直冷兩門冰箱應(yīng)對(duì)新歐標(biāo)冷凍能力提升研究

許 燦 侯雪茹 崔培培

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

自2017年第2017/1369號(hào)法規(guī)（歐盟）授權(quán)歐盟委員會(huì)通過授權(quán)法案，對(duì)具有顯著節(jié)能潛力的產(chǎn)品組以及相關(guān)的其他資源進(jìn)行標(biāo)簽或重新縮放，經(jīng)過2年多時(shí)間草案法規(guī)的磋商討論[1]。本次冰箱新法規(guī)包括：生態(tài)設(shè)計(jì)指令EU/2019/2019（原EC 643/2009）和能效標(biāo)簽指令（EU） 2019/2016（原EU 1060/2010），已經(jīng)于2019年12月5日正式頒布并正式生效，該法規(guī)定于2021年3月1日起強(qiáng)制執(zhí)行。 冰箱新法規(guī)除能效指數(shù)的計(jì)算完全打破原能效法規(guī)（EU）No 1060/2010，產(chǎn)品能效等級(jí)由現(xiàn)行法規(guī)A+/++/+++重新回歸A～G等級(jí)劃分[2]以外，新法規(guī)將冷凍能力、負(fù)載回升、能耗（包括輔助耗電量）、容積和噪音納入市場必抽項(xiàng)進(jìn)行檢驗(yàn)[3]，對(duì)冷凍能力的關(guān)注度提高非常大。

本文從新歐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)變化角度，以出口歐洲方向的直冷兩門冰箱BCD-250產(chǎn)品為研究載體，通過多種方案優(yōu)化載體制冷和控制系統(tǒng)，達(dá)到新歐標(biāo)對(duì)冷凍能力高性能要求。

1 冷凍能力標(biāo)準(zhǔn)解讀

根據(jù)新歐盟生態(tài)設(shè)計(jì)指令EU/2019/2019（原EC 643/2009）和能效標(biāo)簽指令（EU） 2019/2016要求，性能測試采用EN 62552-1,2,3:2020，冷凍能力測試標(biāo)準(zhǔn)主要變化點(diǎn)如表1所示。

2 原型機(jī)冷凍能力

根據(jù)EN 62552-2020測試方法和新歐標(biāo)指令要求，對(duì)載體兩門直冷冰箱BCD-250進(jìn)行摸底測試。載體結(jié)構(gòu)及間室分布為上部間室冷藏室，溫度范圍2～8 ℃，容積185 L，下部間室為冷凍室，容積75 L，溫度范圍-16～-24 ℃。各間室均布置蒸發(fā)器，冷藏間室為行業(yè)內(nèi)普遍采用的板管式蒸發(fā)器，冷凍間室為繞管式蒸發(fā)器，兩蒸發(fā)器均內(nèi)藏與發(fā)泡層內(nèi)，通過與內(nèi)膽貼合進(jìn)行傳熱實(shí)現(xiàn)間室制冷。按新標(biāo)準(zhǔn)要求，其冷凍能力結(jié)果如表2。

表1 新舊歐標(biāo)性能測試標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行國標(biāo)對(duì)比

由測試結(jié)果可知，其載體冷凍能力主要存在以下問題：

1）冷凍負(fù)載目標(biāo)時(shí)間內(nèi)（≤18 h）降不下來；

2）壓倉負(fù)載目標(biāo)時(shí)間內(nèi)（≤18 h）降不下來；

3）冷凍負(fù)載放置后，冷凍降溫過程中，冷藏最低溫度超目標(biāo)溫度（＞-1 ℃）。

3 冷凍能力優(yōu)化

從原型機(jī)摸底測試結(jié)果看，載體冰箱抽取三臺(tái)測試結(jié)果按新歐標(biāo)判定均不合格。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)原因分析

從新歐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)角度分析歐標(biāo)測試方法和冷凍能力要求分析，老歐標(biāo)EN 62552-2013規(guī)定耗電量測試按25 ℃進(jìn)行，冰箱匹配配置冷藏冷凍制冷量，根據(jù)25 ℃情況下，QC25℃熱負(fù)荷/QD25℃熱負(fù)荷=R25℃，其中R25℃為相對(duì)恒定的值，如圖1采用單循環(huán)直冷系統(tǒng)，即可滿足最優(yōu)化的耗電量配置。且標(biāo)準(zhǔn)要求冷凍能力滿足4.5 kg/100 L，24 h之內(nèi)從25 ℃冷凍降至-18 ℃即可，冷凍能力和耗電量處于同一個(gè)測試狀態(tài)，冰箱制冷系統(tǒng)配置容易滿足要求，如圖1。故老歐標(biāo)市場為迎合標(biāo)準(zhǔn)要求，目前產(chǎn)品基本采用單循環(huán)直冷系統(tǒng)。

表2 載體BCD-250原型機(jī)冷凍能力新歐標(biāo)測試結(jié)果

圖1 直冷兩門冰箱制冷系統(tǒng)冷量配置制冷原理圖

新歐標(biāo)EN 62552-2020規(guī)定耗電量測試為16 ℃和32 ℃兩個(gè)環(huán)溫，且指令要求冷凍能力需要滿足18.5 h之內(nèi)從25℃冷凍降至-18 ℃，難度加大。從制冷系統(tǒng)冷量配置角度分析，兩種環(huán)溫下QC16℃熱負(fù)荷/QD16℃熱負(fù)荷=R16℃，QC32℃熱負(fù)荷 /QD32℃熱負(fù)荷 =R32℃，其中 R16℃，R32℃兩個(gè)值相差較大。以兩門直冷冰箱BCD-250為例，R16℃=35 %，R32℃=56 %，耗電量配置即會(huì)存在部分間室過冷，能源浪費(fèi)問題。且冷凍能力采用25 ℃測試，與耗電量測試工況完全不同，同時(shí)考慮冷凍能力提升要求，需單獨(dú)配置冷凍能力性能。針對(duì)單循環(huán)直冷兩門冰箱綜合性能方面，導(dǎo)致制冷系統(tǒng)匹配周期加長，匹配難度增大，如圖2。

3.2 優(yōu)化改進(jìn)措施

針對(duì)上述載體BCD-250測試存在的問題，對(duì)原型機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

3.2.1 調(diào)整冷凍熱負(fù)載放置位置

如圖3，冷凍熱負(fù)載3 kg全部放載最冷的最下層抽屜內(nèi)，改為冷凍熱負(fù)載均布置于第一層，第二層和第三層抽屜內(nèi)各1 kg。

3.2.2 減小冷藏蒸發(fā)器面積

如圖4，改進(jìn)前后冷藏蒸發(fā)器。

3.2.3 增加冷藏補(bǔ)償加熱器

如圖5在冷藏室后背底部增加補(bǔ)償加熱器，并制定控制規(guī)則：在冷凍檢測放入熱負(fù)載后，第一次壓壓縮機(jī)開機(jī)啟動(dòng)補(bǔ)償加熱器，此后每次停機(jī)階段啟動(dòng)補(bǔ)償加熱器，直到24 h后補(bǔ)償加熱器退出運(yùn)行。

按上述方案更改，其測試結(jié)果如表3，綜合方案測試曲線如圖6。根據(jù)測試結(jié)果表明：

圖2 直冷兩門冰箱歐標(biāo)性能配置原理圖

圖3 載體冷凍負(fù)載放置圖

圖4 改進(jìn)前后冷藏蒸發(fā)器

圖5 補(bǔ)償加熱器位置示意圖

圖6 補(bǔ)償加熱器+均布+蒸發(fā)器減小三種方案綜合樣機(jī)測試曲線

1）均布放置相比集中放置，利于冷凍能力，冷凍時(shí)間可縮短約1～2 h；均布放置，需要布置更多冷凍壓倉負(fù)載M包觀測，可能需要多次尋找冷凍負(fù)載放置有利位置。

2）減小冷藏蒸發(fā)器，重新配置冷藏冷凍冷量配比，可明顯縮短冷凍時(shí)間約5～8 h，在耗電量余量大于10 %以上的產(chǎn)品可考慮，考慮可靠性，產(chǎn)品采用減小冷藏蒸發(fā)器，犧牲耗電量匹配冷凍能力。

表3 不同方案冷凍能力提升情況

3）增加冷藏補(bǔ)償加熱器6 W，利用停機(jī)階段加熱可有效縮短冷凍時(shí)間，相對(duì)可靠，且可根據(jù)需求調(diào)整加熱時(shí)間。加熱器中部最高溫度30 ℃，內(nèi)襯溫度小于21 ℃，滿足安全設(shè)計(jì)需求。

4 總結(jié)

本文結(jié)合冰箱新歐標(biāo)測試方法和指令要求，對(duì)載體BCD-250直冷兩門冰箱冷凍能力影響因素和影響點(diǎn)進(jìn)行分析，針對(duì)載體冰箱存在的問題，制定實(shí)施改進(jìn)方案，根據(jù)載體情況通過優(yōu)化載體放包分布，更改制冷系統(tǒng)冷量配置和控制間室熱負(fù)荷變化熱量，實(shí)現(xiàn)新歐標(biāo)對(duì)冷凍能力的高標(biāo)準(zhǔn)要求。