赖枝林
（TCL空调器(中山)有限公司 528427）
摘要：空气能热泵热水器是一种高效节能的产品，对比燃气热水器和电热热水器具有性能强、寿命长、安全可靠的优势，具有良好的经济和社会效益，因此在应用上应逐渐实现广泛性。但由于空气能热水器室外机工作时会产生一定的低频噪声，对人的人身造成影响和伤害，因此对空气能热水器低频噪声的产生进行研究具有重要意义。本文就从空气能热泵热水器的结构入手，对低频噪声的产生机理和控制方法进行了有效探究。
关键词：空气能；热泵热水器；音频噪音；振动控制
随着社会的进步、经济的发展，资源匮乏、环境恶劣问题越发的突出和严重，引起了世界的关注，因此，各国对于绿色能源、节能产品的开发和利用越来越重视，投入了大量人力和物力从事研究和发展。空气能热水器就是一种利用空气为热源，利用少量电能实现制热循环以及空气调节功能的一种高效、节能产品，对比燃气热水器和电热热水器具有性能强、寿命长、安全可靠的优势，具有良好的经济和社会效益，值得广泛推广使用。但任何事物都是存在两面性的，对于空气能热水器来讲，也存在着一定缺点。当室外机长期处于工作状态中时，就会产生一定的低频噪声，穿过窗户和墙壁对人体产生一定的健康影响。针对空气能热水器的这个问题，我们一定要开展有效性的噪声研究，开展有效的控制，才可以使其发挥出整体效能。
从目前来看，我国对于空气能热水器的噪声控制研究还处于起步阶段，很多学者也提出了多种方法进行低频噪声的振动控制。以下笔者将某型空气能热水器作为研究对象，借鉴NVH试验技术对样机进行整机测试，分析出低音频带和产生机理，并提出了机箱结构优化和改进策略。
1.空气能热水器结构与工作原理
空气能是一种广泛存在、平等给予和可自由利用的低品位能源，空气能热泵热水器采用逆卡诺循环原理，以极少的电能，通过热泵工质把空气中的低温热能吸收进来，经过压缩机压缩后成为高温热能，传至水中，加热热水[1]。由于使用一份电能可吸收3份空气能，从而供应4份热能加热热水系统，因而是一项极具开发和应用潜力的节能、环保新技术。这类热水器由类似空调器室外机的热泵主机和大容量承压保温水箱组成，安装不受建筑物或楼层限制，使用不受气候条件限制，既可用作家庭的热水供应中心，也能为单位集体集中供热水。空气能热泵热水中心的供水原理如图1所示。
2.异常噪声所在频带和产生机理分析
以某型空气能热水器为例，展开试验研究，利用频谱分析初步判断异常噪声所在频带和产生机理。该实验在半消声室内进行，传声器测点布置依据 JB/T4330-1999《空调机(器)噪声声压级的测量》执行，加速度传感器分别布置在空气能热水器机箱结构内压缩机主动端和被动端、水泵主动端和被动端以及机箱各壁板上。
通过实验我们得出结论：①空气能热水器主要有三大噪声源，分别为机箱下部压缩机噪声，机箱上部风扇噪声以及输送冷热水的循环泵噪声。②频率100Hz对低频噪声贡献量较大，应将100Hz附近的低频作为空气能热水器主要的降噪频率进行分析，同时有无后壁这种结构上的变化，对100Hz处声压级峰值有很大影响。因此要对机箱进行有效的优化和整改，才能对噪音进行有效控制。
3.有效进行低频噪音控制措施与效果
3.1降低振动能量传递
通过“源—路径—响应”的思路，可知对于空气能热水器主要振源是压缩机，压缩机固定于机箱底板上，压缩机振动会激起机箱底板振动，机箱底板与各个壁板是通过螺栓刚性连接，振动能量又会传递给各侧壁板，振动能量并没有经过中间环节有效衰减，因此机箱壁板得到的振动能量较大[2]。利用控制传递路径的思想，在压缩机与机箱底板之间加一块减振板，减振板既要具有金属基材高强度的特性，又要具有高分子聚合物特有的高阻尼特性。实际改进试验中，我们采用大理石花岗岩和减振橡胶组合使用，大理石花岗岩具有高强度特性，减振橡胶具有高阻尼特性。由此压缩机传递到机箱各侧壁板的振动能量将大大削弱，如图2所示。
3.2优化机箱壁板结构
由箱体声—固耦合模态分析结果可知，机箱底部及四周均为薄板结构，内部形成一个封闭的空腔，当受到压缩机工作激励时，壁板结构与内部空腔同时振动，形成了复杂的耦合声学系统。由于压缩机的激励频率与部分耦合系统模态频率非常接近，为避开整个系统的低频共振，需对机箱结构进行针对性的整改。基于改变结构响应的思路，一方面机箱前后壁板采用百叶窗的开孔结构形式，破坏声学封闭空腔，另一方面左右侧壁板采用加强筋的结构形式，提高机箱结构刚度。采用两种改进方式来避免机箱系统耦合模态与压缩机激励的共振，如图 2所示。
3.3改进结果对比
基于传递路径控制思想，通过降低振动能量传递方法改进，有效的控制了压缩机传递给机箱壁板的振动能量，整改机型的整体噪声水平有所下降，如图3(a)所示；同时基于改变结构响应的思路，对机箱壁板进行结构优化，避免压缩机激励与声—固耦合模态的共振，有效降低100Hz 处声压级，解决了低频嗡嗡噪声现象，测试结果如图3（b)所示。从解决问题和进一步提升产品质量角度考虑，建议两种改进方法综合采用，不仅有效解决产品低频嗡嗡噪声问题，同时降低产品整体噪声水平。数据对比结果如表4所示。
图3 整改前后频谱对比图
4.结语
从目前空气能热水器的使用来看，低频噪音是影响空气能热水器质量的关键性因素，因此，要提升空气能热水器的使用效能，就一定要对低频噪声产生的机能进行有效分析，采取有效方法进行噪音的控制。本文通过采用试验方法，了解到造成空气能热水器低频噪音主要由于机箱系统振动引起，并以频率100Hz的噪声为主，因此应针对机箱开展针对性整改，达到有效控制低频噪声。这样就可以确保，空气能热泵热水器的应用发展。相信在不断改进和发展中，空气能热泵热水器会成为人们家居的重要选择，提升人们生活品质得同时，创造出更高的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]杨薇，张晓阳. 浅谈空气能热泵热水器的优势和系统制冷剂的选取[J]. 机械，2015，12:9-13.
[2]吕雄. 浅谈空气能热泵热水器的优势及发展前景[J]. 新课程学习(上)，2012，10:127-129.
论文作者:赖枝林
论文发表刊物:《探索科学》2016年4期
论文发表时间:2016/8/30
标签：热水器论文; 空气论文; 噪声论文; 机箱论文; 低频论文; 壁板论文; 压缩机论文; 《探索科学》2016年4期论文;