冷柜門(mén)體與箱體配合間隙對(duì)能耗的影響

李恒國(guó)，戶(hù)建波

（河南新飛電器有限公司，河南新鄉(xiāng) 453002）

0 引言

文獻(xiàn)[1-5]中多處介紹了節(jié)能技術(shù)：不外乎從兩個(gè)方面著手，一是制冷系統(tǒng)優(yōu)化，設(shè)計(jì)高效節(jié)能制冷回路、進(jìn)行高效制冷、高效能量轉(zhuǎn)換，合理的制冷循環(huán)形式，合適分配壓縮機(jī)開(kāi)停時(shí)間等；二是減少漏冷，有效地利用冷量，減少冷量損失，即提高利用率和改善絕熱，加厚絕熱層或使用真空絕熱板，使用合適的門(mén)封結(jié)構(gòu)及與箱體配合間隙最優(yōu)化設(shè)計(jì)等。優(yōu)化結(jié)構(gòu)主要方法有：優(yōu)化門(mén)封結(jié)構(gòu)，比如增加門(mén)封氣囊數(shù)，減低門(mén)封高度，采用門(mén)整體發(fā)泡技術(shù)，采用雙門(mén)封等[2]；在設(shè)計(jì)門(mén)體與箱體配合時(shí)，在保證不干涉的條件下，門(mén)體與箱體之間形成擠壓密封結(jié)構(gòu)，使兩者之間有很細(xì)長(zhǎng)的最佳縫隙配合，最大限度地鎖住冷氣[6]。

本文通過(guò)研究冷柜門(mén)體與箱體之間配合間隙，來(lái)減少漏熱，改善性能，降低耗電量。

制冷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施主要包括：

1) 對(duì)于蒸發(fā)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量加大蒸發(fā)面積布置，增大蒸發(fā)器換熱面積可適當(dāng)減小換熱溫差，提高蒸發(fā)溫度；

2) 對(duì)于冷凝器優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用橫管布局替代豎管，減少制冷劑在冷凝器末端處于高溫高壓液體狀態(tài)，阻力增大，產(chǎn)生有害壓降，使系統(tǒng)制冷量減少；

3) 對(duì)于回氣換熱優(yōu)化設(shè)計(jì)，適當(dāng)增加毛細(xì)管和回氣管的換熱長(zhǎng)度，采用毛細(xì)管和回氣管用錫焊、鋁箔包扎增加其換熱效果；

4) 對(duì)于毛細(xì)管流量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)，采用毛細(xì)管作為節(jié)流元件的制冷系統(tǒng)存在一個(gè)最佳的毛細(xì)管長(zhǎng)度，偏離這個(gè)最佳的長(zhǎng)度，制冷系統(tǒng)的效率將下降；

5) 對(duì)于優(yōu)化防凝露管設(shè)計(jì)，在滿(mǎn)足防凝露的前提下，盡量走在冷凝系統(tǒng)的末端，遠(yuǎn)離冷凍室箱口，有效降低冷凍室內(nèi)外熱交換，減小冷量損失；

6) 使用高效壓縮機(jī)和環(huán)保制冷劑。

減少漏冷的措施主要包括：

1) 加厚箱體發(fā)泡層厚度；壓縮機(jī)倉(cāng)溫度相對(duì)更高，箱體內(nèi)外溫差較大，發(fā)泡層厚度也要適當(dāng)加厚；

2) 優(yōu)化門(mén)封設(shè)計(jì)，降低門(mén)封高度，設(shè)計(jì)雙重多氣囊門(mén)封；

3) 應(yīng)用發(fā)泡技術(shù)（如采用HFC-245fa發(fā)泡技術(shù)），降低導(dǎo)熱系數(shù)；

4) 采用真空絕熱技術(shù)，科學(xué)加厚絕熱保溫層，減小漏熱量；

5) 保證門(mén)體與箱體的最佳配合間隙，最大限度地鎖住冷氣。

1 門(mén)體與箱體配合間隙對(duì)能效影響

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及裝置

實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及裝置為：冰箱性能實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)溫度采集及分析系統(tǒng)、M實(shí)驗(yàn)包、銅圓柱測(cè)溫點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫點(diǎn)等。

實(shí)驗(yàn)方法：將采用各種方法做好的樣機(jī)置于冰箱性能實(shí)驗(yàn)室中，環(huán)境溫度調(diào)整到需求的溫度即25℃，在冷凍室布M實(shí)驗(yàn)包，冷藏室布銅圓柱測(cè)溫點(diǎn)，在中梁、門(mén)封、排氣管位置布標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫點(diǎn)（見(jiàn)圖一），將冷柜通上電源，調(diào)整溫控器檔位，保證冷凍室最熱M實(shí)驗(yàn)包≤-18℃，冷藏室溫度在國(guó)標(biāo)規(guī)定的范圍0℃～10℃，且連續(xù)工作24個(gè)小時(shí)并處于穩(wěn)定狀態(tài)，用計(jì)算機(jī)溫度采集即分析系統(tǒng)記錄穩(wěn)定后連續(xù)工作的溫度數(shù)據(jù)及曲線，計(jì)算出門(mén)體與箱體在有無(wú)配合間隙狀態(tài)下的耗電量，并加以分析，確定門(mén)體與箱體的最佳配合間隙。

1.2 門(mén)體與箱體之間沒(méi)有配合間隙

門(mén)體與箱體之間沒(méi)有配合間隙時(shí)，冷柜箱內(nèi)冷氣直接與門(mén)封條相通，只有門(mén)封條氣囊起到隔熱的作用，在減少漏冷的措施中提到優(yōu)化門(mén)封設(shè)計(jì)，降低門(mén)封高度，設(shè)計(jì)雙重多氣囊門(mén)封。

雖然冷柜的門(mén)封條大多設(shè)計(jì)為(3～5)個(gè)多氣囊結(jié)構(gòu)，由于門(mén)封條的截面厚度只有 0.3 mm ～ 0.5 mm，門(mén)封處的漏熱約占電冰箱總熱負(fù)荷的15%[6]，如果不考慮門(mén)體與箱體之間有配合間隙，冷氣直接與門(mén)封條接觸，這樣冷氣就會(huì)順著門(mén)封條外漏（見(jiàn)圖 2）。

1.3 門(mén)體與箱體之間設(shè)計(jì)配合間隙

減小門(mén)封條的厚度及使用暗藏式門(mén)封條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，縮小門(mén)體與箱體的配合間隙，在冷柜運(yùn)輸、堆放、長(zhǎng)期使用過(guò)程中，在保證門(mén)體與箱體不干涉的前提下，門(mén)體與箱體之間設(shè)計(jì)為擠壓密封結(jié)構(gòu)，使兩者之間有細(xì)長(zhǎng)的最佳配合間隙，最大限度地鎖住冷氣，減少冷氣直接與門(mén)封條接觸而造成漏冷，同時(shí)可減少外部熱量直接通過(guò)門(mén)封條傳入箱內(nèi)，通過(guò)合理的門(mén)封條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及合理的配合間隙，可節(jié)約能耗（見(jiàn)圖3）。

圖1 實(shí)驗(yàn)包及測(cè)溫點(diǎn)布點(diǎn)圖

圖2 門(mén)體與箱體之間沒(méi)有配合間隙

圖3 門(mén)體與箱體之間設(shè)計(jì)配合間隙

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以BCD-190H冷柜為例，通過(guò)門(mén)體與箱體之間有無(wú)配合間隙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)是在同一臺(tái)冷柜、門(mén)封條結(jié)構(gòu)以及門(mén)堵頭結(jié)構(gòu)不變的情況下進(jìn)行的設(shè)計(jì)，箱體四周與空氣接觸的門(mén)堵頭與箱體的配合間隙不變，這樣門(mén)封條外表面溫度受環(huán)境溫度影響較大；如果從新設(shè)計(jì)門(mén)封條及門(mén)堵頭，應(yīng)減小門(mén)封高度，縮小門(mén)堵頭與箱體的配合間隙，從而減少外部熱量直接通過(guò)門(mén)封條傳遞到箱內(nèi)，對(duì)降低能耗有更進(jìn)一步的好處。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，門(mén)封外表面中間點(diǎn)平均溫度為20.3℃，中梁平均溫度為7.8℃，而沒(méi)有配合間隙時(shí)門(mén)封外表面中間點(diǎn)平均溫度為19.2℃，中梁平均溫度為 7.5℃，溫度分別升高了 1.1℃和 0.3℃。有配合間隙和沒(méi)有配合間隙的耗電量分別為0.435 kWh/24h和 0.447 kWh/24h，耗電量降低了2.68%（見(jiàn)圖4、圖5和表1）。

中梁溫度變化不大，主要是由于中梁部位外部的門(mén)體、門(mén)封結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化，只是內(nèi)部變化了配合間隙，中梁溫度受環(huán)境溫度影響較大而造成的變化不大。

圖4 門(mén)體與箱體之間沒(méi)有配合間隙溫度變化曲線

圖5 門(mén)體與箱體之間設(shè)計(jì)配合間隙溫度變化曲線

表1 門(mén)體與箱體配合間隙平均溫度變化表

1.5 實(shí)驗(yàn)分析

冷柜的總熱負(fù)荷中通過(guò)門(mén)封的漏熱占較大的比例，門(mén)封處的漏熱約占電冰箱總熱負(fù)荷的15%[6]，門(mén)封與箱內(nèi)空氣的換熱主要通過(guò)導(dǎo)熱和自然對(duì)流來(lái)實(shí)現(xiàn)。

沒(méi)有配合間隙時(shí)，箱內(nèi)冷氣直接與門(mén)封條相通,門(mén)封內(nèi)表面溫度就是箱內(nèi)溫度，這樣冷氣就很容易通過(guò)門(mén)封條傳遞到箱外，加大了門(mén)封處的漏熱。

設(shè)計(jì)配合間隙后，門(mén)內(nèi)膽和箱面框之間的間隙變窄變長(zhǎng)，增加了導(dǎo)熱熱阻，因此在這個(gè)有限空間內(nèi)的自然對(duì)流換熱減弱，箱內(nèi)冷氣往外傳遞減小，同時(shí)，環(huán)境溫度通過(guò)門(mén)封條傳遞到箱內(nèi)也增加了傳導(dǎo)熱阻，減少了漏熱。

1.6 可靠性實(shí)驗(yàn)

在冷柜運(yùn)輸、堆碼、長(zhǎng)期使用過(guò)程中，為了保證門(mén)體與箱體之間不發(fā)生干涉，門(mén)體與箱體之間設(shè)計(jì)有門(mén)支撐條（見(jiàn)圖6），材料采用可發(fā)性聚苯乙烯，密度不小于30 kg/m3或采用蜂窩紙板。經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、堆碼實(shí)驗(yàn)，門(mén)封條會(huì)壓縮1.5 mm ～ 2 mm，門(mén)體與箱體間隙會(huì)變小2 mm左右，因此，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮變形余量，一般留設(shè)計(jì)余量4 mm ～ 5 mm，同時(shí)要考慮各廠家的門(mén)封條質(zhì)量與硬度來(lái)留設(shè)計(jì)余量。

圖6 門(mén)體與箱體之間增加支撐條

運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)：1) 三級(jí)公路，堆放高度不得超過(guò)包裝箱上所示最大堆碼層數(shù)，數(shù)量不少于5臺(tái)，按實(shí)際裝車(chē)固定方式進(jìn)行固定，行駛900 km以上；2) 或按正常發(fā)貨運(yùn)輸裝車(chē)，每個(gè)產(chǎn)品不少于5臺(tái)，運(yùn)輸往返路程不少于2000 km（選擇具有山區(qū)路線）。

堆碼實(shí)驗(yàn)：在常溫下冷柜按包裝箱標(biāo)稱(chēng)堆碼層數(shù)進(jìn)行堆放，時(shí)間為30天。

經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、堆碼實(shí)驗(yàn)后，將冷柜門(mén)體與箱體之間的門(mén)支撐條去掉，用膩?zhàn)臃诺介T(mén)體與箱體之間的間隙內(nèi)，放幾個(gè)點(diǎn)，然后用手輕壓門(mén)體，讓門(mén)封條與箱面框接觸，實(shí)驗(yàn)后的間隙不得小于 2 mm，給以后用戶(hù)在使用過(guò)程中門(mén)封條繼續(xù)變形留一定的余量。

2 結(jié)論

通過(guò)改進(jìn)門(mén)體與箱體之間的配合間隙設(shè)計(jì)，可以降低整機(jī)冷柜的耗電量2%～3%；如果改進(jìn)門(mén)封及門(mén)堵頭設(shè)計(jì)，保證門(mén)體與箱體內(nèi)外都有合理的配合間隙，這樣能減少外部熱量直接通過(guò)門(mén)封條傳遞到箱內(nèi)，將進(jìn)一步降低能耗。通過(guò)合理的門(mén)封條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可節(jié)能3%～5%左右。

[1] 葉閩平. 直冷冷柜節(jié)能技術(shù)研究[J]. 制冷, 2009(3):43-45.

[2] 蔣琳, 陳俊, 戴洪波. 冰箱節(jié)能技術(shù)的實(shí)例研究[J]. 家電科技, 2011(6): 60-61.

[3] 張獻(xiàn)峰. 家用電冰箱超級(jí)節(jié)能技術(shù)研究[J]. 家電科技,2011(2): 76-78.

[4] 馬劍. 冰箱的節(jié)能技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[J]. 中國(guó)科技財(cái)富,2010(16): 175.

[5] 茅紅偉, 倪繼峰, 王琪, 等. 家用電冰箱節(jié)能技術(shù)研究[J]. 家電科技, 2004(2): 149-150.

[6] 趙先美. 一種節(jié)能經(jīng)濟(jì)型電冰箱的研究與開(kāi)發(fā)[J]. 家電科技, 2003(7): 43-46.