摘要：自空调发明以来的一个多世纪中，人们一直沿袭传统的空调方式，随着人类工业化的不断推进高，空调已日益普及，但也带来一系列问题，如能耗过大、空调病、臭氧层破坏等。基于此，本文针对绿色环保空调开发设计进行研究。
关键词：绿色环保空调；开发设计
引言：
在人类越来越注重可持续发展的今天，空调正面临着一系列挑战，如空调节能、能源的合利用、室内空气的品质和舒适性、绿色工质的应用和环境保护、空调的成本与性能等，世界范围内有关高效、节能、环保空调的研究正逐步兴起。
一、设计与开发的背景及意义
据国家统计局统计公告，我国房间空调器年产量已达到2513万台，特别是在人口密集的城市，造成热岛效应加剧的诸多因素中，空调器的普及是一个不容忽视的问题。在当今国内外大中城市，空调耗电量占到城市用电量的30%～40%，进入高温季节，空调用电量甚至占总用电量的50%，这是造成城市用电超负荷最直接的一个原因。目前，我国电力资源非常紧缺，已有23个省市区出现“电荒”。在这种严峻的缺电危机下，迫切需要研制开发出一种不使用压缩机，不使用CFC等化学制冷剂的低能耗降温装置，既能满足室内空气品质要求，又能显著减少空调运行的能耗。
大气中存在着各种自然能量，其中“焓湿能”就是一种普遍存在的可再生而且容易获取的自然能量。“焓湿能”是任何一股不饱和空气均可将其等湿冷却至接近露点温度，也可将其等温地饱和，这两种状态的能量差别即为“焓湿能”，绿色空调就是充分利用这种空气“焓湿能”的转化来达到制冷的功效。其核心部件是热质交换芯——“湿能芯”。
绿色空调系列产品可在极低能耗条件下，既提供100%室外新鲜空气，又能把不饱和空气转化为低温、低焓而不变湿的空气输入室内，这是目前国际上极力倡导的全新节能空调的新概念和新的空气调节方式。其不追求对建筑物容积进行空气调节，而是将调节好的气流直接输送到人体或设施存在的范围，其是以满足人体舒适度及工艺要求为基本目标，最大的特点是超级节电节能，并可大大减少能源浪费和显著降低冷热负荷。
二、创新特色
（1）目前在国内尚属开创性研究，是一项极具创新性的科研成果。（2）该空调产品充分利用自然能量，以水为工质，空气做媒介，不使用压缩机和氟利昂制冷剂，也不使用化学溶液，是绿色环保型空调产品。（3）100%室外新鲜空气输入使室内保持正压，可忽略室内潜热负荷的影响，并可忽略从门窗缝隙漏入的热量，从而节约冷量。（4）高效节能，超级节电，季节性能效比EER值可达12以上，实现最大的制冷量，最低的运行费用。（5）制冷送气温度可低于进气湿球温度，接近了露点温度。可把低温、低焓而不加湿的舒适空气送入室内，彻底改变室内空气品质。（6）可与常规空调配合使用，在早晚期间及过渡季节可充分利用自然风冷却室内。（7）体积小、重量轻、通风量稳定、低风速、低噪音、低耗水量、使用寿命长、结构简单、易安装、易维修。
三、设计与开发过程
3.1原理
室外新鲜空气（可与室内回风混合）由风机送入热质交换芯（湿能芯）被分成两股空气：“冷却空气”和“被冷却空气”，冷却空气在湿能芯通过热质交换后带走热量和蒸发潜热，最终以高温高焓状态排出室外；被冷却空气被相邻通道内的冷却空气和水分蒸发吸收热量，沿着气流方向逐渐被冷却到湿球温度以下接近露点温度，最后以低温低焓状态送入室内。
3.2人机分析
空调一般情况下工作于热环境下，其目的是为了改善热环境，提高人体舒适感，因此需要在设计开发过程中对空调的热环境进行人机分析。
图2是空调工程中常用的温湿图和舒适区。设干球温度为25℃，水蒸气分压力为2000Pa，则在图中找到交点K，过K点有一条斜虚线，该虚线与相对湿度100%曲线交点的水平坐标值为24℃，称其为“有效温度ET”；该虚线与相对湿度50%曲线交点的水平坐标值为25.5℃，称该值为“新有效温度ET”。现在主要采用新有效温度来进行热舒适环境的研究。在温湿度图上的阴影区，是由数千名受试者投票统计结果而确定的热舒适区。主要环境因素组合处于该区域内，可满足人对热环境舒适性的要求。
3.3结构构想
“湿能芯”由特殊材料构成，按照几何结构，由若干相互隔离的“干通道”和“湿通道”组成，结构上分为两个区域，一个为“自冷区域”，一个为“它冷区域”，空气从自冷区域干通道进入为冷却空气，从它冷区域干通道进入为被冷却空气。进入自冷区域干通道的空气通过传热壁上的通孔1、2、3等先后进入湿通道，由于湿通道的水分蒸发，不断吸收干通道中空气的热量，使干通道的空气逐步降温。降温后的冷却空气进入它冷区域湿通道用以吸收被冷却空气的热量。湿通道负责吸收空气的显热和水蒸气的潜热，最终以湿热空气排出室外，干通道则负责将降温后的干冷空气输送至室内。
通过结构构想，制作湿能芯样品及空调功能样机进行测试，获得数据与尺寸，然后对进风口、风道、出风口的大小、形状及结构进行了定型，对风机进行选型。最终确定符合空调热环境人机要求的绿色空调基本模式。
3.4外型及结构设计
采用大型通用结构设计开发软件PRO-E进行空调三维数据结构造型，设计过程紧紧围绕绿色设计理念：结构尽量简洁、可拆卸性结构、可回收性设计。最后产品共计36个零件，其中7个采购件，3个钣金件，26个ABS注塑件。由于摆叶相同，则模具开发共计17套。产品结构图如图5所示。
结束语：
人们长期以来一直在探讨新能源应用的可能性，“绿色空调”的开发也提上议事日程。空调的环境保护策略方面在提高效率、降低能源消耗、无氟化、无泄露等指标方面不同程度地有所突破，但都没有从根本上解决问题。该绿色空调的成功开发，能重新认识传统的能源使用模式，具有良好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]许平.绿色设计[M].南京：江苏美术出版社，2011：190～191.
[2]丁玉兰.人机工程学[M].北京：北京理工大学出版社，2010：9.
论文作者:周秋明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/9
标签：空调论文; 空气论文; 通道论文; 有效温度论文; 室内论文; 结构论文; 潜热论文; 《建筑学研究前沿》2017年第29期论文;