家用空調(diào)室外機隱蔽式安裝的能耗實驗研究

陳雨嫣，譚華倩，崔穎文，梁佩鈺，賴學(xué)江

(廣東海洋大學(xué) 機械與動力工程學(xué)院，廣東 湛江 524088)

1 引言

隨著城鎮(zhèn)化的加速推進，城鎮(zhèn)人口日益增長，人們對住宅建筑面積的需求也越來越大。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計分析和研究表明，2016年我國全社會房屋竣工住宅面積達179737.8萬平方米[1]，如今隱蔽式室外機安置方式使用在商品房上的應(yīng)用十分廣泛，如果室外機安裝在凹槽中，而且凹槽較窄，進風(fēng)量小，加上百葉、格柵等遮擋，就會一定程度上影響室外機的散熱和能效比，甚至出現(xiàn)熱短路現(xiàn)象[4]。

單磊等人對室外機遮擋物對分體式空調(diào)器性能影響進行了試驗研究，通過調(diào)整周圍遮擋物與室外機的間距，測量室內(nèi)機制冷量，并記錄消耗功率，計算機組能效比，分析主要影響因素[3]。

姜曉東等人運用CFD模擬的方法對空調(diào)室外機周圍的溫度場和速度場進行計算，研究格柵孔隙率對室外機性能的影響。結(jié)果表明，增大孔隙率將增強室外機的散熱能力，孔隙率>0.6時冷凝器的進風(fēng)溫度將大大降低[4]。近幾年來，越來越多的室外機安裝采用凹槽式室外機位，并使用百葉窗、格柵遮擋，來保證建筑物外立面的美觀和整潔，也減少了人們在視覺上對空調(diào)室外機的關(guān)注。

2 實驗方案設(shè)計

2.1 實驗器材及設(shè)備

本實驗選用志高風(fēng)機盤管1臺，格力1匹室外機1臺，液晶顯示多路無紙記錄儀1臺，熱電阻探頭若干，單相電能表1個，電流變送器1個、電壓變送器1個。采用酚醛鋁箔復(fù)合板模擬商品房預(yù)留室外機安裝位置。模擬隱蔽式安置方法的裝置如圖3所示。本項目所選用的實驗空調(diào)機組最低可設(shè)定溫度為18℃。室外機參數(shù)如表1。

圖2 隱蔽式安裝裝置

表1 室外機參數(shù)

室外機尺寸L×W×H (cm)名義制冷量(W)額定輸入功率(W)循環(huán)風(fēng)量(m3/h)額定電流(A)70×22×482500930W3904.4

2.2 實驗方案

本實驗將設(shè)置兩種不同的工況，記錄實驗數(shù)據(jù)。

設(shè)定相同溫度，運行相同時間，不同工作狀況，不放入隱蔽式凹槽，其他條件保持一致(以下簡稱為A工況)。

設(shè)定固定溫度，運行相同時間，額定運轉(zhuǎn)(即在與空調(diào)匹數(shù)相匹配面積的環(huán)境下)，不放入模擬隱蔽式凹槽(以下簡稱為A1工況)。

設(shè)定在最低溫度，運行相同時間，滿負荷運轉(zhuǎn)(即在比額定運轉(zhuǎn)面積大得多的環(huán)境下)，不放入模擬隱蔽式凹槽(以下簡稱為A2工況)。

設(shè)定在最低溫度，運行相同時間，不同工作狀況，放入隱蔽式凹槽，其他條件保持一致(以下簡稱為B工況)。

圖3 A方案裝置示意圖

設(shè)定固定溫度，運行相同時間，額定運轉(zhuǎn)(即在與空調(diào)匹數(shù)相匹配面積的環(huán)境下)，放入模擬隱蔽式凹槽(以下簡稱為B1工況)。

設(shè)定在最低溫度，運行相同時間，滿負荷運轉(zhuǎn)(即在比額定運轉(zhuǎn)面積大得多的環(huán)境下)，放入模擬隱蔽式凹槽(以下簡稱為B2工況)。

本實驗將測量整機電壓、整機電流、整機單位時間消耗電能以及在不同位置放置熱電阻探頭，測量室內(nèi)環(huán)境溫度、室內(nèi)機入風(fēng)溫度、室內(nèi)機出風(fēng)溫度、室外環(huán)境溫度、室外機入風(fēng)溫度、室外機出風(fēng)溫度。

A方案裝置示意圖如圖3所示，B方案裝置示意圖如圖4所示。

本實驗的技術(shù)關(guān)鍵問題在于如何控制實驗環(huán)境、條件的一致性以及模擬隱蔽式安置方法的環(huán)境。為減少太陽直射對實驗結(jié)果造成的影響，故選擇風(fēng)速較小，單位時間溫差不大的夜晚進行實驗。

3 實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

本實驗選取無風(fēng)的夜晚晚上19:35-22:15時間段作為試驗時間段，設(shè)定溫度為18℃。如實驗時間內(nèi)室外溫度折線圖(見圖5)所示，進行A1，A2，B1，B2工況測定時室外環(huán)境條件無非常大的變動，波動范圍在0.5～1℃。由于設(shè)定溫度相較于室外溫度低得多，所以我們可認為室外溫度變化對實驗的影響在可接受范圍之內(nèi)。

3.1 室外機出風(fēng)、入風(fēng)溫度比較

通過對比實驗，得到圖6、圖7室外機的出風(fēng)、入風(fēng)溫度，無論是額定還是滿負荷運轉(zhuǎn)的工作狀況，有凹槽的情況下室外機的出風(fēng)溫度、入風(fēng)溫度整體比無凹槽的情況要高。這就說明，室外機入風(fēng)在凹槽的影響下，溫度上升，不利于機組與室外環(huán)境換熱，換熱效率不如無凹槽的高。室外機出風(fēng)在凹槽的影響下溫度升高，出風(fēng)溫度太高也會影響機組的整體使用壽命。

圖4 B方案裝置示意圖

圖5 室外環(huán)境溫度

圖6 室外機的出風(fēng)溫度

圖7 室外機的入風(fēng)溫度

3.2 制冷效果比較

實驗時我們將額定工作狀態(tài)室內(nèi)環(huán)境控制在室溫24.7℃左右，濕度控制在60%。將滿負荷工作狀態(tài)的室內(nèi)環(huán)境控制在室溫27.4℃左右，濕度控制在72%。對比室內(nèi)機出風(fēng)溫度我們可知，在額定工作狀態(tài)下，無凹槽的室內(nèi)機出風(fēng)溫度要比有凹槽的室內(nèi)機出風(fēng)溫度低；在滿負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，無凹槽的室內(nèi)機出風(fēng)溫度也是要比有凹槽的室內(nèi)機出風(fēng)溫度低。通過對室內(nèi)環(huán)境始末溫度(表2)的比較可知，額定工作狀態(tài)下，不放入隱蔽式凹槽的機組制冷效果明顯要比放入凹槽的機組好得多，滿負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，雖不及額定工作狀態(tài)差距明顯，但A工況的制冷效果整體要比B工況的好。室內(nèi)機出風(fēng)溫度折線圖如圖8所示。

表2 室內(nèi)環(huán)境始末溫度比較

實驗工況實驗起始溫度,濕度實驗終了溫度,濕度始末溫差1、額定工作狀態(tài)A124.7℃,60%20.9℃,49%3.8℃B124.6℃,62%24.3℃,59%0.3℃2、滿負荷運轉(zhuǎn)A227.4℃,72%26.9℃,69%0.5℃B227.4℃,72%27.2℃,70%0.2℃

圖8 室內(nèi)機出風(fēng)溫度

3.3 能耗比較

從電流方面分析，在實驗的A、B兩種工況下，無論是峰值還是平均值，放入隱蔽式凹槽的機組通過電流的都要比不放入凹槽的機組要大。各個工況能耗見表3。

表3 各個工況下能耗比較

實驗工況試驗時間內(nèi)消耗電能(kWh)放入凹槽與不放入凹槽電能差(kWh)相對電能差額定工作狀態(tài)A12.44B12.750.3112.70%滿負荷運轉(zhuǎn)A22.72B23.420.7025.73%

整機在試驗時間內(nèi)運轉(zhuǎn)所消耗的電能如表3，兩種工作狀態(tài)下，放入凹槽的機組消耗的電能都要比不放入凹槽的機組多，滿負荷運轉(zhuǎn)的時候?qū)Ρ雀用黠@，效率差達到了25.73%。

拿A1、B1這兩天作比較，A1工況實驗時間段的室外環(huán)境平均溫度為25.8℃，B1工況實驗時間段室外環(huán)境平均溫度為24.5℃。理論上來說，B1的工作環(huán)境較A1來說更有利于室外機換熱，但是就實際耗能來說，B1工況下機組比A1工況下耗能要多12.70%?？梢酝茢?，若兩工況在同一環(huán)境溫度下工作，B1工況的耗能必定會比A1高。

由此可見，將室外機放入凹槽將影響機組的制冷效果與耗能。

4 結(jié)論與建議

若采用凹槽式安置方法，可以將凹槽的前、左、右側(cè)的圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計成百葉、鏤空欄桿等裝飾性構(gòu)件，在不影響房屋外觀的前提下提高凹槽的散熱效果。若不采用將室外機放入凹槽這樣的方法，可以選用水冷式家用中央空調(diào)。寫字樓可采用分戶計費的方式使用。

配備的大型中央空調(diào)，這樣的分戶計費能夠有效地減少用戶要承擔(dān)的費用，能夠?qū)①Y源用在合理的位置。