家電產品節(jié)能降噪技術優(yōu)化與創(chuàng)新提升

田占軍

（山東省家用電器行業(yè)協(xié)會，山東濟南，250002）

0 前言

當前，全球進入互聯(lián)網時代，技術創(chuàng)新極大地推動了生產力的發(fā)展，引領了工業(yè)產品的技術迭代和科技創(chuàng)新。家電產品性能越來越先進，家電產品在能源利用效率方面更加符合國際標準。為了科學指導消費者選購節(jié)能家電產品，倒逼家電生產企業(yè)研發(fā)和生產更多節(jié)能產品，自2007 年起，我國開始實施能效標識制度。經過十多年的節(jié)能標準逐步提升，消費者對節(jié)能型產品比較青睞，甚至成為選購產品時的核心因素。此外，由于家電產品的噪聲指標直接關系到消費者生活體驗的好壞，因此，在節(jié)能的基礎上加大技術研發(fā)和創(chuàng)新，嚴格并提高國家標準，持續(xù)降低產品噪聲值，讓消費者擁有更好的生活體驗成為必然。在研究家電產品的節(jié)能降噪問題方面，應該從技術革新和技術原創(chuàng)等角度，對家電產品的節(jié)能降噪問題進行綜合的考慮，以推進新技術在實踐中的應用。

1 家電產品的節(jié)能技術優(yōu)化解析

1.1 家電產品的耗能原因

當前，消費者家庭的耗能主要來自各類家電產品。家電產品的耗能主要使用千瓦時這個單位來計量。一般來說不同的家電產品耗能指標不一樣，產品功率越大，單位時間內耗能越多。例如冰箱每月會消耗31-64 千瓦時，夏天1.5p 空調器每月會消耗250-450 千瓦時。經過數(shù)十年的發(fā)展，當前家電產品大幅度降低能耗已經非常困難，通過技術研發(fā)創(chuàng)新和優(yōu)化節(jié)能設計可以小幅度降低能耗，雖然單臺不太起眼，但是全社會總量就非常可觀了。據(jù)統(tǒng)計，我國全社會家電保有量達到近100 億件，耗能總量非常驚人，如果通過技術改進和創(chuàng)新，降低每件家電的能耗率3%左右，全社會每年可節(jié)省資金達到數(shù)十億元，節(jié)能效果突出。

1.2 家電產品節(jié)能技術的優(yōu)化設計

（1）變頻技術

在家電產品的技術推進中，變頻技術的應用能夠真正為家電產品的節(jié)能降噪提供必要的保證。變頻技術是通過把直流電逆變成不同頻率的交流電的轉換技術，對家電實施節(jié)能降噪頻率的變化使電能的變化能夠在保持一致的情況下，有效的節(jié)約能源。變頻技術的應用無論是在工業(yè)設備上還是家電上都會起到相應的效果。變頻模塊成主要由鍵盤電源板控制主板整流橋電解電容，充電電阻繼電器或接觸器，逆變模塊保險管等設備組成，變頻器的作用是通過調速通過普通的三相異步電動機加裝變頻后實現(xiàn)調速功能，也就是任意的改變電動機的轉速，通過這樣的技術來使電器設備節(jié)能成為現(xiàn)實。變頻調速比傳統(tǒng)的電磁調速可以節(jié)電25%-80%，還可以說適用于更寬的電壓變化范圍。例如空調壓縮機和空調系統(tǒng)，可以使用變頻器能夠節(jié)電30-40%，當前，變頻技術已經廣泛應用于電冰箱、空調器、洗衣機等產品，節(jié)能效果明顯。當前，在變頻壓縮機方面，我們已經實現(xiàn)了國產化，但是在壓縮機用永磁同步電機技術、變頻控制算法、小型變頻渦旋式壓縮機設計制造技術、無油離心式壓縮機制造技術等核心技術方面還有待高度重視并進一步加強此類技術的研發(fā)和創(chuàng)新。尤其是在智能功率模塊（IPM）、控制芯片MCU 開發(fā)方面和壓縮機驅動FOC 算法（軟件）方面需要進一步加強研究和創(chuàng)新突破。在變頻技術優(yōu)化和創(chuàng)新的方向中，變頻技術已經由交流變頻向直流變頻轉變，技能效果更佳突出。除節(jié)能外，變頻技術能夠有效降低噪音，減少震動設備在長期穩(wěn)定運行的過程中可以有效的延長壽命，變頻設備實現(xiàn)的是閉環(huán)自動調節(jié)在中心提供的22Kw 至55kw 產品的應用上可以實現(xiàn)全方位的降噪節(jié)能。

（2）電磁感應技術

家電在技術推進和設計優(yōu)化的過程中，需要掌握好新技術的應用，而電磁感應技術的應用可以使家電產品的降噪節(jié)能成為現(xiàn)實。電磁感應是指通過變化的磁通量中的導體產生電動勢，通過閉合回路上的電動勢和任何該路徑所包圍的曲面上的磁通量變化率成正比來實現(xiàn)節(jié)能的問題。電磁感應技術的應用可以通過閉合導體，使電動勢驅使電子流形成感應電流。電磁感應中的磁通量變化使得電動勢有一定的變化，電和磁之間的內在聯(lián)系可以通過電磁感應來實現(xiàn)。人類在明確了電磁感應的能量以后，可以為家電的發(fā)展開辟新的發(fā)展道路。通過節(jié)能控制可以發(fā)現(xiàn)電磁感應技術應用，可以從根本上解決將電器結構空間和功能上的問題。與傳統(tǒng)電阻式加熱技術相比，電磁感應加熱技術具有：加熱快、節(jié)能環(huán)保、熱效率高、安全性高、使用壽命長等特點。通過電磁控制可以使熱量根據(jù)輻射的程度向不同的部分發(fā)散，要加強結構設計，有效強調結構設計能夠對家電環(huán)境溫度的保護。例如在電飯煲模具的設計過程中控制的原件布局需要遵循功率的要求，通過熱量的有效排出使將電子設備能夠保持穩(wěn)定性，將電器的性能和參數(shù)和使用設計需要進行合理的選擇。

（3）遠紅外加熱技術

遠紅外加熱技術是通過電能為主要的實施技術的，遠紅外加熱技術將成為今后重點推廣的節(jié)能技術。遠紅外加熱的理論主要是通過發(fā)熱體的輻射光譜和吸收體的吸收光譜曲線相匹配是熱效率最高，當被加熱物的厚度在紅外光譜測量厚度時，遠紅外的匹配才符合標準化的要求。遠紅外加熱技術的應用中可以有效節(jié)約電能，甚至在降低噪聲方面也是一定優(yōu)勢。概括來說，遠紅外加熱技術具有加熱速度快、加熱效率高、質量好、生產費用低等優(yōu)點。當前，遠紅外加熱技術主要應用于電暖器、碳晶取暖器等產品。紅外加熱可以替代電加熱，與傳統(tǒng)的加熱方法可以節(jié)電30%左右，在一些家電應用上可以節(jié)約60-70%。遠紅外加熱技術能夠在新型家電應用過程中獲得良好效果，這不僅是由于遠紅外加熱技術能夠節(jié)約設備，更能夠從根本上提高產品對能源的利用效率。值得注意的是，在家電的設備中采用遠紅外的技術需要對材料的輻射有一定的了解，通過加熱物的要求選擇合適的輻射原件。

2 家電產品降噪技術的優(yōu)化設計

2.1 家電產品的噪聲來源及成因

電器的低噪聲處理是對電氣技術提升優(yōu)化的重要嘗試。家電降噪領域的技術更新一直處于如火如荼的狀態(tài)。無論是國外市場還是國內市場，對于低噪聲家電的競爭焦點都始終存在。在降噪的技術優(yōu)化方面，首先要明確噪聲分析的方法，需要成功的降低家用產品的噪聲，對噪聲源進行全面系統(tǒng)的分析，找到造成問題所存在的地方。常用的噪聲分析方法主要有頻譜分析法，頻譜分析法是對噪聲控制最常見的方法，運用快速浮力液變換FFT，將時間與信號轉換為頻率域信號。升強分析法是通過噪聲源的鑒別和現(xiàn)場升功率的測量來實現(xiàn)生源的控制。震動模態(tài)分析主要是很多噪聲問題都與震動有關系，例如洗衣機的噪聲，家電內部噪聲和空調噪聲。振動模態(tài)分析是用實驗手段測定結構，振動固有的頻率陣型和阻尼系數(shù)，為產品的設計降噪提供依據(jù)。時頻率分析法是對傳統(tǒng)信號的分析方法，在時間域或者頻率上單獨完成，這種分析方法對穩(wěn)定信號的分析有一定的作用。聲質量技術許多研究可以發(fā)現(xiàn)噪聲的測定指標，不是完全能夠反映出人的主觀的感覺，一些家電的造成水平聽起來并沒有刺耳，但使用降噪的技術以后就會對噪聲進行分析，根據(jù)依據(jù)的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)噪聲真正的來源和各種生源的功能之間的存在的差異。

2.2 家電產品降噪的新技術性優(yōu)化措施

噪聲控制手段需要根據(jù)家電產品的類型進行控制。在家電的噪聲控制中常用的手段有新生隔聲減震和消聲這些手段，使噪聲控制能夠有良好的處理，通過改變產品的設計，例如模具不能變，零部件不能換，那么噪聲的設計就容易出現(xiàn)問題，控制噪聲的方法就要求實現(xiàn)技術上的優(yōu)化。主要的方法是對結構進行改變，對零部件的結構進行設計。例如洗衣機的噪聲控制要分析零部件的噪聲，根據(jù)發(fā)出噪聲的電機的部位來實現(xiàn)控制。再如洗衣機結構震動和聲學分析，滾筒固有的頻率，機殼固有的頻率，減震器的阻尼零部件以及各部分的耦合，根據(jù)結構上的變化來使得軟件能夠更好的降低噪聲，主要的技術方法要進行結構調整，動平衡設計機殼隔聲和減震阻尼材料的設計等。

3 結語

通過本文的研究可以發(fā)現(xiàn)家電產品在節(jié)能降噪方面需要通過創(chuàng)新和優(yōu)化設計來實現(xiàn)，不斷加強技術創(chuàng)新和工藝改進，穩(wěn)步提升產品的節(jié)能效果和降噪效果，提高用戶的舒適體驗是家電生產廠商必須要考慮的問題。在未來，家電產品的發(fā)展趨勢是個性化、舒適化、智能化、節(jié)能化和綠色化，家電產品的種類越來越多，家電產品的技術迭代和更新?lián)Q代的速度也會越來越快，在提升居民生活質量方面的作用越來越大。通過技術創(chuàng)新和技術改進對家電產品的節(jié)能效果和噪聲水平不斷優(yōu)化提升，持續(xù)提高產品的能源利用效率，提高用戶的舒適體驗，提升產品的環(huán)境友好程度，是居民消費升級的必然需求，也是推動整個家電行業(yè)加快優(yōu)質產品和服務供給的必然之路。