優(yōu)化輔助裝置的控制對冰箱耗電量的影響

郭 策 郝 倩 芮群娜 劉 安

（惠而浦（中國）股份有限公司 合肥 231283）

引言

隨著社會的發(fā)展，生活節(jié)奏不斷在加快，消費者在日常生活中往往會一次采購很多食物儲藏在冰箱中。這次新冠疫情更是如此，每家每戶都儲備了大量的食物，所以大容量的風(fēng)冷冰箱以強大的制冷能力、儲藏空間和自動除霜等優(yōu)勢倍受消費者青睞。

眾所周知大容量冰箱除對開門外一般會分為多個儲藏區(qū)間，就是所謂的多門冰箱，此類冰箱根據(jù)外形又細(xì)分為十字、中字、法式等多種樣式。由于此類箱體較寬，冰箱冷藏室門體一般設(shè)計成對開形式。為了方便消費者使用，冷藏室對開門體不能像冷凍室那樣設(shè)計中梁配合門體密封，通常會使用對擠門封或者在一側(cè)門體安裝翻轉(zhuǎn)梁。從密封效果和防凝露效果來看，翻轉(zhuǎn)梁設(shè)計較為合理，也較為常見。由于翻轉(zhuǎn)梁主要作用是為了使冷藏左右門封能夠吸合從而起到密封作用，但是由于內(nèi)外溫差較大翻轉(zhuǎn)梁表面容易凝露，故翻轉(zhuǎn)梁內(nèi)部一般會安裝加熱器，消除翻轉(zhuǎn)梁表面的凝露水。根據(jù)GB 12021.2-2015《家用電冰箱耗電量限定值及能效等級》[1]翻轉(zhuǎn)梁加熱器屬于輔助裝置，由輔助裝置產(chǎn)生的耗電量和穩(wěn)態(tài)耗電量共同組成整機標(biāo)準(zhǔn)耗電量。因為穩(wěn)態(tài)耗電量在整個耗電量結(jié)果中占比較大，一般我們研究節(jié)能降耗均從穩(wěn)態(tài)耗電量入手，比如降低冰箱內(nèi)外的熱傳遞、提高兩器的換熱效率、提高壓縮機效率等。本文著重介紹帶有輔助裝置的冰箱，在滿足消除凝露的情況下通過優(yōu)化輔助裝置的控制降低冰箱的耗電量。

1 方案設(shè)計

為了得到相對較優(yōu)設(shè)計，我們針對帶有翻轉(zhuǎn)梁的冰箱設(shè)計以下三種方案。

方案一：通過主控板控制輔助裝置運行周期，該方案增加環(huán)境溫度傳感器，使輔助裝置在該環(huán)境下按固定周期運行，即在同一環(huán)境溫度區(qū)間輔助裝置開停周期一致，如圖1。

圖1 方案一控制示意圖

方案二：通過主控板控制輔助裝置運行功率，該方案增加環(huán)境溫度傳感器和環(huán)境濕度傳感器，即通過環(huán)境的溫濕度參數(shù)決定輔助裝置的運行功率，如圖2。

圖2 方案二控制示意圖

方案三：通過主控板控制輔助裝置的開停，該方案增加環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境濕度傳感器和翻轉(zhuǎn)梁溫度傳感器，即通過環(huán)境溫濕度參數(shù)反饋主控板得出該環(huán)境下的露點溫度，然后根據(jù)翻轉(zhuǎn)梁實時溫度和露點溫度比較控制開停，如圖3。

圖3 方案三控制示意圖

2 試驗對比

2.1 三種輔助裝置控制方案的翻轉(zhuǎn)梁表面溫度對比

將三種方案樣機放置在同一實驗環(huán)境中，并在翻轉(zhuǎn)梁表面設(shè)置熱電偶，我們從試驗過程中的溫度曲線和運行功率可以看出方案一輔助裝置按固定周期運行，如圖4；方案二按固定功率常開運行，翻轉(zhuǎn)梁表面溫度波動較小，如圖5；方案三開停機頻繁運行時有長短周期，如圖6。

圖4 方案一運行曲線

圖5 方案二運行曲線

圖6 方案三運行曲線

根據(jù)測試數(shù)據(jù)我們將各環(huán)境下翻轉(zhuǎn)梁表面溫度匯總?cè)绫?、表2、表3，通過翻轉(zhuǎn)梁表面溫度與當(dāng)前環(huán)境下露點溫度對比，三種方案均滿足翻轉(zhuǎn)梁表面溫度高于露點溫度即不會產(chǎn)生凝露。但是從溫度匯總可以看出，由于方案一在同一環(huán)境溫度不同環(huán)境濕度下輔助裝置開機率一樣，會導(dǎo)致在低濕環(huán)境下過度加熱造成電能浪費。而方案二和方案三溫度較為合理，后文會通過功率繼續(xù)對比。

表1 方案一各環(huán)境下翻轉(zhuǎn)梁表面溫度

表2 方案二各環(huán)境下翻轉(zhuǎn)梁表面溫度

表3 方案三各環(huán)境下翻轉(zhuǎn)梁表面溫度

2.2 三種輔助裝置控制方案的耗電量對比

根據(jù)GB 12021.2-2015表4給出了計算功率時需提供的數(shù)據(jù)格式及代表性的氣候分布數(shù)據(jù)。

表4 環(huán)境溫度、濕度具體分布數(shù)據(jù)

R為區(qū)域氣候因數(shù)，即一年中相應(yīng)溫度和濕度所占的比例，R1～R30之和為1。

防凝露加熱器功率計算見公式：

式中：

Wheaters—與防凝露加熱器相關(guān)的年功率消耗的平均值；

Ri —相應(yīng)溫度濕度下的區(qū)域氣候因數(shù)；

Pi—相應(yīng)溫度濕度下的平均功率；

k—溫度濕度分布的數(shù)量，表2中為30；

1.3—假定的損失系數(shù)[加熱器用的能量系數(shù)（1.0）和加熱器損失的能量系數(shù)0.3（需要被制冷系統(tǒng)移除的泄露進(jìn)間室的熱量）]。

輔助裝置年耗電量計算公式：

各環(huán)境下測得的輔助裝置平均功率分別統(tǒng)計到表5、表6、表7。

表5 方案一各環(huán)境下輔助裝置平均功率

表6 方案二各環(huán)境下輔助裝置平均功率

表7 方案三各環(huán)境下輔助裝置平均功率

由表5數(shù)據(jù)和公式（1）、（2）我們可以得出方案一輔助裝置耗電量：

Wheaters=2.85 W

Eaux=24.97 kW·h/a

由表6數(shù)據(jù)和公式（1）、（2）我們可以得出方案二輔助裝置耗電量：

Wheaters=2.38 W

Eaux=20.85 kW·h/a

由表7數(shù)據(jù)和公式（1）、（2）我們可以得出方案三輔助裝置耗電量：

Wheaters=1.19 W

Eaux=10.42 kW·h/a

2.3 原因分析

從表8的數(shù)據(jù)對比中我們可以看出，方案三的輔助裝置控制方式，有效的降低了整機的耗電量。原因如下：方案一由于控制方式較為粗獷，在低濕環(huán)境下熱量浪費較多，所以該方案消耗電能也最多；方案二和方案三溫度較為合理，但是方案二的溫度是靠持續(xù)的相對較低功率加熱維持，效率較低，也會造成能耗的增加；方案三是通過高功率加熱和開停配合維持翻轉(zhuǎn)梁表面溫度高于露點溫度，需要加熱即加熱不需要則停止。所以綜合比較方案三效果最好，耗電量最低。

表8 三種方案對結(jié)果的影響對比

3 結(jié)論

通過本文案例的對比分析，我們可以反思一下：比如在做能效等級測試時經(jīng)常會遇到耗電量無法再降低導(dǎo)致能效等級無法突破或無法保留較大余量，在此種情況下如果重新設(shè)計或更換更優(yōu)部件往往會增加較多成本。從本文中我們可以得出，在影響耗電量的因素中，如果我們從設(shè)計的根本目的方面上著手研究，采用精確控制防止能耗浪費，找出較優(yōu)方案，同樣可以降低耗電量，而且在不影響使用的情況下，還能相對節(jié)約成本。