国内房间空调器拆解研究及浅析

赵洋 汪超 石里明 李巧红

1.中家院（北京）检测认证有限公司 北京 100176

2.中国家用电器研究院 北京 100037

1 引言

伴随着国内经济建设的崛起，空调成为办公、生活的必需品。自2017年起，我国空调总产量开始快速上升，2018年空调总产量突破2亿台，同比增长14.69%，截至2019年底，国内空调总产量21866.2万台，相比2018年再提升6.74%。随着空调产量的逐年上升，更多的企业把目光投向空调的多功能和新技术方面，这也直接导致空调器的零部件的复杂程度和集成度越来越高。然而，零部件的选择和迭代对空调器本身的基础性能，如制冷量、耗电量、APF、电磁兼容特性、噪声和震动等均存在或多或少的影响。此前，国内学者黄浩强等通过对R290与R22两种制冷剂多项理化特性的分析，对使用这两种制冷剂的空调实际运行情况进行了量化对比研究[1]；刘鑫等对比了窗式空调器与分体式空调器在安装、室内空气环境、噪声、空调维护与保养方面的优劣性[2]；唐智钧探讨了以外径为φ7 mm或φ9 mm的铜管做基管的三种不同冷凝器对空调器本身制冷性能的影响[3]。值得注意的是，现阶段对于家用空调器的对比研究大多仅仅停留在制冷剂差异、形式差异和单一部件差异等某一个方面，而并没有对空调器进行全面的拆解、统计和分析。本研究旨在对国内不同厂家、不同能效的三台空调器进行拆解，同时通过查阅铭牌以及借助直尺、游标卡尺等工具对零部件尺寸进行记录，在此基础上分别针对换热器、压缩机、风扇和节流组件等零部件的技术参数进行对比分析，并根据各项参数的不同分别判断各个零部件对于空调整机能效的潜在影响。这项研究有利于从业人员全面了解空调器的构成和整机能效的影响因素，这将对产品的进一步研发起到指导作用。

2 房间空调器基本参数介绍

表1 三种空调基本参数表

选取国内两大型空调企业的三种型号样机，包含一级能效一台，三级能效两台空调器进行拆解研究。从表1中可以看出，三台空调容量均为1.5匹且外形尺寸相差不大，基本参数的主要区别在于空调器A-1为1级能效，空调器A-3、B-3为3级能效，三者在制冷能效方面差异不大，造成能效分级不同的原因在于空调器A-1的制热能效略高于空调器A-3和B-3。在制冷剂方面，A、B厂家的空调器分别选择R32和R410A作为制冷剂且三者的制冷剂充注量存在较大差异，基于以上两方面的原因，三台空调器的价格区间有所不同。

选择上述三台空调作为拆解对象的原因在于：三者在主要参数上既有相同的部分又存在着一定的区别，在拆解对比时可通过零部件的不同对差异原因进行分析，本次拆解分析主要着眼于制冷四大部件，即：压缩机、冷凝器、蒸发器、节流组件和阀门等。

3 空调器拆解、测量及分析

3.1 压缩机

从拆解结果（见表2）可以看出，三台空调压缩机没有本质区别，品牌、能效等级之间的不同对压缩机类型的选择影响不大，三台均为变频转子式的类型，由于充注制冷剂、生产厂和装机空间不同，压缩机尺寸存在小幅差异，从以上差别可以看出，压缩机本身对于整机的最大制冷能力有着决定性的影响，但对于整机的能效等级影响相对较小，同时，市面上销售的家用空调器大多数已配备变频压缩机，压缩机技术相对较为成熟。

表2 压缩机拆解基本参数表

3.2 换热系统

3.2.1 室内换热器

表3 室内换热器拆解基本参数表

图1 型号A-1、B-3室内热交换器对比图

图1所示的对比图中，分别使用绿色和红色线示出制冷剂流入和流经A-1型空调室内换热器的路径；同时分别使用蓝色、绿色和黄色线示出制冷剂流入、流经和流出B-3型空调室内换热器的路径，结合表3中的参数可知，对于室内换热器而言，能效等级不同差异表现相对比较明显，具体表现在管段数、翅片类型和换热器高度上。对于1级能效的空调器，其管段数略大于3级能效的两台空调，这一现象说明管段数的增加间接增加了换热器的整体换热面积，提高了室内部分的换热效率。另外，1级能效空调器的换热器高度比2级能效的换热器高度增加了5%和13%，该结构设计的原因也与管段数有关，这也从侧面证明换热面积将很大程度上影响空调的能效。第三方面，1级能效的空调使用的翅片类型为波纹型，从以往的经验看，波纹翅片管的换热效率比3级能效空调器所使用的平板翅片管更加具有优势，但由于制造成本不同，两者均在空调器中使用。

3.2.2 室外换热器

表4 室外换热器拆解基本参数表

图2 型号A-1、B-3室外热交换器对比图

图2所示对比图中，分别使用红色、绿色和黄色线示出了制冷剂流入、流经和流出换热器的路径，结合表4数据可以看出，三台空调器的室内换热器与室外换热器的结构布局基本一致，不同之处在于三者室内换热器的管段数不同，而在室外换热器方面，则是管列数不同，1级能效空调器的室外换热器管列数比3级能效空调器增加了一倍，这一结构设计将整体的换热器厚度增加将近一倍，换热面积显著增加。另外值得注意的是，由于三台空调的室外换热器尺寸有着比较大的差异，因而其形状可被布置为U型和L型用以适应换热器在室外机中的安装。结合3.2.1章的分析可以得到以下结论：造成能效等级发生变化的潜在影响因素体现在换热器的管列数、管段数、翅片类型、换热器尺寸等等，另外，在改变结构设计的同时，售价也会受到较大影响。

3.2.3 室内送风机

表5 室内送风机拆解基本参数表

如表5所示，从室内送风机风扇部分拆解可以看出，对于能效等级不同的三台空调器，其室内机风扇存在差异的方面是风扇尺寸、叶片数。对比1级能效空调器和两台3级能效空调器发现，1级能效空调器室内机风扇的尺寸综合参数略大于3级能效，但其更主要的区别是风机叶片数分别比3级能效空调器高出17%和32%。当然，以上设计的原因可能是风量和气流组织等方面的需求，但不排除室内风扇将对整机的能效等级造成影响。另外，三台空调器室内送风机的电机形式不同，只有1级能效空调器使用直流电机，3级能效的两台空调均使用交流电机，从这方面看，1级能效空调器所采用的全直流方式对能效的提升和风机调速控制的平滑度具有一定优势。

3.2.4 室外送风机

表6 室外送风机拆解基本参数表

在室外送风机方面，与室内送风机不同的是，风机在极大程度上服务于换热系统，对气流组织和舒适度方面考虑较少，因此，它的设计将以空调性能为导向。从表6中看出，1级能效空调器的室外机风扇在外径尺寸上略大于两台3级能效的空调，但叶片高度略小于两台3级能效的空调，从综合尺寸上看，三者叶片差异不明显。三者叶片数也均为3片，因而可以断定，案例中的空调器室外机风扇性能差异不大。另外，与室内风机类似的是只有1级能效空调器所使用的室外电机形式为直流，这对电能利用率提升上有一定的帮助。值得注意的是，两台3级能效空调器在室外送风形式上虽有不同，但空调性能方面并无明显差别，由此可知，送风形式对于能效等级提升的意义不大。

3.3 其他零部件

表7 其他零部件拆解基本参数表

如表7所示，三台空调器在四通阀的选择上虽有所不同，但本质上对系统能效不造成影响，但在节流系统的选择上A厂的空调器偏向于选择电子膨胀阀，而B厂3级能效的空调器则直接选用了毛细管。从数据上看，空调器B-3和A-3采用不同的节流方式，虽然能效差异不大，但结合以往学者在变频空调节流系统方面的研究[4][5]，电子膨胀阀的优势在于当系统处于非设计工况下运行时，其调节特性对于系统能效的提升有一定帮助，由于产品的标称能效等级均由设计工况下所测得的数据计算得出，因此数据显示差别不大。

4 结论

本次通过对一台1级能效、两台2级能效的空调器进行基本拆解，进行主要零部件的对比，并对能效差异的原因做简要分析，分析结果显示，首先对于选中的三台空调器而言，造成能效差异的原因主要集中在换热系统方面，换热器管段数、列数的增加直接提升了换热面积，管段翅片类型的选择进一步对换热效率造成影响；其次，换热系统所使用的风机叶片数量、尺寸和驱动方式的也在一定程度上决定了整机的能源利用率。第三，由于三台空调压缩机性能水平相差不大，因此在整机能效方面并未体现出明显影响。最后，节流装置的不同在标准工况检测的前提下并未显示出明显能效差异，而根据以往经验，在变频空调系统非设计工况或波动工况下，电子膨胀阀较毛细管有一定优势。