優(yōu)化輔助裝置的控制對(duì)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(huì)的發(fā)展，生活節(jié)奏不斷在加快，消費(fèi)者在日常生活中往往會(huì)一次采購很多食物儲(chǔ)藏在冰箱中。這次新冠疫情更是如此，每家每戶都儲(chǔ)備了大量的食物，所以大容量的風(fēng)冷冰箱以強(qiáng)大的制冷能力、儲(chǔ)藏空間和自動(dòng)除霜等優(yōu)勢倍受消費(fèi)者青睞。

眾所周知大容量冰箱除對(duì)開門外一般會(huì)分為多個(gè)儲(chǔ)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(jì)成對(duì)開形式。為了方便消費(fèi)者使用，冷藏室對(duì)開門體不能像冷凍室那樣設(shè)計(jì)中梁配合門體密封，通常會(huì)使用對(duì)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(jì)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(huì)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(jí)》[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(jī)標(biāo)準(zhǔn)耗電量。因?yàn)榉€(wěn)態(tài)耗電量在整個(gè)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(jī)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(jì)

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

方案一：通過主控板控制輔助裝置運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(diǎn)溫度，然后根據(jù)翻轉(zhuǎn)梁實(shí)時(shí)溫度和露點(diǎn)溫度比較控制開停，如圖3。

圖3 方案三控制示意圖

2 試驗(yàn)對(duì)比

2.1 三種輔助裝置控制方案的翻轉(zhuǎn)梁表面溫度對(duì)比

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

圖4 方案一運(yùn)行曲線

圖5 方案二運(yùn)行曲線

圖6 方案三運(yùn)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(diǎn)溫度對(duì)比，三種方案均滿足翻轉(zhuǎn)梁表面溫度高于露點(diǎn)溫度即不會(huì)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(jī)率一樣，會(huì)導(dǎo)致在低濕環(huán)境下過度加熱造成電能浪費(fèi)。而方案二和方案三溫度較為合理，后文會(huì)通過功率繼續(xù)對(duì)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(duì)比

根據(jù)GB 12021.2-2015表4給出了計(jì)算功率時(shí)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(jì)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(jì)算公式：

各環(huán)境下測得的輔助裝置平均功率分別統(tǒng)計(jì)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(duì)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(jī)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(fèi)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(duì)較低功率加熱維持，效率較低，也會(huì)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(diǎn)溫度，需要加熱即加熱不需要?jiǎng)t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(duì)結(jié)果的影響對(duì)比

3 結(jié)論

通過本文案例的對(duì)比分析，我們可以反思一下：比如在做能效等級(jí)測試時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到耗電量無法再降低導(dǎo)致能效等級(jí)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(jì)或更換更優(yōu)部件往往會(huì)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(jì)的根本目的方面上著手研究，采用精確控制防止能耗浪費(fèi)，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(duì)節(jié)約成本。