冰箱的節能技術發展與應用

摘要：從冰箱結構、制冷系統、控制技術三方面進行綜述了，對目前冰箱節能技術的特點進行了細致的分析和研究，指出了綜合優化結構、制冷和控制技術，發展經濟的高效的節能技術才是冰箱的發展方向。

關鍵調：電冰箱；節能技術；優化設計

1 前言

電冰箱作為耐用消費品，在國內城鎮家庭的占有率超過了85％，國內冰箱市場年銷量超過1000萬臺。作為一種長壽命間歇式電能消耗品，世界各國都非常重視電冰箱的節能工作。

目前，已超過37個國家和地區實施了新的能源效率標準(如歐洲的節能計劃，美國的能源之星計劃等)。中國政府也于2003年正式實施了《家用電冰箱耗電量限定值及能源效率等級》標準，要求生產企業降低電冰箱的能耗水平。此外，冰箱在長期使用中，耗電過程也會產生的間接有害物質，據統計耗電產生的間接有害物占生產，使用，報廢壘過程中所產生的有害物的90％左右。因此，冰箱節能技術的發展和應用已不但是能源工作的重要部分而且對經濟、環境保護也有著深遠的意義。

2 冰箱節能技術的發展與應用

經過多年的研究，已經形成了一些比較成熟的節能技術，目前國內外冰箱生產廠家普遍采用以下節能方法：

2.1 結構優化減少冰箱的漏熱

對于家用冰箱，箱體的漏熱對整機的能耗高低起著重要的作用。因此提高冰箱箱體的隔熱性能顯得尤為重要。

①增加籍體壁厚

在環境溫度相同的情況下，絕熱效果越好。冷量揮發越慢。因而，絕熱層絕熱效果的好壞直接影響冷量的揮發速度，從而決定能耗大小。但是，保溫層厚度達到一定程度時其耗電量值就不會再降低了，隨著保溫層厚度的增加，成本增加，有效使用容積減少，甚至影響保溫層的各項性能指標，導致發泡層的密度降低。

②采用超微孔發泡技術。

目前絕大部分冰箱均選用環戊烷作發泡劑，利用微孔發泡技術可以提高箱體發泡密度，增強保溫效果。

③真空絕熱板技術

真空絕熱技術是利用真空條件下的低導熱特性制作隔熱材料，固定在冰箱發泡層中以提高冰箱隔熱性能。根據測試資料，當真空絕熱材料面積覆蓋率達到冰箱發泡層面積的70％時，冰箱相對能耗可以減少24％以上。但是當真空絕熱板中的真空度達不到要求，其絕熱效果就會變差，冰箱的耗電量就會顯著增加。

④優化門封結構。

采用雙重門封結構，第一重門封外層是磁條和箱體殼緊密吸合，內層是氣囊與內膽相擠合，阻斷箱殼向外傳熱，減少冷量外溢。第二重門降低了第一重門封兩側的傳熱溫差，減少門封漏熱對冷凍室上層溫度的影響。同時，保證門體與箱體的最佳配合間隙，最大限度地鎖住冷氣。

⑤采用整體門發泡技術

使用發泡劑直接將門內膽與門面板粘合在一起，既提高了門體的隔熱性能，又增強了門內膽強度，省去門襯板、螺釘等拼裝結構，減少內膽厚度，有效降低了產品成本。

⑥變容積節能設計

變容是指在冰箱冷凍室內設置節能隔板，可根據冷凍食品的多少調節容積，以達到節能的目的。也可分別為冷凍、冷藏空間設置獨立開關，根據儲存食品的多少和要求，可以同日寸使用二室或停用其一，也可在儲存食品少時，轉換冷凍室為小型冷藏室，從而達到高效節毹地使用冰箱。

上述通過優化冰箱結構的節能技術，優點是生產工藝簡單、可靠性高、成本增加較少，缺點是過厚的發泡層和結構的調整會影響冰籜的美觀效果。

2.2 制冷系統的節能設計

①采用高效無氟壓縮機和環保制冷劑

目前R600a高效壓縮機的Cop值達到1，7以上，較R134a擁有更高的Cop值和環保特性，是冰箱節能的最主要手段。但壓縮機隨著其cop值的提高，成本也會增加很多，因此在設計時應根據實際情況適當的選用。

②采用高效制冷循環系統

對于采用雙循環制冷系統的冷藏室和冷凍室是兩個獨立分開的制冷循環系統。它能精確控制備間室的溫度，即滿足食物分類保存和保鮮度的需要，又達到靜音節能的目的。

③選定最佳制冷劑灌注量

冰箱制冷劑灌注量是影響制冷性能的關鍵因素之一，灌注量過多或過少對系統均不利，所對應的冰箱的性能也不一樣，只有保證制冷劑的最佳充注量，和制冷劑充注精度才能使系統的能耗最小。

④優化系統的管路走向

采用制冷劑R600a時，由于排氣溫度較低，可將排出的高壓氣體先進門邊防露管，再進主、副冷凝器。這樣既可保證加熱門框、提高防露效果，又可布置防露管遠離箱體內腔，減小熱量流失，實現節能目的。采用制冷劑R134a，由于排氣溫度較高，增加了對箱內的漏熱量和箱內溫度的不均勻性。可采用分體式冷凝器，將防露管置于左右冷凝器之間，用冷凝器中的飽和段對門框進行加溫。既起到了防凝露的效果，又減少了箱體的漏熱，達到節能的目的。

⑤尋找高效的化霜方法

無霜電冰箱大部分用化霜定時器控制電加熱絲化霜，這種方法簡單易行，但電加熱絲需消耗電能，且化霜后會使蒸發器及其周圍空氣溫度上升，造成較大的能耗。因此，有人設想采用雙穩態電磁閥來控制壓縮機的高溫排氣代替電加熱絲化霜，提高化霜效率，節約電能。

⑥蒸發器節能設計

對蒸發器來講，制冷劑流動阻力的增加造成蒸發溫度下降，系統耗能增大，效率降低，采用大內徑的蒸發盤管可減小流動阻力，提高效率。增加蒸發器的傳熱面積(例如，翅片蒸發器)、合理布置蒸發器位置，可以提高換熱效果和避免過低蒸發壓力，達到節能目的。

⑦冷凝器優化設計

一般情況下，冷凝器垂直布置時在彎管的底部有液態制冷劑而形成液封，制冷劑流動困難，而且流量出現波動，增加耗電量。為了使開機時制冷劑能夠通過冷凝器快速回到蒸發器，在冷凝器后部采用了水平布管。干燥過濾器垂直布置，以便制冷劑快速通過，減少能耗。

⑧回氣換熱器節能設計

為了提高回氣換熱器的換熱效果，采用毛細管和回氣管逆流布置的方式，或適當增加毛細管和回氣管的換熱長度加強兩者之間的換熱，或采用毛細管和回氣管用錫焊料并焊的方法來提高兩者間的換熱效率。

2.3 控制系統的節能

①變頻技術的應用

變頻冰箱與普通冰箱相比，其魅力在于極大地提高了冰箱的制冷效率而且節能。變頻壓縮機具有軟啟動、低噪音、高效率、高速制冷能力的優點，其轉速范圍1800rpm至4300rpm，能源效率值最高可以達到期1.9以上，避免了壓縮機頻繁開停造成的電能浪費。但是，變頻技術的缺點在于其成本較高。

②采用機械式溫控器

對于單循環直冷電冰箱，采用機械式溫控器可以節省電路板、電磁閥等耗電部件帶來的能耗損失，此外冰箱壓縮機開停只受冷藏室溫度控制，相比多循環制冷系統的冰箱，開機時間短，更為省電。但是機械式直冷冰箱，需要根據季節的不同調整溫度檔位，冷凍能力小，不能實現速凍等功能。當冬季環境溫度較低時需要打開溫度補償裝置才能保證冰箱的正常運行。

③電腦溫控技術的發展

對于多循環無霜冰箱，電腦溫控技術可以利用多路傳感器對冰箱內的各種狀態和不同溫度進行動態采集，通過電腦芯片的分析，將冷凍冷藏設定在最佳狀態。從而調節壓縮機的運行頻率，以達到靜音和省電的功效。

④新型節流裝置的采用

常規的蒸汽壓縮制冷循環中，節流膨脹設備是一個重要的部件。如膨脹閥、毛細管以及短管噴嘴等。循環中的膨脹節流為不可逆過程，且節流前后焓不變這部分熱力學損失是這類循環所固有的。人們雖然很早就認識到利用某種產生功的設備代替膨脹設備以減少這部分損失，進而提高壓縮機的COP值。但這些設備費用高，而且在兩相流動的運行條件下易于損壞，實際應用很難實現。

⑤壓差保持技術

冰箱壓縮機在剛開始的3至5分鐘內主要用于建立冷凝器和蒸發器之間的壓差。然后才能進入正常的制冷狀態，這前面的3至5分鐘屬于能耗的浪費。

壓差保持技術是通過在冰箱制冷管路上設置一系列的閥門來控制管路的通斷，壓縮機開機制冷時閥門導通，當壓縮機停機時閥門關閉，將冷凝器中的高壓制冷劑切斷并保持在冷凝器中，下次壓縮機開機時可以快速建立冷凝器和蒸發器間的壓差，減少能耗。

3 結束語

節能、環保是冰箱產品開發永遠的主題，提高能源效率和加強環境保護，已成為世界各國政府的迫切任務，也是世界經濟可持續發展的先決條件。但冰箱的節能降耗是一項長期而持久的工作，電冰箱的節能只有從系統的高度，通過綜合優化制冷循環、改善產品的結構和設計、合理使用材料和先進的控制方式等方法，找到一種經濟的節能手段才是解決問題的有效途徑。

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作者簡介：

馬劍(1980.9)、男、河南鄭州、碩士、機械工程師、研究方向：先進的制造技術；單位名稱：海信容聲(廣東)冰箱有限公司；通訊地址：廣東省佛山市順德區客桂橋東路12號，海信容聲(廣東)冰箱有限公司，2座3樓冰箱開發中心。