空调自清洁技术的分析比较和应用研究.pdf

4732023中国家电科技年会论文集0 引言随着科学技术的不断创新和人们生活水平的持续提高，用户对空调使用的需求越来越多，不仅局限于空调最基本的制冷制热与能效，而且开始关注舒适性与健康，用户需求和用户体验成为空调研发的重点。空调使用一段时间后，室内机换热器表面容易积累大量灰尘和污垢，不仅影响空调换热性能，而且会滋生细菌和病毒，随着空调的运行在室内传播，严重时会影响用户的身体健康1-2。空调室内机换热器表面积累大量灰尘，会增加空气流动阻力，降低流通风量，有研究表明，由于翅片积灰使空气侧压降增加至32.1%3-4，严重影响换热性能，空调使用5年后换热能力衰减11.2%19.3%5-6。此外，灰尘的积累有利于细菌和病毒滋生，有研究指出，细菌和病毒对温度敏感，我们日常常见的致病性病菌如大肠杆菌在56高温下持续30s可杀灭99.5%7,当温度超过50时，病菌微生物将停止生长8。基于清洁空调的重要性，有研究提出空调自清洁功能的应用9，本文在此基础上通过实际测试，综合比较了市场上主流品牌作者简介：毛玮，硕士研究生学位。研究方向：强化传热与制冷技术研究。地址：浙江杭州钱塘区18号大街950号伊莱克斯（杭州）家用电器有限公司。E-mail：。空调自清洁技术的分析比较和应用研究毛玮 董亚龙 刘威 刘哲希伊莱克斯（杭州）家用电器有限公司 浙江杭州 310018摘 要：针对用户对空调使用需求越来越多，更加关注空调的舒适性和健康，更加关注房间室内空气环境是否优良，市场上出现了很多带有自清洁功能的空调产品。研究旨在评价各个自清洁功能的清洁效果、用户体验感受等方面帮助提高和改善自清洁功能。通过模拟用户使用环境测试比对的方法，记录自清洁模式运行逻辑、自清洁时的空调状态、异音等进行分析比对，得出4套机器均采用先制冷运行冷凝，再制冷运行结霜，再送风运行或者制热后送风运行化霜吹干蒸发器的方式实现空调的自清洁功能，同时，4套机器在结霜和化霜过程中都会出现冰破裂的声音，类似“噼啪”声，用户体验感不好，结霜过程是导致异音产生的关键，需要综合评估做进一步的研究，可以更好的提高自清洁模式以及空调的使用感受。关键词：空调；蒸发器；自清洁；除尘 Application and investigation on self-clean of air-conditionerMAO Wei DONG Yalong LIU Wei LIU ZhexiElectrolux Hangzhou Domestic Appliance Co.,Ltd.Hangzhou 310018Abstract:In view of the increasing demand of users for air conditioners,they pay more attention to the comfort and health of air conditioners,and pay more attention to whether the indoor room air environment is good.There are many air conditioners with self-cleaning function on the market.Aims to evaluate the cleaning effect of each self-cleaning function,user experience and other aspects to help improve and modify the self-cleaning function.By simulating the users environmental do comparison test method,the operation logic of the self-cleaning mode,the state of the air conditioner during self-cleaning,and abnormal sounds were recorded for analysis and comparison,and it was concluded that the four sets of air conditioner realized the self-cleaning function by cooling operation and condensing firstly,then cooling operation and frosting,and then blow air or heating operation to defrost to dry evaporator.The sound of ice cracking will appear in the frost and defrost process of the four sets of machines,similar to crackling sound,and the user experience is not good.The frost forming process is the key to the abnormal sound,and further research needs to be conducted through comprehensive evaluation to improve the self-cleaning function and the use experience of the air conditioner.Keywords:Air-conditioner;Evaporator;Self-clean;Dedusting中图分类号：TB6 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.99.107474 2023中国家电科技年会论文集空调的自清洁功能，对比分析各品牌自清洁功能的运行方式和清洁效果以及用户使用感受，对自清洁功能进行应用研究。研究发现，目前自清洁功能均是采用制冷运行冷凝后结霜，再吹风干燥的方式实现空调的自清洁功能，同时，4套机器都会出现冰破裂的声音，用户体验感不好，结霜过程是导致异音产生的关键。1 原理分析1.1 功能实现通过设置空调专门的运行控制逻辑，让空调进入自清洁功能运行模式，实现空调的自清洁与杀菌。可以采用控制相关的目标参数，根据不同的使用环境温度，设置不同的压缩机运行频率、室内风机转速、各阶段运行时间、水平导风板角度等实现空调自清洁。空调进入自清洁功能，首先经历制冷模式下的冷凝阶段至一段时间后，通过控制压缩机频率与内风机转速进入制冷模式下的结霜阶段至一段时间，之后，单冷机会停止压缩机运行通过送风模式进入化霜和吹干阶段至一段时间，冷暖机则通过四通阀换向进入制热模式进行化霜、加热杀菌和烘干。1.2 自清洁原理自清洁模式下，空调制冷运行使内机蒸发器管温降至环境大气压露点温度以下，蒸发器上会产生凝露水，运行一段时间后，空调通过控制相关参数继续降低蒸发器管温至冰点以下，使产生的凝露水结冰或者结霜覆盖蒸发器表面，并利用冰的膨胀特性使蒸发器上的灰尘剥离表面。对于单冷机，通过停止空调制冷运行以及开始内机送风模式，快速化霜，产生大量的化霜水以冲洗翅片带走灰尘，并吹干蒸发器以防残留多余水滴产生霉菌。对于冷暖机，通过四通阀换向转换为制热模式，快速化霜，产生大量的化霜水以冲洗翅片带走灰尘，制热模式持续一段时间烘干蒸发器并利用高温环境杀灭细菌病毒或者延缓其生长。2 不同空调自清洁模式分析2.1 实验方法与评价指标本实验目的在于验证自清洁模式的清洁效果与用户体验，根据用户使用环境的温度湿度范围以及ISO 5151标准，设计了不同的测试工况覆盖大部分的用户使用环境，包含高温、低温和主要相对湿度，如表1所以。对于单冷机，设置空调制冷运行初始温度16和高风转速，连续运行10分钟确保内机排水管正常排出冷凝水。之后关闭室内测工况，开启自清洁模式。对于热泵机制热工况下，设置空调制热运行初始温度30和高风转速，运行10分钟后关闭室内测工况，开启自清洁模式。上述实验每个工况至少运行3次，验证一致性。实验在标准3 P焓差实验室进行，房间式空气焓值法试验装置布置原理如图1所示，来自GB 7725。测试市场主流品牌9000 Btu/h和12000 Btu/h的单冷变频机和热泵变频机，R32制冷剂，在内外机换热器上布置温度传感器热电偶采集内外机盘管温度。电子秤型号为TC30K-H。图1 房间式空气焓值法的试验装置根据自清洁原理，记录室内机冷凝水量和盘管温度、室内机霜层均匀性、风扇转速、导风板角度、压缩机运行频率、各阶段运行时间等，以室内机冷凝水量和盘管温度评价清洁除尘效果，冷凝水量越大表示清洁除尘效果越好，制热运行下盘管温度越高杀菌效果越好8。2.2 实验结果与分析2.2.1 1号机器测试结果与分析 图2 1号机自清洁运行方式流程图1号机器单冷机，自清洁运行方式如图2所示，在各个测试工况下，自清洁运行冷凝阶段压缩机可能存在压缩机停机保护3分钟左右（以达到高低压平衡）然后开启快速升至一定频率，室内风机低风表1 测试工况测试工况室内侧温度/室外侧温度/干球温度湿球温度干球温度湿球温度制冷额定制冷27193524非标3025.53524大冷32234326凝露27242724冻结21152115制热额定制热201521 4752023中国家电科技年会论文集运转，导风板水平角度，蒸发器温度持续降低，持续8分钟。之后进入结霜阶段，内风机停止转动，压缩机频率维持不变，蒸发器温度快速降至0以下，蒸发器表面开始结霜，蒸发器上结霜不均匀，蒸发器上半部结霜较厚，下半部结霜较薄，期间会有冰破裂的声音，类似“噼啪”声，持续12分钟，容易引起消费者不适、对空调安全性可靠性产生疑问，引发投诉。之后进入化霜干燥阶段，内风机高速运转，压缩机和外风机停止，此时霜层快速化干净，同时会产生结霜阶段同样的冰破裂的声音，而且会更响，用户体验感不好，蒸发器温度迅速升至室温，持续10分钟。整个自清洁模式运行时间30分钟，且各阶段时间不受工况影响，不同工况下规律较一致，不同工况下内风机低风转速一样，高风转速一样，各工况压缩机频率一样，运行时间一样，大冷工况下无法运行自清洁，可能是有程序高温保护限制。霜层不均匀见图3以及蒸发器温度、功率曲线见图4，以额定工况示意。图3 1号机蒸发器结霜程度图4 1号机蒸发器温度、功率曲线2.2.2 2号机器测试结果与分析2号机器单冷机，自清洁运行方式如图5所示，在不同测试工况下，自清洁运行冷凝阶段会有所不同，根据不同的室内侧环境温度，整个阶段压缩机停止转动3分钟到6分钟，或者压缩机停3分钟运行3分钟停3分钟，室内风机微弱风运转，导风板开机默认角度，蒸发器温度或上升或下降，持续39分钟。之后进入结霜阶段，内风机停止转动，压缩机频率维持不变，蒸发器温度快速降至0以下，蒸发器表面开始结霜，蒸发器上结霜均匀，期间会有冰破裂的声音，类似“噼啪”声，相比1号机器声音相对轻微一些，持续16分钟，可能引起消费者不适、对空调安全性可靠性产生疑问，存在投诉可能。之后进入化霜干燥阶段，压缩机和外风机停止，3分钟后内风机开启且风速提高，蒸发器上霜层自然化霜，化霜干净，同时会产生结霜阶段同样的冰破裂的声音，用户体验感不好，持续63分钟。整个自清洁模式运行时间8288分钟，冷凝阶段时间不同，结霜阶段时间和化霜干燥阶段时间不受工况影响，不同工况下除冷凝阶段外规律较一致，不同工况内风机微弱风转速一样，高风转速一样，各工况压缩机频率不同，大冷工况下无法运行自清洁，可能是有程序高温保护限制。霜层均匀见图6以及蒸发器温度、功率曲线见图7，以额定工况示意。图5 2号机自清洁运行方式流程图图6 2号机蒸发器结霜程度图7 2号机蒸发器温度、功率曲线476 2023中国家电科技年会论文集2.2.3 3号机器测试结果与分析图8 3号机自清洁运行方式流程图3号机器单冷机，自清洁运行方式如图8所示，在各个测试工况下，自清洁运行冷凝阶段压缩机保持对应工况下的制冷运行频率或者压缩机停机2分半左右然后开启快速升至当前温度下对应的制冷运行频率，室内风机低风运转，导风板水平角度，蒸发器温度持续降低，持续4分钟。之后进入结霜阶段，内风机停止4分钟，之后低风运转4分钟，之后停止4分钟，之后低风运转2分钟，压缩机频率维持不变，蒸发器温度快速降至0以下，之后升温至一定温度保持，之后快速降温，之后升温至一定温度保持，内风扇停止时蒸发器温度均在0以下，内风扇低风运转时根据工况不同蒸发器温度可能高于0，冻结工况下蒸发器结霜均匀，其余工况下蒸发器上结霜不均匀，蒸发器上半部结霜较厚，下半部结霜较薄，期间会有冰破裂的声音，类似“噼啪”声，相比1号和2号机器声音相对轻微一些，持续14分钟，可能引起消费者不适、对空调安全性可靠性产生疑问，存在投诉可能。之后进入化霜干燥阶段，内风机低速运转，压缩机和外风机停止，此时霜层快速化干净，同时可能会产生结霜阶段同样的冰破裂的声音，蒸发器温度迅速升至室温，持续3分钟。整个自清洁模式运行时间21分钟，且各阶段时间不受工况影响，不同工况下规律较一致，内风机只有一个转速低风运转，各工况压缩机频率不同，运行时间一样，大冷工况下可以运行自清洁。霜层不均匀见图9以及蒸发器温度、功率曲线见图10，以额定工况示意。2.2.4 4号机器测试结果与分析4号机器热泵机，自清洁运行方式如图11所示，在各个测试工况下，冷凝阶段压缩机快速升至某一频率，室内风机高风运转，导风板水平角度，蒸发器温度持续降低，持续9分30秒左右。之后进入结霜阶段，内风机停止7分钟之后微弱风运转3分钟，压缩机频率维持不变，蒸发器温度快速降至0以下，内风扇停止时蒸发器温度均在0以下，内风扇微弱风运转时根据工况不同蒸发器温度可能高于0，大冷工况下蒸发器结霜不均匀，下折弯处靠下一根管未结霜，其余工况下蒸发器上结霜均匀，其间会有冰破裂的声音，类似“噼啪”声，与1号机器声音感受接近，持续10分钟左右，容易引起消费者不适、对空调安全性可靠性产生疑问，引发投诉。之后进入化霜干燥阶段，整机停止运行3分钟，此期间发生化霜，同时会产生结霜阶段同样的冰破裂的声音，而且会更响，用户体验感不好。然后压缩机、外风机开启运行制热模式，由于防冷风保护，内风机2分30秒左右（制热工况下为5分钟左右）后高速运转，制热模式总计约7分30秒左右，之后压缩机外风机停止，内风机继续以高风速运转2分钟以进一步吹干蒸发器。整个自清洁模式运行时间约31分钟，且各阶段时间不受工况影响，不同工况下规律较一致，各制冷工况压缩机频率相同，运行时间一样，内风机微弱风转速和高风转速各自相同，大冷工况下可以运行自清洁，开机状态下开启自清洁功能直接运行该功能。霜层均匀见图12以及蒸发器温度、功率曲线见图13，以额定工况示意。2.2.5 4套机器综合分析表2所示为4套不同品牌自清洁运行方式对比汇总，其中可以看出冷凝阶段制冷运行，时间有长有短，目的产生更多的冷凝水为后面的结霜做准备。结霜阶段制冷运行，压缩机频率保持不变，期间内风机一直保持停止状态或者停止和低速转动相结合，时间图9 3号机蒸发器结霜程度图10 3号机蒸发器温度、功率曲线图11 4号机自清洁运行方式流程图 4772023中国家电科技年会论文集1016分钟。化霜干燥阶段，对于单冷机而言，都是采用送风方式吹干蒸发器，时间跨度较大，从3分钟到63分钟不等；对于冷暖机而言，则会采用先制热再送风的方式干燥蒸发器，以达到更好的杀菌干燥效果。不同品牌，压缩机运行频率随着环境温度的变化，有固定不变的也有改变的，内机风扇转速不随环境温度变化而变化。表3所示为4套不同品牌自清洁中的化霜冷凝水量以及结霜均匀性。2号机器化霜冷凝水重量与其他机器相比相对少一些，1号机器和3号机器结霜均匀性与其他机器相比相对差一些。在自清洁功能运行中，4套机器在结霜和化霜过程中都会出现冰破裂的声音，类似“噼啪”声，会引起消费者不适，引发投诉，化霜瞬间可能“噼啪”声会更响，用户体验感不好，2号机器和3号机器相对来说冰破裂的“噼啪”声相对轻微一些。3 结论本文基于用户对空调使用需求越来越多、关注空调换热性能和室内空气环境优良的背景下，通过实验测试，综合研究比对了市场上主流品牌宣传的空调自清洁功能，从清洁效果、自清洁功能运行图12 4号机蒸发器结霜程度 图13 4号机蒸发器温度、功率曲线表2 自清洁运行方式对比汇总运行阶段运行方式1号机器2号机器3号机器4号机器冷凝阶段整机运行模式制冷运行制冷运行或停机 制冷运行制冷运行压缩机运行模式快速升频快速升频或停机快速升频快速升频内风机转速低风微弱风低风高风大约持续时间8分钟39分钟4分钟9分30秒结霜阶段整机运行模式制冷运行制冷运行制冷运行制冷运行压缩机运行模式频率保持频率保持频率保持频率保持内风机转速停止停止内风机停4分钟低风4分钟停4分钟低风2分钟内风机停7分钟微弱风3分钟大约持续时间12分钟16分钟14分钟10分钟化霜干燥阶段整机运行模式送风运行停机后送风运行送风运行停机3分钟制热运行7分30秒送风运行压缩机运行模式停止停止停止停止运行停止内风机转速高风3分钟后高风低风高风大约持续时间10分钟63分钟3分钟10分30秒备注各运行方式各工况压缩机频率一致，内风机低风转速一致，高风转速一致各工况压缩机频率不同，内风机微弱风转速一致，高风转速一致各工况压缩机频率不同，内风机只有一个转速低风一致各制冷工况压缩机频率一致，内风机微弱风转速一致，高风转速一致表3 自清洁化霜冷凝水量以及结霜均匀性工况项目1号2号3号4号项目1号2号3号4号额定制冷冷凝水水量/g771912586结霜均匀性否是否是非标16668194100否是否是大冷不运行不运行9898不运行不运行否否凝露17895179100否是否是冻结110385069否是是是额定制热无无无0*1无无无是注1：此数据无效。4号机额定制热工况下自清洁模式蒸发器有结霜，测试过程中由于接水盘未接满水导致化霜水留在内机接水盘中没有测出水的重量。478 2023中国家电科技年会论文集方式、用户体验感受角度出发，进行了观察研究。通过实验得出4套机器通过各自软件功能控制（采集盘管温度、环境温度、设定运行时间），采用先制冷运行冷凝得到凝露水，再制冷运行在蒸发器表面结霜，再送风运行或者制热后送风运行化霜吹干蒸发器的方式实现空调的自清洁功能，实现清洗蒸发器以及高温杀菌杀病毒的效果。具体的制冷、制热运行方式，包含压缩机运行频率、内外风机转速、内机导风板角度、不同步骤运行时间都不一样。通过使产生的凝露水结冰或者结霜覆盖蒸发器表面，并利用冰的膨胀特性使蒸发器上的灰尘剥离表面，达到清洗蒸发器的效果。各个自清洁功能运行逻辑的优劣还需要进一步分析研究。在测试过程中发现4套机器在结霜和化霜过程中都会出现冰破裂的声音，类似“噼啪”声，化霜瞬间可能“噼啪”声会更响，用户体验感不好，分析认为结霜过程是产生异音的关键，不同的运行方式对声音均有影响，此声音产生的原因较为复杂，尝试分析了管路温度点分布、结霜均匀性等，没有找到直接的原因，如果要改善此声音的话，需要综合评估做进一步的研究。参考文献1 曾伟城,沈志相.论空调系统清洁清洗的重要性J.制冷技术,2010,30(01):45-46.2 Building environment design-indoor air quality-methods of expressing the quality of indoor air for human occupancy:ISO/TC205 ISO/DIS 16814S.Geneva:ISO,2005.3 鞠培玲,詹飞龙,庄大伟,丁国良,唐家俊.翅片管式空调蒸发器积灰过程的实验观察A/上海市制冷学会.上海市制冷学会2017年学术年会论文集C.上海市制冷学会:上海市制冷学会,2017:6.4 唐家俊,詹飞龙,胡海涛,丁国良,庄大伟.翅片结构对翅片管换热器积灰与压降影响的实验研究J.制冷学报,2017,38(01):1-7.5 鞠培玲,庄大伟,詹飞龙,等.空调换热器长期运行性能衰减的加速实验研究J.制冷学报,2019,40(04):10-16.6 鞠培玲,詹飞龙,庄大伟,等.翅片管换热器在析湿工况下的积灰特性及对空气侧压降的影响J.制冷学报,2018,39(06):10-16.7 葛忆琳,沈伟.两株大肠杆菌对低热及六种消毒剂抗力的比较J.中国消毒学杂志,2002(04):3-7.8 严汉彬,丁力行.控制空调系统微生物污染的温湿度条件分析J.制冷与空调(北京),2011,11(02):14-17.9 邵禹琦,梁勇超.空调器自动清洁及高温杀菌功能的研究与应用J.家电科技,2021(05):136-139,144.