单贯流双出风柜式空调生态风技术研究与应用

曾庆和

珠海格力电器股份有限公司 广东省珠海市 519000

[摘 要]本文主要介绍了自然生态风的特性研究，在柜式单贯流双出风口空调上模拟生态风特性设计，通过对双出风口导风叶片、风机转速进行控制，并进行了送风测试，结果表明通过模拟生态风的特性控制方法，使得单贯流双出风口柜式空调送风状态满足生态风特性。

[关键词]双出风柜式空调 生态风 上下导风 左右扫风 净化模块。

引言

传统的空调通过控制左右扫风和上下导风，使空调器吹出来的风具有一阵有很强的风、一阵没有风，让人感觉有很强的吹风感，感觉很不舒服，同时出风口与环境温度温差过大，长时间吹到人身上使人感觉有强烈的冷风感。现开发一种单贯流，双出风的竖立式柜机，由于有双出风的特点，通过控制电机转速、上下导风、左侧和右侧扫风、开启净化模块、控制出风温度与环境温度的差值，模拟出一种柔和、无规律、舒适、清新的生态风。

1.项目解决柜式空调送风吹风感问题

传统的空调，左右扫风、上下导风存在周期性变化，以正对空调空间的一个点为例，由于受到上下导风的作用，使这个点的风速，一阵很大，一阵为零，并且出风温度与环境温度相差较大，让人感觉很不舒服，并有很强的吹风感。项目通过研究生态风的特性并结合单贯流双出风口的柜式空调设计，模拟出一种新的生态风送风模式。

2.自然生态风特性研究

自然风特性：

1. 1. 自然风的平均风速1.3~2.8m/s。

采样数据一：

采样数据二：

结合自然风的特性，针对单贯流双出风柜式空调模拟生态风，空调器应采用高风档和超强档运行，避免风速过低。

2. 自然风湍流强度比较大，湍流程度是指一段时间风速的波动程度，通俗的

可理解为自然的风速波动大。

由上图，自然风与机械风1（固定出风口）、机械风2（摆动出风口）的湍流度比较，自然风的湍流强度较大，与摆动风口的机械风2相当，而机械风1速度基本不变，导致湍流强度较小。单从湍流强度上看还不能很好的区分自然风与机械风，需采用风速概率分布、频谱进行区分。

结合自然风的特性，针对单贯流双出风柜式空调模拟生态风，要增加湍流程度，左右扫风、上下导风需通过不同组合来实现自然风湍流程度大的特点，风叶电机采用周期性的转速变化来进一步实现风速波动。

2. 自然风风速概率分布，呈现一种偏离正态分布的形式，通俗的讲出现风速

偏低的概率大于风速偏高的概率。

一个完全随机的变量，其分布应是正态分布，但由于湍流的间歇性及空气流动环境的影响，其风速分布往往偏离正态分布，偏离的程度可用斜差与峰态两个参数描述，下表给出不同吹风方式下风速分布的斜差与风态。从下表速度分布图可以看出自然风和机械风1的速度分布与正态分布偏离较大。不同吹风方式下风速分布的斜差和峰态，如下表：

项目	自然风	机械风1
斜差	1.41	0.12
峰态	3.1	-0.04

结合自然风的特性，与单贯流双出风柜式空调送风风速柔和相吻合，可直接模拟生态风的特性。

2. 功率谱密度，自然风风速频谱在低频区域比高频区域功率谱密度大，高频

区域功率谱密度比机械风要小。通俗来讲：自然风功率谱密度反映速度波动情况与频率的关系，而频率指的是1s中脉冲的次数，由于在低频区域，脉冲次数小，因此对应的速度波动就大，即波动能量要大，而在高频区域，脉冲次数多，因此速度波动小，波动能量较小。

功率谱密度函数是描述这一特性的重要参数。对于气流波动而言，功率谱密度函数反映了在湍流运动中气流的波动能量随频率f 的分布。频率指的是气流脉动的频率。而频谱则描述了波动能量随频率的分布两者的关系对脉动风速v 进行频谱分析，其功率谱密度函数满足以下关系式：

式中：G(f)是功率谱密度函数；f 是频率； 是风速波动的方差。

为了分析频率结构与功率谱函数的关系，将G(f)和f 在双对数坐标上绘制lnG(f)~lnf 曲线，运用最小二乘法进行线性拟合，得到了如下关系：

式中：β值是功率谱指数，即拟合直线斜率的负值。自然界中的信号（噪声）按β值的不同通常可以划为3 种。当β=0 时，对数功率谱曲线可以拟合为水平直线，功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声信号称为白噪声，它是一种完全无规律的令人烦躁不安的随机信号，不存在自相关性；当β=2 时，该噪声的功率谱密度与频率的平方成反比的信号称为褐色噪声（即布朗噪声），它是一种相关性很强，使人感到单调乏味的噪声；当β=0~2 之间时，该噪声的功率谱密度与频率在一定频率范围是成反比的信号称为1/f 噪声，是一种在局部呈无序状态而宏观上具有一定相关性的使人感到舒服的噪声。

国内外有学者通过对自然风的风速样本进行功率谱分析，发现了自然风风速的功率谱密度分布符合1/f噪声规律，提出了自然风的风速脉动具有1/f紊动特性，有人提出了以1.1＜β＜2作为自然风的判据，β＜1.1则为机械风。并且通过观察发现，自然风的风速波动能量主要集中在频率较低区域。

β是一个频谱曲线离散型的点或线采用最小二乘法模拟出的斜率的负值。从图6、7给出了机械风的频谱，从图中可以看出，机械风频谱较平坦，特别是在高频区域。尽管摆动风口或摇头风扇有所改进，但其频谱在几个区域出现尖峰，变化方式固定，与自然风随机的特性仍有很大差别。图8是机械风与自然风频谱的对比，从图中看出，即使自然风平均风速只有0.56m/s，其频谱低频处仍比机械风平均速度为2.3m/s时大，说明两类风在低频处有很大差别。

结合自然风的特性，针对单贯流双出风柜式空调模拟生态风，左右扫风、上下导风需通过不同组合,来实现自然风风速频谱曲线。

2. 自然风具有自相关函数，通俗的讲：一种局部呈无序状态而宏观上具有一

定相关性。机械风也有相关性，但它同自然风相比相关性更强。

2. 自然风的衰减时间比机械风要大，通俗的讲：自然风速度变化衰减的时间

比摇头的机械风风速衰减的时间要长。

结合自然风的特性，针对单贯流双出风柜式空调模拟生态风，由于采用双出风口，控制左右扫风或上下导风时，应有这样的组合：保证一边扫风不动，一边扫风动，从而达到衰减的时间较长。

7. 自然风具有分形特性、混沌特性。通俗来讲：在无标度区间内看似杂乱无

章的非线性变化存在自相似性，具有潜在的规律。

7. 目前的研究，自然风与温度、噪音相互的关联较小，单贯流双出风柜式空

调开发时必须重点考虑。

3.单贯流双出风模拟自然生态风的功能控制方法

该功能主要应用在单贯流双出风柜式空调上，采用单贯流双出风，由于采用了竖立式的双出风口特点，让生态风这个特点可以模拟出来；

（1）室内风机的控制:采用自然风风速概率密度分布呈偏右态分布的特点，电机转速采用120s维持超高风档，然后经过30s降为高风档并维持60s以此循环从而达到风速概率密度分布呈偏右态分布；

（2）上下导风的控制：制冷采用上下导风在水平位置与最上位置运行；制热模式采用上下导风在水平位置与最下位置运行，以防止制冷冷风吹风，制热暖风吹不到人的感觉；让吹风的温度更加的舒适、更加的舒服；

（3）左右扫风的控制：

根据自然风具有湍流强度大的特点，我们通过控制左侧和右侧左右扫风，从而达到自然风的效果。目前柜机两边扫风角度如下：

扫风角度由①到④进行扫风，①——默认位置，④——最大位置

扫风过程中采用从①到②进行周期性的扫风和从①到④进行周期性的扫风，由于双出风的特点，因此从①到②、从①到④周期性的扫风，不同扫风速度，不同的周期变化，并采用多种组合控制，目前组合控制有16种，使吹出来的风更加的柔和、无规律、使人感觉更舒服。

（4）通过开启IFD净化模块，使得室内的空气更加的清新，让人感觉更加的健康。

（5）当室内的环境温度到达设定温度的绝对值差值，在0～2度范围，可控制内管温与环境温度的偏差，从而达到吹出来的风的温度与环境温度偏差减小，无刺激性的感受，感觉很舒服。

4.单贯流双出风模拟自然生态风实验验证结果

1. 直观感受：

1. 总体送风比较柔和、吹到人身上不会很刺激，感觉很舒服；

2. 整过测试过程，风机转速波动引起噪音的变化不易被感觉到，容易被人接

受。

2. 平均风速对比

生态风正面	生态风左侧	生态风右侧	普通柜机开导风
0.82m/s	0.38m/s	0.44m/s	0.75m/s
备注：5秒为间隔，测试6分钟，每种状态72组数据

实验测试结论：

1. 生态风正面测试平均风速为0.82m/s，同一些资料给出的自然风平均风速

1.3~2.8m/s相比，平均值虽比较低，但同普通柜机相比，已具有一定优势；

2. 自然风与周围环境温度差比较小，因此其需要相比较高的速度吹在人身

上，才能感觉到舒服。

3. 单贯流双出风柜式空调生态风同时具有制冷功能，其出风速度如果较高，

吹在人身上反而会不舒服，因此目前的风速是合理的。

3. 风速概率分布（以生态风正面为例）

 

实验测试结论：

1. 自然风的平均风速分布为偏右态分布，如左图；

2. 单贯流双出风柜式空调生态风平均风速分布为正态分布，如右图，偏右态的分布不明显。初步分析与样本数据多少有关，但单贯流双出风柜式空调生态风仍体现了正态分布的特点。

4. 通过采用以上方式控制，模拟出来的生态风与普通柜机的风速对比图如下：

1. 1. 由上图可看出，普通柜机开启上下扫风的情况下，其风速间隙性波动，

要么为0，要么风速很大；

1. 2. 由图可看出，单贯流双出风柜式空调生态风模式下送风时，其风速在

0.8m/s上下波动，不会出现无风或风速很大的情况，让人感觉很舒服；

5.结语：

1. 根据生态风的一些特性进行模拟生态风，使得空调吹出来的风柔和；

2. 模拟生态风，使得吹风感更加的舒适；

3. 风速变化的随机性，让风速呈偏右态分布，使得模拟到自然风的特性，

让人感觉很舒服。

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