對洗碗機產品的節能設計方法分析

施飛

摘 要：隨著我國制造業的快速發展，也同時使得能源利用率低與快速發展矛盾越來越突出，目前許多單位產品的能源利用率較低，使得大量能源被浪費，因此當務之急便是要解決產品的能耗問題。基于此，本文圍繞洗碗機產品，從其設計的角度出發，對洗碗機使用過程中所消耗的能量進行分析，并在此基礎上提出一些能量節能設計的方法，以供參考。

關鍵詞：洗碗機;能量消耗;節能設計

由于產品能源利用率低的問題較突出，當務之急是解決產品能耗問題。而在產品的設計階段是決定產品能量消耗的重要因素，因此需要在產品設計階段進行優化設計，結合相關的能量消耗要求，對產品進行節能設計，以此提高能源利用率。基于此，以下主要針對洗碗機產品的節能設計方法進行討論。

1、洗碗機產品的工作原理

洗碗機產品的工作流程大致分為4個階段，不同階段的工作任務不同：第1階段主要是進水工作，水在進入到呼吸器之后進行分流，一部分水保留在呼吸器中，另一部分水進入到軟化器中，然后經過電加熱管流入到水杯中;第2階段主要是洗滌工作，洗滌泵將水杯中的水吸入，然后經過泵增壓后通過上噴臂噴出高壓水流，進而對餐具表面進行沖刷，并且沖刷的水又再次回到水杯中，形成一個循環使用的過程;第3階段主要是排水工作，在餐具洗滌結束之后，需要將水杯中殘留的水排出去，主要是通過排水泵壓力作用將水經過排水管排出;第4階段則是烘干工作，這一階段主要利用了餐具洗滌過程中所產生的余溫進行烘干。

2、洗碗機產品的能量消耗分析

2.1? 各結構部件能耗分析

（1）內膽能耗。洗碗機內膽的一面開口形狀為長方形，其主要由3塊壓成型的不銹鋼拼接組成，這也使得內膽內外部之間能夠進行熱量傳導，進而使得熱能消耗。除此之外，內膽內壁與水之間也能夠形成對流傳熱，這期間熱能也會被消耗。所以，內膽能耗是洗碗機產品能量消耗的重要部分，一方面是因為電加熱管在加熱過程中會存在熱能消耗，另一方面是因為內膽與外界以及內膽內部傳熱使得能量消耗。

（2）泵能耗。在洗碗機產品中主要存在兩個泵，一個是洗滌泵，另一個是排水泵。同時洗滌泵和排水泵的能耗與其功率有關，泵的功率η 則是機械效率ηm和容積效率ηv的乘積，即η=ηmηv。在計算泵的機械效率ηm時需要考慮到損失轉矩Tf和理論輸出轉矩T1等因素，容積效率ηv則需要考慮到膨脹系數a、體積彈性模量K、縫隙泄漏量q1、泵的理論流量qt、縫隙寬度b、縫隙高度δ、縫隙長度l、水的動力粘度μ以及泵的排量v和轉速n等。具體的公式為：

（3）控制元件能耗。在洗碗機產品中，主要的控制元件分別是控制面板和壓力開關控制器，除了這些控制元件在啟動時會消耗自身電能以外，在待機過程中也能夠產生能耗。

（4）噴臂能耗。在洗碗機產品中有兩個上下旋轉的噴臂，主要是由噴嘴將水流噴射出形成反作用力，使得噴臂能夠在轉速的工況下均勻噴射，其所產生的能耗也主要作用在水流噴射上。

（5）輔助原件能耗。在洗碗機產品中，由于設有較多水管，當水進入到水管流動時會受到阻力作用進而使得能量損耗。能量損耗主要體現在管路不同上，直線管會產生沿程阻力，彎形管會產生局部阻力。其中直線管的能耗與沿程阻力系數，以及管道的長度、直徑和面積有關;彎形管的能耗與局部阻力系數、管道面積、水流密度和平均流速有關。

（6）關機能耗。洗碗機產品在關機狀態下也會產生關機能耗，主要是受到關機功率和關機時間的影響。

通過對洗碗機產品的各結構部件的能量損耗進行分析可得知，要想提高洗碗機產品在使用階段的能量利用率，就需要降低洗碗機的能耗，也就是要將不必要的能耗降到最低，將有用的能耗使用效率提至最高。

2.2? 能量設計因子分析

能量設計因子指的是產品設計過程中對產品全生命周期能量消耗熟悉的反映，包括多級別、多類別和多層次的產品設計信息，目的是通過設計控制機制和控制要素來達到降低能耗，同時也體現出了產品設計信息中能量關聯信息與產品能耗之間的關系。通過控制調節能量設計因子，能夠達到優化產品能耗設計的目的。通常情況下在要想獲得統一的能量設計因子幾乎不可能，需要對產品全生命周期各階段的能量消耗情況進行單獨分析，從而獲得相應的能量設計因子。其中，在產品使用階段能量消耗最大，占產品全生命周期能量消耗95%至99%，這說明了產品使用階段能量設計因子是決定產品能量優化設計的關鍵，需要集中對產品使用階段進行分析，以此獲得能量設計因子，并進行產品能量優化設計。具體而言，采用定性分析法對洗碗機使用階段能量設計因子識別，在分析過程中先要將洗碗機設計時不相關的能量因素去除，然后對保留下來的與洗碗機設計相關能量因素進行定性分析，這樣便能夠獲得能量設計因子集，最后在能量設計因子集中找出重要能量設計因素進行分析和優化。

3、洗碗機產品節能設計需要考慮的因素

根據上述洗碗機產品各結構部件能量損耗及能量設計因子分析得知，關機功率、待機功率、溫度、不銹鋼層及隔熱層厚度、水流平均流速、水管阻力系數、水管長度和直徑等均為重要的能量設計因子。因此在優化設計時需要重點考慮這些因素。具體的優化途徑為以下。

3.1? 降低電控板的功率

由于洗碗機在待機和關機過程中會產生能耗，加之產生的能耗與電控板的功率有關，因此可以通過降低電控板功率來達到降低能耗的目的。而電控板主要是由變壓器產生耗能，此時就需要替換變壓器，可采用開關電源進行改進，這樣能夠有效降低洗碗機產品待機關機狀態時的能耗。

3.2? 降低洗滌的溫度

洗碗機在工作時，除了內膽加熱使得能量消耗完，在對外散熱時也會消耗許多能量。由于在水溫越高的情況下，內膽外壁會與室溫產生較大的溫差，也便使得對外傳熱更多，因此需要通過降低水溫的方式來降低傳熱系數，從而達到降低能耗的目的。另外，在降低洗滌溫度時，還需要考慮到清潔問題，因為溫度過低的情況下會起不到清潔的作用，因此需要保證洗滌清潔性能的前提下降低洗滌溫度，一般水溫在50℃情況下能夠滿足清潔性能，也能降低能耗。

3.3? 增加內膽壁的厚度

增加內膽壁的厚度目的是降低內膽熱量的散失，因為厚度越大，內膽外壁溫度與室溫溫差就會越小，這樣也就會減少內部向外部傳熱系數，進而達到降低熱能散失的目的。在增加內膽壁厚時會使得結構尺寸大小發生變化，也會使得材料用量增加，一般情況下可以采用外貼優質的熱阻尼材料。

3.4? 增大噴臂水流平均速度、噴嘴數量及面積

在優化洗碗機產品設計時，可以通過增大噴臂水流平均速度來提高洗滌泵的清潔性能，同時也能夠達到降溫的目的，進而減少能量損耗。另外增加噴嘴數量和面積，也能夠提高清洗的效率，這樣也能夠減少能耗。需要注意的是，增加過程中可能會使得內膽內部空間變小，因此需要合理增加其數量和面積。

3.4? 采用光滑的水管

在洗碗機節能設計時，可以采用光滑的水管來降低阻力系數，也可以減少水管的長度和彎次數來降低能耗。

參考文獻：

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