隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(duì)能源的需求也呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。我國(guó)是一個(gè)能源供應(yīng)十分緊缺的*，保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源已成為新時(shí)期*可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重大問題。為了推動(dòng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)步，提高能源使用效率，最近，*出臺(tái)了《單元式空氣調(diào)節(jié)機(jī)節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證實(shí)施規(guī)則》。這對(duì)于推進(jìn)空調(diào)產(chǎn)品節(jié)能技術(shù)進(jìn)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(duì)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(jì)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(fēng)冷十匹立式柜機(jī)RF28W/TLB，無(wú)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(jià)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(xiàng)獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品，經(jīng)*質(zhì)量認(rèn)證中心指定的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)其制冷量、制冷消耗功率和能效比(EER)共3項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試檢驗(yàn)，結(jié)果均符合*規(guī)定的節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證要求，取得“節(jié)能產(chǎn)品”認(rèn)證(證書編號(hào)CQC09701031187)。同時(shí)，該機(jī)型制冷工況下的高風(fēng)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(fèi)者帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的實(shí)惠，也為*節(jié)省了能源。
1、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本思路
做企業(yè)須要用心經(jīng)營(yíng)，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)也同樣需要有經(jīng)營(yíng)的理念和思路。最合適的設(shè)計(jì)才是*的設(shè)計(jì)，這是進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的總原則。復(fù)雜問題盡可能地進(jìn)行簡(jiǎn)單化模式處理，這是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的基本思路和基本手段。
在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)之前，設(shè)計(jì)人員必須充分了解所設(shè)計(jì)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(rèn)證要求、系統(tǒng)性能要求、工廠加工能力要求、原材料采購(gòu)供應(yīng)要求、產(chǎn)品運(yùn)輸安裝要求、售后維修服務(wù)要求以及產(chǎn)品成本競(jìng)爭(zhēng)性要求等等，并對(duì)各種要求進(jìn)行綜合考慮，給產(chǎn)品作合理的定位。
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員會(huì)面對(duì)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(píng)估確定，系統(tǒng)換熱器面積參數(shù)計(jì)算及匹配，壓縮機(jī)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(yáng)長(zhǎng)抑短，選擇最合適的方案進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，才能使設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品具備有高的性價(jià)比和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。所以，樹立最合適的設(shè)計(jì)才是*的設(shè)計(jì)這個(gè)理念，是進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的首要關(guān)鍵。
任何復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過程，都是由很多個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)單元相互關(guān)聯(lián)交叉構(gòu)成的。將復(fù)雜的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行簡(jiǎn)化，不是簡(jiǎn)單地以降低產(chǎn)品功能、性能、可靠性、美觀度來(lái)達(dá)到的，而是在保證各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)各個(gè)企業(yè)的實(shí)際情況，簡(jiǎn)化程序，優(yōu)化設(shè)計(jì)，采取最容易達(dá)到目標(biāo)的設(shè)計(jì)方法和最容易實(shí)現(xiàn)要求的加工工藝方法以及最小成本，開發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造出高品質(zhì)的且具有成本優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品。
2、高效風(fēng)冷柜機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例
現(xiàn)以薄型高效風(fēng)冷立式柜機(jī)RF28W/TLB作為設(shè)計(jì)實(shí)例，闡述產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的基本設(shè)計(jì)思路及方法。
鑒于*對(duì)節(jié)能潛力大、使用面廣的用能產(chǎn)品如空氣調(diào)節(jié)機(jī)能效要求的不斷提高，故對(duì)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(rèn)證要求，外觀美觀，中高檔次，體現(xiàn)成本及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
就本實(shí)例立式柜機(jī)的設(shè)計(jì)，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(jì)和系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)以及電氣控制設(shè)計(jì)三部分，這三者之間在設(shè)計(jì)過程自始至終都必須樹立一個(gè)整體概念和整體意識(shí)。不能將結(jié)構(gòu)、性能、電氣設(shè)計(jì)孤立地機(jī)械地分開來(lái)，各顧各地獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)的產(chǎn)品肯定會(huì)有很多這樣那樣的缺陷。所以，所有的設(shè)計(jì)其最終的服務(wù)對(duì)象只有一個(gè)，那就是我們所要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。滿足消費(fèi)者的*需求和設(shè)計(jì)高質(zhì)量高競(jìng)爭(zhēng)性的產(chǎn)品，是不同技術(shù)分工設(shè)計(jì)者共同的目標(biāo)。
2.1、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
柜機(jī)的箱體結(jié)構(gòu)，是整個(gè)柜機(jī)的基礎(chǔ)框架。主要包括底盤組件設(shè)計(jì)、背板部件設(shè)計(jì)、接水盤組件設(shè)計(jì)、左右側(cè)板設(shè)計(jì)、出風(fēng)框部件設(shè)計(jì)、前面板設(shè)計(jì)、回風(fēng)格柵設(shè)計(jì)、電控盒設(shè)計(jì)、裝飾條設(shè)計(jì)、頂蓋板設(shè)計(jì)等等。設(shè)計(jì)過程中，必須充分考慮整機(jī)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(jiǎn)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(fēng)機(jī)
4--蒸發(fā)器 5--風(fēng)機(jī) 6--出風(fēng)口 4--接水盤 5--蒸發(fā)器 6--出風(fēng)口
7--頂蓋板 8--立柱 9--背板部件 7--頂蓋板 8--背板部件 9--導(dǎo)流板
圖1是*代風(fēng)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(diǎn)是：蒸發(fā)器置于機(jī)身下方，采用單電機(jī)雙軸雙離心風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)式結(jié)構(gòu)形式。
圖2是優(yōu)化后的第二代薄型高效風(fēng)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(diǎn)是：蒸發(fā)器置于機(jī)身上方，采用下置式雙電機(jī)雙蝸殼雙離心風(fēng)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(diǎn)對(duì)比如下：
A、箱體尺寸對(duì)比：對(duì)于本設(shè)計(jì)實(shí)例，在滿足機(jī)組性能匹配所要求的*風(fēng)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(fēng)機(jī)的大小決定。圖1中離心風(fēng)機(jī)的直徑大小就決定整機(jī)的厚薄，離心風(fēng)機(jī)的長(zhǎng)短就決定整機(jī)的寬窄;而圖2則剛好相反，雙風(fēng)輪蝸殼直徑?jīng)Q定整機(jī)的寬度，風(fēng)輪蝸殼高度決定整機(jī)的厚度。通過試驗(yàn)對(duì)比，在相同風(fēng)量要求情況下，直吹型結(jié)構(gòu)比吸風(fēng)型結(jié)構(gòu)在厚度上可以減薄15%左右，寬度和高度與吸風(fēng)型結(jié)構(gòu)一致。
B、性能效果對(duì)比：試驗(yàn)表明，吸風(fēng)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(gè)部位的風(fēng)量(風(fēng)速)很不均勻，在靠近離心風(fēng)機(jī)的中上部段，*風(fēng)速可以達(dá)到2.9m/s,而在遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)且進(jìn)風(fēng)不暢的底部部段，風(fēng)速只有0.5m/s左右。對(duì)風(fēng)冷空調(diào)機(jī)來(lái)說(shuō)，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(jī)的制冷能力及能效比都相對(duì)較低，難以達(dá)到*規(guī)定的節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證要求。所以，空氣流場(chǎng)組織分配不均勻是造成*代風(fēng)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(cè)試表明，經(jīng)過蒸發(fā)器各部份的風(fēng)速相對(duì)平衡許多，其*風(fēng)速處是2.2m/s，*風(fēng)速處也有1.3m/s。同時(shí)，還可以通過調(diào)節(jié)背板部件上的導(dǎo)流板的形狀、高矮、數(shù)量，來(lái)進(jìn)一步調(diào)節(jié)和改善空氣流場(chǎng)的分布。實(shí)驗(yàn)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(jī)的制冷能力和能效比都超過了*規(guī)定的節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證要求。
C、噪聲對(duì)比：吸風(fēng)型結(jié)構(gòu)由于離心風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，故電機(jī)噪聲和風(fēng)輪噪聲疊加后的整機(jī)噪聲較高，高風(fēng)檔測(cè)試結(jié)果是64.8dB(A);而直吹型結(jié)構(gòu)由于風(fēng)輪及蝸殼直徑相對(duì)大些，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低，故其噪聲也低一些，高風(fēng)檔測(cè)試結(jié)果是60dB(A)。
D、成本對(duì)比：吸風(fēng)型結(jié)構(gòu)的離心風(fēng)機(jī)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(fù)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(fēng)機(jī)本身的成本很高。直吹型結(jié)構(gòu)的風(fēng)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(fēng)型結(jié)構(gòu)的離心風(fēng)機(jī)要便宜一半以上。加上吸風(fēng)型結(jié)構(gòu)安裝使用的特殊性，此結(jié)構(gòu)必須配備一個(gè)大的風(fēng)箱及獨(dú)立的風(fēng)機(jī)安裝板，如圖3所示，故也增加了一定的成本。同時(shí)，吸風(fēng)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(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用等也要高些。
通過以上對(duì)比分析，直吹型結(jié)構(gòu)比吸風(fēng)型結(jié)構(gòu)無(wú)論在性能上，還是在成本上都有較大的優(yōu)勢(shì)，也就是說(shuō)，采用吸風(fēng)型結(jié)構(gòu)更合適一些。
2.2、系統(tǒng)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)
在本室內(nèi)機(jī)的系統(tǒng)性能匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)布置是影響整機(jī)系統(tǒng)性能質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。特別是對(duì)于能效要求高的機(jī)型，流路的合理設(shè)計(jì)分配可以明顯改善換熱效果，從而提高整機(jī)能效。同時(shí)，在滿足整機(jī)能力要求及能效要求的前提下，蒸發(fā)器設(shè)計(jì)盡可能小一些，以提高產(chǎn)品的成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這就要求流路設(shè)計(jì)分配必須科學(xué)、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(shí)現(xiàn)換熱效率*化及整機(jī)能效比*化。同時(shí)也要兼顧和適應(yīng)箱體結(jié)構(gòu)整體的設(shè)計(jì)要求，做到性能優(yōu)越、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、安裝操作方便。
蒸發(fā)器換熱面積大小的設(shè)計(jì)，可以采用下面經(jīng)驗(yàn)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(duì)數(shù)平均溫差，單位℃
通過計(jì)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(jì)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(jì)成三排48條長(zhǎng)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(jì)和經(jīng)驗(yàn)，將機(jī)組及蒸發(fā)器分成兩個(gè)獨(dú)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(dòng)阻力必須控制在一個(gè)合理的范圍，在實(shí)際操作中，一般通過調(diào)節(jié)蒸發(fā)器各流路的進(jìn)口、出口和中部的溫度來(lái)判斷其流動(dòng)阻力是否合理。在標(biāo)準(zhǔn)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(jì)圖，A系統(tǒng)和B系統(tǒng)交叉設(shè)計(jì)，分流路數(shù)為五進(jìn)五出，流程長(zhǎng)度差異較大，從7米多至11米多都有，部分流路進(jìn)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(jì)圖，A系統(tǒng)和B系統(tǒng)也是交叉設(shè)計(jì)，分流路數(shù)也分為五進(jìn)五出，其流程長(zhǎng)度差異相對(duì)較小，從7米多至9米多，流路進(jìn)口和出口位置相對(duì)集中，且相隔較遠(yuǎn)。通過整機(jī)性能試驗(yàn)，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(duì)較小，說(shuō)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(dá)到節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證的要求。
優(yōu)化前后蒸中溫度對(duì)比
3、結(jié)束語(yǔ)
不斷優(yōu)化，精益求精，設(shè)計(jì)出高效率和高質(zhì)量低成本的產(chǎn)品是工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員永遠(yuǎn)追求的目標(biāo)，其中如箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、壓縮機(jī)選型、換熱器選型、毛細(xì)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(jī)系統(tǒng)都存在一個(gè)*的技術(shù)配置。對(duì)商用空調(diào)產(chǎn)品零部件的設(shè)計(jì)，一般可以先通過計(jì)算或者參考成熟經(jīng)驗(yàn)對(duì)比評(píng)估作初步設(shè)計(jì)，再做出樣機(jī)通過整機(jī)的性能試驗(yàn)驗(yàn)證作匹配和調(diào)整，確定最終設(shè)計(jì)和配置。
