空調(diào)室外機(jī)支架安全現(xiàn)狀分析

董澤華 董中華 陳金剛

（1.鄭州大學(xué)，河南鄭州 450001；2.開封東方新異科技有限公司，河南開封 475000）

我國大部分地區(qū)季節(jié)特征明顯，夏季炎熱、冬季寒冷，空調(diào)作為環(huán)境溫度調(diào)節(jié)設(shè)備被廣泛應(yīng)用，家用空調(diào)是我國空調(diào)消費(fèi)的主要領(lǐng)域。根據(jù)國家統(tǒng)計局、中商產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，2015—2020 年中國家用空調(diào)產(chǎn)銷量如表1 所示，每年空調(diào)遞增量巨大，5 年國內(nèi)家庭空調(diào)增量達(dá)到47732.7 萬臺，近20 年來中國空調(diào)已經(jīng)普及。空調(diào)室外機(jī)的安裝有兩種形式：一種是放置在建筑預(yù)留的空調(diào)安裝平臺上；另一種是固定在建筑外墻安裝面上的空調(diào)支架上。由于部分建筑設(shè)計時沒有預(yù)留空調(diào)室外機(jī)安裝平臺，空調(diào)外機(jī)需要使用空調(diào)支架安裝，空調(diào)支架得到廣泛應(yīng)用。

表1 2015—2020 年中國空調(diào)產(chǎn)量及銷量

1 空調(diào)室外機(jī)支架存在的安全風(fēng)險

空調(diào)的使用壽命一般在15 年左右，一些質(zhì)量好、使用頻率低的空調(diào)使用壽命可達(dá)20 年，因此空調(diào)外機(jī)支架的使用壽命應(yīng)不低于20 年。除滿足空調(diào)使用壽命的周期以外，空調(diào)外機(jī)支架還應(yīng)保證拆機(jī)時的安全。空調(diào)支架作為空調(diào)外機(jī)的支撐部件，其安全性能包括支架本身的使用壽命長短，固定膨脹螺絲的強(qiáng)度與抗腐蝕性能，安裝面墻體材料的強(qiáng)度等。由于市場競爭激烈，支架生產(chǎn)企業(yè)追求利潤最大化，空調(diào)經(jīng)銷商低成本采購，空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)不提供隨機(jī)支架配件，缺少市場監(jiān)管和行業(yè)監(jiān)管，導(dǎo)致空調(diào)支架整體質(zhì)量下降，使用壽命短?？照{(diào)支架的質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在使用材料厚度偏薄、強(qiáng)度不足、防腐質(zhì)量不高、耐腐蝕性能差等。支架因過早腐蝕造成強(qiáng)度和承載力降低，支架使用壽命與空調(diào)使用壽命不匹配，存在支架安裝缺陷，忽視支架維護(hù)，致使全國各地因空調(diào)支架脫落、斷裂問題引發(fā)的空調(diào)室外機(jī)墜落的安全事件時有發(fā)生。通過對開封市一些小區(qū)在用空調(diào)外機(jī)支架現(xiàn)狀的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：安裝的空調(diào)室外機(jī)支架普遍是噴涂防腐的三角板懸臂支架，大部分使用八年以上的空調(diào)支架都存在因不同程度銹蝕造成的承載力降低現(xiàn)象，此類空調(diào)室外機(jī)存在墜落的安全風(fēng)險不容忽視。發(fā)現(xiàn)某小區(qū)一戶的空調(diào)已經(jīng)因空調(diào)支架三角板嚴(yán)重銹蝕墜機(jī)（如圖1、2）所示，反映出早期一些空調(diào)室支架的質(zhì)量低劣，使用壽命短等問題。

圖1 墜落的空調(diào)室外機(jī)

圖2 銹蝕的空調(diào)支架

2 空調(diào)室外機(jī)支架的種類

空調(diào)支架按照使用鋼材的種類可分為碳鋼支架和不銹鋼支架；按照防腐方式可分為噴涂、鍍鋅、不銹鋼支架；按照國內(nèi)常用支架的形狀可分為三角板懸臂支架（如圖3 所示）和三角形支架（如圖4 所示）。國內(nèi)普遍安裝使用最多的支架為碳鋼鍍鋅或噴涂的三角板懸臂支架，不銹鋼三角形空調(diào)支架使用范圍有限。

圖3 空調(diào)室外機(jī)三角板懸臂支架

圖4 空調(diào)室外機(jī)三角形支架

3 空調(diào)室外機(jī)支架主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求

空調(diào)支架是能可靠的安裝在建筑物外墻安裝面上的構(gòu)件?？照{(diào)支架的組成包括固定于安裝面的垂直部分構(gòu)件，用于支撐和固定空調(diào)室外機(jī)的水平部分構(gòu)件，水平構(gòu)件和垂直構(gòu)件不得有銳角和銳邊。制作支架構(gòu)件的材料應(yīng)選用不低于GB/T 700《碳素結(jié)構(gòu)鋼》中Q235A 性能要求的材質(zhì)，整體承重能力符合GB 17790《家用和類似用途空調(diào)器安裝規(guī)范》的相關(guān)要求；常用材料有角鐵（熱軋鋼）、鍍鋅或鍍鋁鋅鋼板、不銹鋼三種；支架的水平托架和安裝面固定架的材料抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于GB/T 700《碳素結(jié)構(gòu)鋼》中Q235A 要求；制冷量小于5000 W 時支架使用基材厚度應(yīng)大于等于2.0 mm，制冷量大于等于5000 W 時支架使用基材厚度應(yīng)大于等于2.2 mm；支架防銹涂（鍍）層應(yīng)牢固、均勻，按照GB/T 10125《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》進(jìn)行72 小時中性鹽霧實驗合格。

空調(diào)支架的安裝面應(yīng)堅固結(jié)實具有足夠的承載能力。安裝面必須是實心磚、混凝土或與其強(qiáng)度等效的安裝面。安裝面為木質(zhì)、空心磚、金屬、非金屬等結(jié)構(gòu)或安裝面裝飾層過厚其強(qiáng)度明顯不足時應(yīng)采取相應(yīng)的加固、支撐和減震措施。安裝支架的膨脹螺絲采用直徑不小于M10 的鍍鋅或不銹鋼膨脹螺絲，長度不得小于100 mm（若外墻墻面有保溫層，應(yīng)增加膨脹螺絲的長度大于保溫層厚度），且符合GB/T 3098.1-2010《緊固件機(jī)械性能 螺栓、螺釘和螺柱》的要求。安裝的空調(diào)器支架應(yīng)在4 倍空調(diào)器機(jī)組重量（最少不低于200 kg）的作用下，保持48 小時以上不得發(fā)生明顯或影響安全的永久性變形和裂紋[1]。

4 空調(diào)室外機(jī)支架產(chǎn)品現(xiàn)狀

由于當(dāng)今社會是網(wǎng)絡(luò)時代，產(chǎn)品基本上都在網(wǎng)絡(luò)上宣傳和銷售，購物平臺的眾多產(chǎn)品質(zhì)量代表著一個時期內(nèi)市場流通產(chǎn)品的質(zhì)量趨勢。通過京東、淘寶等購物平臺搜索空調(diào)支架，出售支架的商家很多，支架種類有噴涂支架、鍍鋅支架、不銹鋼支架、不銹鋼三角折疊支架等。這些商家對產(chǎn)品的描述主要有：材料厚度、噴涂支架、熱鍍鋅支架、不銹鋼支架、201不銹鋼支架、304 不銹鋼支架等。表面噴涂和鍍鋅的三角板懸臂支架是市場主流產(chǎn)品，不銹鋼三角板懸臂支架由于價格高其市場受到限制，不銹鋼三角形支架成為平臺新秀，占據(jù)了購物平臺空調(diào)支架賣場的大部分展位，由于價格貴且應(yīng)用較少，就開封市而言，空調(diào)支架普遍使用的是噴涂三角板懸臂支架，部分有鍍鋅三角板懸臂支架，不銹鋼三角形支架極少。支架的來源主要是空調(diào)銷售商安裝空調(diào)時隨機(jī)安裝。

目前市面上的空調(diào)支架質(zhì)量良莠不齊，主要表現(xiàn)在與國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范對照支架制造使用材料的厚度不足，支架尺寸偏小，配套的膨脹螺絲（M8×80）規(guī)格偏小，空調(diào)壽命周期內(nèi)支架安全承載不能保證。對市場上空調(diào)三角形支架和三角板懸臂支架的主要規(guī)格參數(shù)統(tǒng)計如表2、表3 所示。一些商家對支架材料厚度的描述為“約”多少mm，“以上數(shù)據(jù)均為手工測量存在些許偏差，請以實物為準(zhǔn)”，一般三角形支架產(chǎn)品的斜撐厚度小于標(biāo)注厚度。這說明一些支架標(biāo)注尺寸參數(shù)偏高。

表2 不銹鋼三角形空調(diào)室外機(jī)支架產(chǎn)品規(guī)格型號標(biāo)注參數(shù)統(tǒng)計表

表3 三角板空調(diào)室外機(jī)支架產(chǎn)品規(guī)格型號標(biāo)注參數(shù)統(tǒng)計表

與國標(biāo)相比從以上數(shù)據(jù)可以看出，一些商家為了降低材料成本，支架邊寬一般采用30 mm×30 mm。不銹鋼三角形支架和1 P～1.5 P 的三角板懸臂支架使用材料厚度較薄，支架的尺寸偏小，一些支架三角板材料厚度小于豎梁材料厚度0.25 mm左右。低于國標(biāo)規(guī)定板厚不低于2.0 mm（CC ≥5000 W 應(yīng)大于等于2.2 mm）的要求，更達(dá)不到中國家電服務(wù)維修協(xié)會發(fā)布的《空調(diào)器室外機(jī)安裝用支架規(guī)范》材料厚度不低于3.0 mm的要求[2]；大部分支架長度尺寸分別低于國標(biāo)支架1 P～1.5 P、2 P、3 P 支架45 cm×42.5 cm、45 cm×46 cm、60 cm×55 cm 的要求；有一些空調(diào)支架材料的厚度是2.0 mm，豎架寬40 mm×40 mm 的噴涂三角板懸臂支架。噴涂支架和鍍鋅支架防腐層在空調(diào)壽命周期內(nèi)過早脫落造成支架腐蝕是普遍存在的現(xiàn)象，是導(dǎo)致支架承載能力下降或失效的主要因素。

5 空調(diào)室外機(jī)支架材料的力學(xué)性能

空調(diào)支架使用的材料有碳鋼（不低于Q235A）、201 不銹鋼、304 不銹鋼。材料的力學(xué)性能用屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度評價[5]。三種材料的耐腐蝕性與力學(xué)性能如表4 所示。從表4可以看出Q235A 的抗拉強(qiáng)度低于201 和304 不銹鋼，屈服強(qiáng)度在304 號201 不銹鋼之間，抗腐蝕性能最低，易銹蝕。所以碳鋼支架必須保證材料的厚度不低于3.0 mm 和有效的防腐涂（鍍）層，這兩個方面是決定空調(diào)支架在空調(diào)壽命期安全承載能力的保證。不銹鋼支架雖說抗拉強(qiáng)度高，耐腐蝕性能好，腐蝕速度慢，但是由于受風(fēng)載荷作用、風(fēng)震影響、空調(diào)室外機(jī)運(yùn)行震動等因素的影響，材料厚度較薄的支架在這些載荷的常年作用下會出現(xiàn)疲勞裂紋，造成支架失效。由于這種空調(diào)支架使用較少，存在的墜機(jī)的安全風(fēng)險并不突出，為確保支架安全，不銹鋼支架材料厚度應(yīng)該不小于2.0 mm。

表4 空調(diào)支架材料耐腐蝕性與力學(xué)性能

6 空調(diào)室外機(jī)支架的受力

空調(diào)支架用膨脹螺絲固定在建筑安裝面上，空調(diào)室外機(jī)用螺絲安裝在支架上，由于支架是對稱分布，其結(jié)構(gòu)形式相同，受力相同，空調(diào)室外機(jī)作用在單個支架上的力為空調(diào)外機(jī)重力的一半。不同品牌，不同型號的空調(diào)室外機(jī)重量不同，某品牌一款室外機(jī)在32 kg 左右，安裝維修時會承受人體重量，單只空調(diào)支架最大載荷在100 kg 左右。支架受兩個力矩的作用保持平衡[4]，一個為傾覆力矩，是作用在三角板橫梁上的空調(diào)重力和外力之和與力臂的乘積；一個為平衡力矩，是膨脹螺絲作用在豎梁上的拉力與力臂的乘積。力臂是固定不變的，膨脹螺絲拉力的大小由作用在三角板橫梁上的載荷大小決定。其力學(xué)模型是橫梁以豎梁下部為固定端的懸臂梁（如圖5 所示），矩心在橫梁與豎梁的連接位置。

圖5 空調(diào)支架受力圖

通過實例計算膨脹螺絲承受的拉力：上述某品牌空調(diào)重量為32 kg，支架豎梁長度41 cm、橫梁長度46 cm，空調(diào)兩地腳與支架鎖緊位置分別距離豎架為44 cm 和20 cm，兩只膨脹螺絲固定豎架的位置分別距離支架底部矩心為36 cm 和23 cm。假設(shè)兩只膨脹螺絲受到的拉力F 相等；空調(diào)重量平均作用在兩支架空調(diào)固定螺絲處。根據(jù)力矩公式M=FL，在空調(diào)重力載荷作用下支架處于平衡狀態(tài)，單只膨脹螺絲的拉力F(0.36+0.23)=32/2×9.8×(0.44+0.2)，F(xiàn)=170 N，假設(shè)單支架最大作用載荷為100 kg，受力側(cè)支架單個膨脹螺絲承受的拉力為：FMax=100×9.8×(0.44+0.2)/(0.36+0.23)=1063 N。與表5數(shù)據(jù)對比可知，用M8 膨脹螺絲在實心磚墻或混凝土墻安裝空調(diào)支架的允許拉力是計算最大拉力的兩倍和五倍，在膨脹螺栓不發(fā)生銹蝕的情況下有足夠大的安全系數(shù)。膨脹螺栓在加氣塊磚或空心磚墻體內(nèi)的容許拉力要小很多，需要采用加固措施。但是考慮膨脹螺栓常年銹蝕的原因，選擇膨脹螺絲不應(yīng)低于國標(biāo)M10×100，一些空調(diào)支架銷售商提供的膨脹螺絲配件為M8×80，規(guī)格型號偏低。

膨脹螺絲是利用楔形塊楔緊的固定原理使脹管膨脹產(chǎn)生摩擦握裹力達(dá)到錨固作用，埋入深度越深承受的拉力和剪力越大?？照{(diào)支架安裝施工中常用的膨脹螺絲規(guī)格型號有M8×80、M10×100、M12×100，這些膨脹螺絲在不同材料砌筑建筑安裝面內(nèi)承受的極限拉力和剪力不同，其承受的拉力由大到小依次為混凝土墻體、實心磚墻體、加氣塊磚墻體、空心磚墻體。膨脹螺絲在實心磚墻和混凝土墻體內(nèi)能受的拉力和剪力如表5 所示。但是支架膨脹螺絲能承受的極限拉力受安裝面墻體砌筑材料的差異、鉆孔尺寸、安裝方法、膨脹螺絲質(zhì)量、膨脹螺絲規(guī)格差異的影響一般會低于表5 中的值。安裝工安裝支架時經(jīng)常會出現(xiàn)膨脹螺絲在鎖緊過程中螺栓被拉出很多仍然不能擰緊的現(xiàn)象，說明該安裝面或鉆孔存在問題，膨脹螺絲沒有楔緊墻體，有被拔出的風(fēng)險，會造成空調(diào)支架膨脹螺絲被拔出的外機(jī)跌落的安全風(fēng)險。

表5 空調(diào)支架膨脹螺絲承載允許值和極限值

7 銹蝕對空調(diào)支架承載力的影響

以豎架采用等邊角鋼50×5，橫架采用等邊角鋼40×4，斜撐采用等邊角鋼30×3 的三角形碳鋼空調(diào)支架為例分析銹蝕對支架承載力的影響。彈性模量取2.1×105 N/mm2，泊松比取0.3，強(qiáng)度設(shè)計值取215 N/mm2，通過軟件計算各截面疊加應(yīng)力與該處截面承載力比值得出橫梁的效應(yīng)/抗力比在0.50～0.70 之間，斜撐的效應(yīng)/抗力比小于0.50，說明該空調(diào)支架承載力滿足要求。

空調(diào)支架發(fā)生銹蝕時用銹蝕率評價銹蝕的程度，構(gòu)件銹蝕率是用銹蝕后的構(gòu)件材料厚度與構(gòu)件原始材料厚度比值的百分比表示。對橫架發(fā)生銹蝕銹蝕率達(dá)到20%、25%、30%的情況下進(jìn)行模型分析計算，銹蝕率為20%時的效應(yīng)/抗力比在0.70～0.90 之間，銹蝕率為25%時的效應(yīng)/抗力比在0.90～1.00 之間，銹蝕率為30%時的效應(yīng)/抗力比大于1.00。一般要求構(gòu)件的效應(yīng)/抗力比小于1.00，橫架銹蝕率達(dá)到30%后承載力不足，銹蝕率不超過25%才能保證安全可靠[6]。所以《空調(diào)器室外機(jī)安裝用支架規(guī)范》規(guī)定材料厚度不低于3.0 mm，支架表面采用有效的涂（鍍）方法保證支架免受腐蝕，是保證空調(diào)支架安全的底線。

8 空調(diào)支架安全風(fēng)險防范措施

消除空調(diào)支架安全風(fēng)險的措施應(yīng)從源頭治理，安全主體責(zé)任劃分，標(biāo)準(zhǔn)修訂與落地實施，強(qiáng)化市場監(jiān)管等方面入手，做好以下幾個方面：

（1）由區(qū)政府定期組織社區(qū)對轄區(qū)存在安全隱患的空調(diào)支架進(jìn)行排查，對排查出來的隱患作為一項惠民工程進(jìn)行統(tǒng)一更換；

（2）市場監(jiān)督管理局對市場上不符合國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的支架進(jìn)行下架銷毀，防止流入市場造成新的隱患；

（3）空調(diào)支架作為空調(diào)實現(xiàn)功能的必要配件，支架應(yīng)該作為隨機(jī)配件由空調(diào)生產(chǎn)廠家提供，空調(diào)安裝是空調(diào)生產(chǎn)廠家授權(quán)的單位或個人，空調(diào)支架的質(zhì)量和安全主體責(zé)任應(yīng)該由空調(diào)生產(chǎn)廠家負(fù)責(zé)，這樣有助于整合、規(guī)范小而亂的空調(diào)支架生產(chǎn)現(xiàn)狀，提升支架質(zhì)量和安裝質(zhì)量；

（4）空調(diào)支架不管使用碳鋼或不銹鋼材質(zhì)，應(yīng)該保證足夠的材料厚度抵抗腐蝕減薄造成的強(qiáng)度降低，支架的使用壽命應(yīng)該不低于20 年。支架標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按照使用壽命大于空調(diào)使用壽命的條件，對不同材質(zhì)支架的豎梁、橫梁、支撐的材料厚度和尺寸做出明確規(guī)定，規(guī)定連接螺栓和膨脹螺絲使用不銹鋼材質(zhì)，對碳鋼支架防腐性能標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格要求；

（5）修訂國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)區(qū)域氣候特征差異制定地方標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)廠家完善企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，讓標(biāo)準(zhǔn)化管理體系發(fā)揮作用；

（6）鼓勵企業(yè)采用新材料、新技術(shù)，加大技術(shù)研發(fā)投入，開發(fā)力學(xué)性能好、承載能力強(qiáng)、抗腐蝕的復(fù)合材料支架。

總之，不管是從行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，公共安全，還是從消費(fèi)者的利益出發(fā)，行業(yè)協(xié)會和空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)都有責(zé)任規(guī)范空調(diào)支架市場的服務(wù)、質(zhì)量，切實做好空調(diào)支架安全風(fēng)險防范工作。

9 結(jié)論

通過以上分析認(rèn)為空調(diào)室外機(jī)支架的安全風(fēng)險存在以下幾個方面：（1）空調(diào)支架沒有作為空調(diào)必備的隨機(jī)配件提供給用戶，造成支架的質(zhì)量保證，售后服務(wù)和安全責(zé)任無承擔(dān)主體，導(dǎo)致空調(diào)室外機(jī)支架行業(yè)混亂；（2）支架使用材料厚度不足，銹蝕后承載力不足；（3）支架防腐質(zhì)量差，容易腐蝕，縮短了支架的使用壽命；（4）標(biāo)準(zhǔn)沒有明確支架滿足空調(diào)壽命的安全壽命周期；（5）支架安裝不規(guī)范造成的承載、抗風(fēng)能力差，產(chǎn)生支架松動、膨脹螺絲拔出等風(fēng)險。其中，最為普遍的安全風(fēng)險為空調(diào)支架過早銹蝕，承載力降低造成支架使用壽命低于空調(diào)使用壽命而引發(fā)墜機(jī)的安全風(fēng)險。