摘要：本文对常规窗式空调器的噪音影响因素进行了理论分析，针对噪音贡献最大的风场结构做优化设计。优化方案的试验表明：静音窗机的噪音值同比常规窗机下降11dB，优化效果非常可观，并且整机性能也略有提升。
关键词：窗式空调器；静音；高效气动布局；蒸发器
Research on application of ultra-quiet Window-Type air conditioner
Zhong Yujin， Wu Tao
（GD Midea Refrigeration Equipment Co.， Ltd. Guangdong Foshan 528311）
Abstract：This paper makes a theoretical analysis of the noise influence factors of conventional Window-Type air conditioner. Optimized design for wind field structure with the maximum noise contribution. The performance of optimization scheme shows： the mute Window-Type air con- ditioner is 11 dB lower than the conventional WindowType air conditioner. The optimization effect is very considerable and performance improved slightly.
Keywords：Window-Type air conditioner； Mute； Efficient aerodynamic layout ； Evaporator
1、前言
窗式空调器一般由制冷系统、风道系统、电控系统三大部分组成。相对于分体式空调器而言，窗式空调器的体积小，耗材少，成本低，安装方便快捷，维修少，能广泛的被市场接受，可适用于卧室、办公室、家庭、小型计算机房等场所。
窗式空调器在全球销售广泛，年需求量在1000万台左右，其中北美市场就占约60%。因分体式空调器受安装限制、安装人工费高等因素影响，美国约70%家庭采用窗式空调器降温，主要销售区域集中在美國东西海岸线城市。
窗式空调器嵌入安装在窗户或墙体内，工作时不可避免地将整机噪音传递到室内，其结构一体化导致了压缩机、风机等噪声源与室内侧环境之间不能有效隔离，造成室内噪声污染较为明显，用户听感体验较差。从表1中可以看出，现有窗式空调器的室内侧噪音值很高，高风制冷甚至达到53.5～58.4dB（A），接近分体式空调器的室外机噪音水平，低风制冷也达到48.4～53.6dB（A）。
高噪音已严重影响到客户的使用体验，图1展示的是在美国市场消费者对窗式空调器的不满意度调查，其中显示噪音是客户最不满意的痛点问题。
随着人们生活水平的提高和环境保护意识的增强，用户在关注窗式空调器使用性能的同时对其噪声提出了更高的要求，噪音逐渐成为人们在选取空调时参考的一项重要指标。考虑以上需求，降低窗式空调器噪音水平极为必要。
2、传统窗式空调器噪音瓶颈分析
窗式空调器的整机噪音是由压缩机、风轮风叶、配管振动等各运动部件产生的噪音叠加而成的，即如下噪音声压级叠加公式：
通过表2中数据可知，常规窗式空调器的各噪音来源中，风噪的贡献最大。
如图2所示，常规窗式空调器的内侧风道大多采用离心风道，送风过程中气流会产生90°转折，导致送风效率低、噪声高、舒适性差；内侧蒸发器普遍采用均阻力蒸发器，并未根据风道本身的特性进行系统设计；且内外侧风道普遍采用单电机方案，如图3所示，内外侧风道效率受限，很难达到最佳。
3、静音设计与分析
本文研究的超静音窗式空调器打破传统风道形式，窗机内侧采用贯流风道设计方案，进出风更加顺畅，同风量噪音更低；充分利用内侧贯流风道的进风特性，采用分段式、非均布阻力蒸发器：离风轮较近的蒸发器采用三排，确保整个进风流场风速分布更加均匀，同时可更好的防止进出风形成短路；离风轮较远的蒸发器采用两排，在确保顺利排水的前提下，尽可能减小风轮上游的进风攻角，提升风道效率，降低噪声。
3.1 高效气动布局贯流风道设计
提出采用贯流风道设计的高效气动布局，如图4，直接在原结构上换上贯流风轮。
但实验证明存在以下弊端：首先，会导致不同位置的进风风速差异明显，靠近风轮的蒸发器上半段风速较大，而靠近底盘的蒸发器下半段风速较小，造成蒸发器的换热不均，换热效率低下；同时，流经蒸发器下半段进风折转角度较大，导致流体噪声偏高。其次，如前一点所述，由于蒸发器与贯流风轮距离较大，导致流经蒸发器的风速差异明显，使得进风格栅上半段负压较大，下半段负压较小，由于贯流风道出风口静压较低，尤其当导流板偏向出风口蜗舌条时，可能导致进出风短路——即由进风口流经进风格栅、蒸发器、贯流风轮、导流板的气流再次被吸入进风口，使整个制冷系统恶化，能力、能效及舒适性大打折扣。
3.2 非均布阻力蒸发器
针对以上换热送风不均匀的问题，再将蒸发器设计采用两折方案，如图5所示，离出风口最近的蒸发器7-1采用3排D7管，另一折蒸发器7-2采用2排D7管。一方面，离出风口最近的蒸发器7-1的阻力较大，相应于进风格栅处的负压也较小，出风口下端与进风格栅上端的压差也将减小，将大大降低进出风短路的可能性。另一方面，按照离贯流风轮越近（远）阻力越大（小）的布局原则，这样流经蒸发器的风速分布更加均匀，制冷系统的流路设计也更为简单，不同流路之间的温度差异也越小——即与主流风速垂直方向上的温度梯度将减小，整个流场的协同性更好，换热效率更高。
综合考虑结构空间和换热效率，调整蒸发器的布局，使气流进入蒸发器和贯流风轮的攻角尽量小，整个系统的风阻降低，主流风速和温度梯度的夹角减小，整个流场的协同性得到改善，换热效率得到提升。同时，由于进风气流更加顺畅，同风量下的流致噪声也将得到进一步改善，针对贯流风轮敏感的风声不稳、风啸等问题优化了出风口结构。
3.3 双电机均衡布局设计
打破传统结构布局，静音窗机采用双电机独立设计内外风道系统，提升整个系统的送风效率。这样室内侧贯流风轮转速调整不受外侧影响，从而对风量以及噪音的调整更加灵活。
采用高效气动布局贯流风道设计，静音窗式空调器的整机送风噪声降低15dB（A），制冷噪声降低11dB（A）。效果明显，详见表3。
3.4整机性能验证
经过以上结构的优化，静音窗机的噪音远远低于常规窗机，同时在性能方面也得到了优化，如表4所示，同样条件下，静音窗机的能力和能效值都高于常规窗机。
4、结论
静音窗式空调器颠覆了传统窗机的风场设计，在技术上解决了传统窗机噪音大的痛点问题，营造健康和谐的生活环境，可以促使行业技术水平的良性竞争发展。用户可以通过付出较少的代价（低安装费）体验噪音品质优良的产品，具有非常大的社会效益。
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