空調(diào)器的發(fā)展歷程與展望

空調(diào)器的發(fā)展歷程與展望DevelomentandPerspectiveofAirConditioner摘要：本文介紹了空調(diào)器的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，分析了我國空調(diào)技術的發(fā)展方向和當今必須解決的技術課題。1.引言

空調(diào)的目的是為了給人們的生活、工作和娛樂等活動提供一個健康、舒適的人工環(huán)境。現(xiàn)代房間空調(diào)器技術的發(fā)展雖然才40余年歷史，但在空調(diào)器和制冷機的高效率化、低噪聲化、小型化、高可靠性化方面已走向成熟。

關于人體舒適性課題，至今已進行了許多研究。表1示出了影響室內(nèi)環(huán)境的主要因素的權重百分數(shù)[1]，可以看出，影響人體舒適性最重要的因素是室內(nèi)熱環(huán)境，其中溫度是尤其重要的。隨著社會的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，人們對空調(diào)環(huán)境的舒適性要求不僅局限于溫度，同時對室內(nèi)熱環(huán)境、空氣質(zhì)量、音環(huán)境、光環(huán)境的其它指標也提出了更高的要求。這不僅標志著人們消費水平的提高，同時也是為空調(diào)領域內(nèi)的科研機構和生產(chǎn)廠家提出了急需解決的技術課題。所以，今后的研究工作將會逐步轉向為創(chuàng)造一個既滿足人們的生理要求，又符合人們的心理需要的空調(diào)環(huán)境方面來。

2.空調(diào)環(huán)境的發(fā)展歷程

自人類誕生以來，人們就在不斷地征服自然和改造自然，在與自然的斗爭中，不斷地獲取智慧，得以進化和繁衍。例如，火的使用改善了人類的食物結構，增強了御敵能力，找到了戰(zhàn)勝嚴冬的方法；天然冰的貯藏和利用，為食物的保鮮、防腐創(chuàng)造了條件，同時天然冰也成了酷夏中防暑降溫、創(chuàng)造舒適環(huán)境的天然冷源。隨著社會的進步，人們在各方面對舒適性的要求越來越高，越來越接近自然，從世界空調(diào)環(huán)境的變遷就可以看到這一點。

空調(diào)器從誕生至今，從追求舒適的空調(diào)環(huán)境方面看，已經(jīng)走過了三個階段：

①防暑御寒階段（70年代以前）：實現(xiàn)供冷和供熱，在冬、夏為人們提供一個溫暖、涼爽的環(huán)境，但對溫度波動的限制要求不高。

②基本舒適階段（70～80年代）：實現(xiàn)溫度、濕度、氣流速度均勻，室內(nèi)空氣清新，要求空調(diào)設備低噪聲運行。

③非感空調(diào)階段或靜態(tài)人工環(huán)境階：（80～90年代）：要求營造一個無冷、熱感，室內(nèi)各處無明顯溫差，無噪聲，無氣味，無明顯吹風感的空調(diào)環(huán)境。

即人們雖置身與空調(diào)環(huán)境之中，卻感覺不到空調(diào)系統(tǒng)的存在，它是一種靜態(tài)的人工環(huán)境，當今世界空調(diào)環(huán)境的發(fā)展水平正處于這個階段。

到了90年代以后，人們對舒適性的要求，趨向于自然環(huán)境的特征。人們希望空調(diào)環(huán)境具有能感覺到溫度和氣流的變化、能感覺到溫暖和涼爽、有音樂聲、有芳香感和明亮感等特征?？偟哪康氖亲屓颂幱谝粋€精神愉快的空調(diào)環(huán)境中，這就是人們追求的“感知空調(diào)階段或動態(tài)自然環(huán)境階段”。要實現(xiàn)這種模擬自然環(huán)境，必須采用包括

“人體感覺輸入控制”、“熱環(huán)境因素綜合控制”、“空氣質(zhì)量控制”、“音、光情景控制”在內(nèi)的“環(huán)境變化控制技術”，環(huán)境變化控制技術的實現(xiàn)不僅需要開發(fā)出相應的傳感器，更重要的是要建立一套符合人體生理和心理需要的人工環(huán)境智能控制理論。3.日本空調(diào)器的發(fā)展歷程

在世界空調(diào)器行業(yè)中，60％的市場被日本所占有，并且在制造技術、控制技術上都處于世界最前沿?，F(xiàn)以日本空調(diào)器的發(fā)展為例來說明其變遷過程?？照{(diào)器的發(fā)展過程，大致可以分為五個階段[1,2]。在其發(fā)展過程中，變頻技術和人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術在房間空調(diào)器上的應用，具有劃時代的意義，它不僅為創(chuàng)造舒適環(huán)境、實現(xiàn)空調(diào)器的高效節(jié)能運行提供了技術保證，而且為VRV空調(diào)系統(tǒng)的開發(fā)和發(fā)展提供了堅強的技術基礎。

由表2可以看出，日本空調(diào)器的發(fā)展主要集中在三個方面。追求空調(diào)器的高效節(jié)能，特別是在1972年石油危機以后，改善壓縮機、熱交換器、風扇的性能，加強對制冷循環(huán)特性的研究，優(yōu)化制冷系統(tǒng)，實現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)的小型化、低能耗、低噪音、高可靠性；追求室內(nèi)環(huán)境的高舒適性，從單一的溫度控制發(fā)展到室內(nèi)熱環(huán)境特性（如PMV等）的綜合控制，從簡單的雙位控制發(fā)展到人工神經(jīng)網(wǎng)絡與模糊技術相結合的智能控制，以實現(xiàn)人們對舒適性的要求；追求空調(diào)系統(tǒng)的多功能化、多元化，從單冷型窗式空調(diào)器發(fā)展到熱回收型VRV空調(diào)系統(tǒng)，極大地拓廣了冷劑式空調(diào)系統(tǒng)的使用范圍，開辟了集中空調(diào)系統(tǒng)的新領域。

4.我國空調(diào)器行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

4.1生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)狀

隨著我國改革開放的深入，城鄉(xiāng)人民的生活水平得到了大幅度提高，空調(diào)機已廣泛地步入家庭和工作、娛樂、服務場所。我國空調(diào)器行業(yè)自80年代初起步，現(xiàn)已躍居家電消費品榜首。1992年我國空調(diào)器銷量為152萬臺，1993年為300萬臺，1994年為500萬臺，1995年為520萬臺，1996年約為600萬臺，預計1997年國內(nèi)生產(chǎn)量和銷售量可能高于1996年的水平。

我國房間空調(diào)業(yè)起步較晚，現(xiàn)已經(jīng)歷了從進口散件組裝、生產(chǎn)窗式空調(diào)器到生產(chǎn)分體空調(diào)器三個階段。

發(fā)展至今，我國空調(diào)業(yè)仍處在國際空調(diào)技術的低水平上，僅相當于日本80年代初第三代產(chǎn)品的水準。我國空調(diào)廠家?guī)缀跞坎捎弥簧a(chǎn)模式，即進口壓縮機，國內(nèi)采購換熱器及其它部件，機殼在國內(nèi)采購或由國外開模國內(nèi)生產(chǎn)，最后由空調(diào)廠家組裝、銷售。近年來，由于人們生活水平提高和消費意識的超前，出現(xiàn)了空調(diào)市場的繁榮，數(shù)百家空調(diào)器廠在同一技術水平上展開了廣告和價格大戰(zhàn)，已有許多廠家敗下陣來。相反，注重技術進步、產(chǎn)品更新的一些廠家在國內(nèi)空調(diào)市場上站穩(wěn)了腳跟。

國際上（特別是日本）誕生了新一代智能型變頻空調(diào)器，給我國空調(diào)業(yè)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。日本現(xiàn)已有三菱、東芝、大金、日立、三洋、松下、夏普、富士通等廠家生產(chǎn)智能型變頻空調(diào)器，使變頻空調(diào)器的市場占有率上升至70%以上，并已于1996年投放國際市場，在我國市場上已有此類產(chǎn)品出售。面臨國際新產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，我國空調(diào)業(yè)必須從激烈的、低檔次的空調(diào)大戰(zhàn)中醒悟過來，研制和生產(chǎn)適合我國購買力的、性能優(yōu)越的節(jié)能型、舒適型空調(diào)產(chǎn)品，以推進我國民族產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，否則將會在國際先進空調(diào)技術的競爭中被淘汰。

一些先進企業(yè)已經(jīng)充分認識到我國空調(diào)業(yè)的嚴峻形勢，投入了大量的科研力量和財力，研制和開發(fā)新產(chǎn)品，加速了產(chǎn)品的換代。

4.2科研現(xiàn)狀

我國空調(diào)業(yè)從1964年誕生第一臺窗式空調(diào)器以后，發(fā)展非常緩慢。到80年代初，大量地引進技術和生產(chǎn)線以后，才開始了較大速度的發(fā)展，同時在一些高等院校和有實力的生產(chǎn)廠家陸續(xù)成立了相應的研究機構。其研究方向主要集中在空調(diào)制冷系統(tǒng)及部件的優(yōu)化設計、制冷系統(tǒng)特性與仿真、工質(zhì)替代和人工環(huán)境特性等應用基礎研究方面，取得了諸多的科研成果。但對于實現(xiàn)環(huán)境的舒適性調(diào)節(jié)和空調(diào)系統(tǒng)的智能控制方面的研究才剛剛起步，有待于進一步深入和發(fā)展。

(1)在單室內(nèi)機的房間空調(diào)器方面

變頻技術、微電腦和電子膨脹閥在空調(diào)器上的應用為空調(diào)器的智能控制創(chuàng)造了最基本的條件[4]。我國自90年代初開始研究空調(diào)器的智能控制，現(xiàn)已研制出多種形式的變頻空調(diào)器或智能空調(diào)器，對推進我國空調(diào)業(yè)的進步作出了貢獻。西安交大朱瑞琪于1991年開始研究制冷空調(diào)設備的變頻能量調(diào)節(jié)技術[17,18]。李家朋針對我國房間空調(diào)器普遍采用單相壓縮機的現(xiàn)狀，探索開發(fā)出兩相變頻器，并應用電子膨脹閥進行變流量控制，利用16位微機并引進模糊概念提高空調(diào)器的控制功能[15,16]，為變頻空調(diào)器國產(chǎn)化作出了大膽的探索。李家朋在空調(diào)器舒適性和節(jié)能運行的控制中，提出了用表征房間熱負荷大小的“熱容C”和表征房間漏熱程度的“熱阻R”進行模糊辯識的方法。研究表明，用此方法研制的模糊控制空調(diào)器會按季節(jié)、氣溫、漏熱情況等條件，自動地選擇合適的工作模式，保證了空調(diào)環(huán)境的舒適度和制冷系統(tǒng)的節(jié)能要求。

上海交大陳康等于1993年也開發(fā)出了兩相變頻器，并研制了變頻空調(diào)器。針對空調(diào)器與被控對象無法用確切的數(shù)學模型描述的現(xiàn)實，采用了二維模糊控制模型，確定了人機系統(tǒng)中的模糊變量隸屬函數(shù)[21]，實現(xiàn)了室溫的舒適性控制。表1：影響室內(nèi)環(huán)境舒適度的權重（%）的總效果與全年電能消耗總量之比）作為空調(diào)器性能指標更為符合實際使用情況，但怎樣通過較少的實驗次數(shù)和科學的計算方法去確定SEER的問題，將是今后的研究課題。

參考文獻

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[9]張良杰、王普、李衍達,基于神經(jīng)網(wǎng)絡與模糊邏輯控制技術的“舒逸”智能空調(diào)控制器，制冷學報，№3,19