個大的風箱及獨立的風機安裝板，如圖3所示，故也增加了一定的成本。同時，吸風型結(jié)構(gòu)比直吹型結(jié)構(gòu)箱體尺寸大了約15%，故其包裝費用、運輸費用等也要高些。

　　通過以上對比分析，直吹型結(jié)構(gòu)比吸風型結(jié)構(gòu)無論在性能上，還是在成本上都有較大的優(yōu)勢，也就是說，采用吸風型結(jié)構(gòu)更合適一些。

　　2.2、系統(tǒng)性能優(yōu)化設(shè)計

　　在本室內(nèi)機的系統(tǒng)性能匹配優(yōu)化設(shè)計中，確定蒸發(fā)器的換熱面積結(jié)構(gòu)參數(shù)及流路設(shè)計布置是影響整機系統(tǒng)性能質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。特別是對于能效要求高的機型，流路的合理設(shè)計分配可以明顯改善換熱效果，從而提高整機能效。同時，在滿足整機能力要求及能效要求的前提下，蒸發(fā)器設(shè)計盡可能小一些，以提高產(chǎn)品的成本競爭優(yōu)勢，這就要求流路設(shè)計分配必須科學、合理，保證制冷劑均勻分配給各流路，以充分發(fā)揮蒸發(fā)器的整體效率，實現(xiàn)換熱效率*化及整機能效比*化。同時也要兼顧和適應(yīng)箱體結(jié)構(gòu)整體的設(shè)計要求，做到性能優(yōu)越、安全可靠、經(jīng)濟合理、安裝操作方便。

　　蒸發(fā)器換熱面積大小的設(shè)計，可以采用下面經(jīng)驗公式作初步估算：

　　A= Q0/ K△tm

　　A—蒸發(fā)器的傳熱面積，單位m2

　　Q0—蒸發(fā)器的總熱交換量，單位W

　　K—蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)，單位W/(m2℃)

　　△tm—蒸發(fā)器的對數(shù)平均溫差，單位℃

　　通過計算得出大致的換熱器面積，采用試湊法及參考成熟同類型產(chǎn)品的設(shè)計方案，確定蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)為：

　　蒸發(fā)器高度 H=800mm

　　蒸發(fā)器寬度 W=950mm

　　蒸發(fā)器厚度 D=65mm

　　設(shè)計成三排48條長U形內(nèi)螺紋管，管束為正三角形排列，管中心距25mm，排中心距21.65mm，銅管管徑為φ9.52mm，內(nèi)螺紋齒高0.16mm，齒數(shù)56，底壁厚0.27mm，翅片為帶親水膜鋁箔，鋁箔厚度0.105mm，開窗片，片距為1.6mm。

　　參考成熟的設(shè)計和經(jīng)驗，將機組及蒸發(fā)器分成兩個獨立的制冷系統(tǒng)，A系統(tǒng)和B系統(tǒng)。為了使冷媒在蒸發(fā)器各流路中的分配盡量地均勻，以充分發(fā)揮蒸發(fā)器的熱交換能力，這就要求管內(nèi)的制冷劑流動阻力必須控制在一個合理的范圍，在實際操作中，一般通過調(diào)節(jié)蒸發(fā)器各流路的進口、出口和中部的溫度來判斷其流動阻力是否合理。在標準制冷工況下，蒸發(fā)器中部和出口的飽和溫度差不大于2℃，各流路之間的中部溫度差不大于3℃比較合理。

　　圖5是優(yōu)化前的蒸發(fā)器流路分配設(shè)計圖，A系統(tǒng)和B系統(tǒng)交叉設(shè)計，分流路數(shù)為五進五出，流程長度差異較大，從7米多至11米多都有，部分流路進口和出口離的比較近，容易產(chǎn)生偏流現(xiàn)象;圖6是優(yōu)化之后的蒸發(fā)器流路分配設(shè)計圖，A系統(tǒng)和B系統(tǒng)也是交叉設(shè)計，分流路數(shù)也分為五進五出，其流程長度差異相對較小，從7米多至9米多，流路進口和出口位置相對集中，且相隔較遠。通過整機性能試驗，優(yōu)化前后的蒸發(fā)器各流路蒸中溫度如下表所示，從表中可以看出，優(yōu)化后的蒸中溫度差相對較小，說明各流路分液較均勻，能更換發(fā)揮蒸發(fā)器的傳熱效果，故能效比也比優(yōu)化之前高一些，達到節(jié)能產(chǎn)品認證的要求。

　　優(yōu)化前后蒸中溫度對比

　　3、結(jié)束語

　　不斷優(yōu)化，精益求精，設(shè)計出高效率和高質(zhì)量低成本的產(chǎn)品是工程設(shè)計技術(shù)人員永遠追求的目標，其中如箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計、壓縮機選型、換熱器選型、毛細管選擇、制冷劑充灌量等，在一定的工況條件和工藝條件下，整機系統(tǒng)都存在一個*的技術(shù)配置。對商用空調(diào)產(chǎn)品零部件的設(shè)計，一般可以先通過計算或者參考成熟經(jīng)驗對比評估作初步設(shè)計，再做出樣機通過整機的性能試驗驗證作匹配和調(diào)整，確定最終設(shè)計和配置。