空调器的发展历程与展望

空调器的发展历程与展望DevelomentandPerspectiveofAirConditioner摘要：本文介绍了空调器的发展历程和现状，分析了我国空调技术的发展方向和当今必须解决的技术课题。1.引言

空调的目的是为了给人们的生活、工作和娱乐等活动提供一个健康、舒适的人工环境。现代房间空调器技术的发展虽然才40余年历史，但在空调器和制冷机的高效率化、低噪声化、小型化、高可靠性化方面已走向成熟。

关于人体舒适性课题，至今已进行了许多研究。表1示出了影响室内环境的主要因素的权重百分数[1]，可以看出，影响人体舒适性最重要的因素是室内热环境，其中温度是尤其重要的。随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，人们对空调环境的舒适性要求不仅局限于温度，同时对室内热环境、空气质量、音环境、光环境的其它指标也提出了更高的要求。这不仅标志着人们消费水平的提高，同时也是为空调领域内的科研机构和生产厂家提出了急需解决的技术课题。所以，今后的研究工作将会逐步转向为创造一个既满足人们的生理要求，又符合人们的心理需要的空调环境方面来。

2.空调环境的发展历程

自人类诞生以来，人们就在不断地征服自然和改造自然，在与自然的斗争中，不断地获取智慧，得以进化和繁衍。例如，火的使用改善了人类的食物结构，增强了御敌能力，找到了战胜严冬的方法；天然冰的贮藏和利用，为食物的保鲜、防腐创造了条件，同时天然冰也成了酷夏中防暑降温、创造舒适环境的天然冷源。随着社会的进步，人们在各方面对舒适性的要求越来越高，越来越接近自然，从世界空调环境的变迁就可以看到这一点。

空调器从诞生至今，从追求舒适的空调环境方面看，已经走过了三个阶段：

①防暑御寒阶段（70年代以前）：实现供冷和供热，在冬、夏为人们提供一个温暖、凉爽的环境，但对温度波动的限制要求不高。

②基本舒适阶段（70～80年代）：实现温度、湿度、气流速度均匀，室内空气清新，要求空调设备低噪声运行。

③非感空调阶段或静态人工环境阶：（80～90年代）：要求营造一个无冷、热感，室内各处无明显温差，无噪声，无气味，无明显吹风感的空调环境。

即人们虽置身与空调环境之中，却感觉不到空调系统的存在，它是一种静态的人工环境，当今世界空调环境的发展水平正处于这个阶段。

到了90年代以后，人们对舒适性的要求，趋向于自然环境的特征。人们希望空调环境具有能感觉到温度和气流的变化、能感觉到温暖和凉爽、有音乐声、有芳香感和明亮感等特征。总的目的是让人处于一个精神愉快的空调环境中，这就是人们追求的“感知空调阶段或动态自然环境阶段”。要实现这种模拟自然环境，必须采用包括

“人体感觉输入控制”、“热环境因素综合控制”、“空气质量控制”、“音、光情景控制”在内的“环境变化控制技术”，环境变化控制技术的实现不仅需要开发出相应的传感器，更重要的是要建立一套符合人体生理和心理需要的人工环境智能控制理论。3.日本空调器的发展历程

在世界空调器行业中，60％的市场被日本所占有，并且在制造技术、控制技术上都处于世界最前沿。现以日本空调器的发展为例来说明其变迁过程。空调器的发展过程，大致可以分为五个阶段[1,2]。在其发展过程中，变频技术和人工神经网络技术在房间空调器上的应用，具有划时代的意义，它不仅为创造舒适环境、实现空调器的高效节能运行提供了技术保证，而且为VRV空调系统的开发和发展提供了坚强的技术基础。

由表2可以看出，日本空调器的发展主要集中在三个方面。追求空调器的高效节能，特别是在1972年石油危机以后，改善压缩机、热交换器、风扇的性能，加强对制冷循环特性的研究，优化制冷系统，实现了空调系统的小型化、低能耗、低噪音、高可靠性；追求室内环境的高舒适性，从单一的温度控制发展到室内热环境特性（如PMV等）的综合控制，从简单的双位控制发展到人工神经网络与模糊技术相结合的智能控制，以实现人们对舒适性的要求；追求空调系统的多功能化、多元化，从单冷型窗式空调器发展到热回收型VRV空调系统，极大地拓广了冷剂式空调系统的使用范围，开辟了集中空调系统的新领域。

4.我国空调器行业的发展现状

4.1生产企业的现状

随着我国改革开放的深入，城乡人民的生活水平得到了大幅度提高，空调机已广泛地步入家庭和工作、娱乐、服务场所。我国空调器行业自80年代初起步，现已跃居家电消费品榜首。1992年我国空调器销量为152万台，1993年为300万台，1994年为500万台，1995年为520万台，1996年约为600万台，预计1997年国内生产量和销售量可能高于1996年的水平。

我国房间空调业起步较晚，现已经历了从进口散件组装、生产窗式空调器到生产分体空调器三个阶段。

发展至今，我国空调业仍处在国际空调技术的低水平上，仅相当于日本80年代初第三代产品的水准。我国空调厂家几乎全部采用着同一生产模式，即进口压缩机，国内采购换热器及其它部件，机壳在国内采购或由国外开模国内生产，最后由空调厂家组装、销售。近年来，由于人们生活水平提高和消费意识的超前，出现了空调市场的繁荣，数百家空调器厂在同一技术水平上展开了广告和价格大战，已有许多厂家败下阵来。相反，注重技术进步、产品更新的一些厂家在国内空调市场上站稳了脚跟。

国际上（特别是日本）诞生了新一代智能型变频空调器，给我国空调业提出了严峻的挑战。日本现已有三菱、东芝、大金、日立、三洋、松下、夏普、富士通等厂家生产智能型变频空调器，使变频空调器的市场占有率上升至70%以上，并已于1996年投放国际市场，在我国市场上已有此类产品出售。面临国际新产品的挑战，我国空调业必须从激烈的、低档次的空调大战中醒悟过来，研制和生产适合我国购买力的、性能优越的节能型、舒适型空调产品，以推进我国民族产业的发展，否则将会在国际先进空调技术的竞争中被淘汰。

一些先进企业已经充分认识到我国空调业的严峻形势，投入了大量的科研力量和财力，研制和开发新产品，加速了产品的换代。

4.2科研现状

我国空调业从1964年诞生第一台窗式空调器以后，发展非常缓慢。到80年代初，大量地引进技术和生产线以后，才开始了较大速度的发展，同时在一些高等院校和有实力的生产厂家陆续成立了相应的研究机构。其研究方向主要集中在空调制冷系统及部件的优化设计、制冷系统特性与仿真、工质替代和人工环境特性等应用基础研究方面，取得了诸多的科研成果。但对于实现环境的舒适性调节和空调系统的智能控制方面的研究才刚刚起步，有待于进一步深入和发展。

(1)在单室内机的房间空调器方面

变频技术、微电脑和电子膨胀阀在空调器上的应用为空调器的智能控制创造了最基本的条件[4]。我国自90年代初开始研究空调器的智能控制，现已研制出多种形式的变频空调器或智能空调器，对推进我国空调业的进步作出了贡献。西安交大朱瑞琪于1991年开始研究制冷空调设备的变频能量调节技术[17,18]。李家朋针对我国房间空调器普遍采用单相压缩机的现状，探索开发出两相变频器，并应用电子膨胀阀进行变流量控制，利用16位微机并引进模糊概念提高空调器的控制功能[15,16]，为变频空调器国产化作出了大胆的探索。李家朋在空调器舒适性和节能运行的控制中，提出了用表征房间热负荷大小的“热容C”和表征房间漏热程度的“热阻R”进行模糊辩识的方法。研究表明，用此方法研制的模糊控制空调器会按季节、气温、漏热情况等条件，自动地选择合适的工作模式，保证了空调环境的舒适度和制冷系统的节能要求。

上海交大陈康等于1993年也开发出了两相变频器，并研制了变频空调器。针对空调器与被控对象无法用确切的数学模型描述的现实，采用了二维模糊控制模型，确定了人机系统中的模糊变量隶属函数[21]，实现了室温的舒适性控制。表1：影响室内环境舒适度的权重（%）的总效果与全年电能消耗总量之比）作为空调器性能指标更为符合实际使用情况，但怎样通过较少的实验次数和科学的计算方法去确定SEER的问题，将是今后的研究课题。

参考文献

[1]荒野吉吉也，空调环境技术の展望，三菱电机技报，Vol.66,№4,1992

[2]山崎起助，快适空调技术とその应用，三菱电机技报，Vol.62,№5,1988

[3]高桥谕史，インバ－タル－ムエアコンへの应用，冷冻Vol.61,№3,1986

[4]朱瑞琪、孙毅刚、刘君华，制冷空调设备的变频能量调节，流体工程，№2,1991

[5]朱瑞琪、田怀璋，电子膨胀阀调节规律的确定方法，流体工程，№1,1993

[6]李家朋、郑存义，新型变频空调器的研究和试验，制冷，№2,1993

[7]李家朋、郑存义，变频式分体空调机的研制，制冷学报，№2,1993

[8]陈康、陈天殷，变频型模糊控制分体空调器，电子与仪表技术，№3,1993

[9]张良杰、王普、李衍达,基于神经网络与模糊逻辑控制技术的“舒逸”智能空调控制器，制冷学报，№3,19