直冷兩門冰箱應對新歐標冷凍能力提升研究

許 燦 侯雪茹 崔培培

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

自2017年第2017/1369號法規（歐盟）授權歐盟委員會通過授權法案，對具有顯著節能潛力的產品組以及相關的其他資源進行標簽或重新縮放，經過2年多時間草案法規的磋商討論[1]。本次冰箱新法規包括：生態設計指令EU/2019/2019（原EC 643/2009）和能效標簽指令（EU） 2019/2016（原EU 1060/2010），已經于2019年12月5日正式頒布并正式生效，該法規定于2021年3月1日起強制執行。 冰箱新法規除能效指數的計算完全打破原能效法規（EU）No 1060/2010，產品能效等級由現行法規A+/++/+++重新回歸A～G等級劃分[2]以外，新法規將冷凍能力、負載回升、能耗（包括輔助耗電量）、容積和噪音納入市場必抽項進行檢驗[3]，對冷凍能力的關注度提高非常大。

本文從新歐標標準變化角度，以出口歐洲方向的直冷兩門冰箱BCD-250產品為研究載體，通過多種方案優化載體制冷和控制系統，達到新歐標對冷凍能力高性能要求。

1 冷凍能力標準解讀

根據新歐盟生態設計指令EU/2019/2019（原EC 643/2009）和能效標簽指令（EU） 2019/2016要求，性能測試采用EN 62552-1,2,3:2020，冷凍能力測試標準主要變化點如表1所示。

2 原型機冷凍能力

根據EN 62552-2020測試方法和新歐標指令要求，對載體兩門直冷冰箱BCD-250進行摸底測試。載體結構及間室分布為上部間室冷藏室，溫度范圍2～8 ℃，容積185 L，下部間室為冷凍室，容積75 L，溫度范圍-16～-24 ℃。各間室均布置蒸發器，冷藏間室為行業內普遍采用的板管式蒸發器，冷凍間室為繞管式蒸發器，兩蒸發器均內藏與發泡層內，通過與內膽貼合進行傳熱實現間室制冷。按新標準要求，其冷凍能力結果如表2。

表1 新舊歐標性能測試標準與現行國標對比

由測試結果可知，其載體冷凍能力主要存在以下問題：

1）冷凍負載目標時間內（≤18 h）降不下來；

2）壓倉負載目標時間內（≤18 h）降不下來；

3）冷凍負載放置后，冷凍降溫過程中，冷藏最低溫度超目標溫度（＞-1 ℃）。

3 冷凍能力優化

從原型機摸底測試結果看，載體冰箱抽取三臺測試結果按新歐標判定均不合格。

3.1 標準原因分析

從新歐標標準角度分析歐標測試方法和冷凍能力要求分析，老歐標EN 62552-2013規定耗電量測試按25 ℃進行，冰箱匹配配置冷藏冷凍制冷量，根據25 ℃情況下，QC25℃熱負荷/QD25℃熱負荷=R25℃，其中R25℃為相對恒定的值，如圖1采用單循環直冷系統，即可滿足最優化的耗電量配置。且標準要求冷凍能力滿足4.5 kg/100 L，24 h之內從25 ℃冷凍降至-18 ℃即可，冷凍能力和耗電量處于同一個測試狀態，冰箱制冷系統配置容易滿足要求，如圖1。故老歐標市場為迎合標準要求，目前產品基本采用單循環直冷系統。

表2 載體BCD-250原型機冷凍能力新歐標測試結果

圖1 直冷兩門冰箱制冷系統冷量配置制冷原理圖

新歐標EN 62552-2020規定耗電量測試為16 ℃和32 ℃兩個環溫，且指令要求冷凍能力需要滿足18.5 h之內從25℃冷凍降至-18 ℃，難度加大。從制冷系統冷量配置角度分析，兩種環溫下QC16℃熱負荷/QD16℃熱負荷=R16℃，QC32℃熱負荷 /QD32℃熱負荷 =R32℃，其中 R16℃，R32℃兩個值相差較大。以兩門直冷冰箱BCD-250為例，R16℃=35 %，R32℃=56 %，耗電量配置即會存在部分間室過冷，能源浪費問題。且冷凍能力采用25 ℃測試，與耗電量測試工況完全不同，同時考慮冷凍能力提升要求，需單獨配置冷凍能力性能。針對單循環直冷兩門冰箱綜合性能方面，導致制冷系統匹配周期加長，匹配難度增大，如圖2。

3.2 優化改進措施

針對上述載體BCD-250測試存在的問題，對原型機進行優化改進。

3.2.1 調整冷凍熱負載放置位置

如圖3，冷凍熱負載3 kg全部放載最冷的最下層抽屜內，改為冷凍熱負載均布置于第一層，第二層和第三層抽屜內各1 kg。

3.2.2 減小冷藏蒸發器面積

如圖4，改進前后冷藏蒸發器。

3.2.3 增加冷藏補償加熱器

如圖5在冷藏室后背底部增加補償加熱器，并制定控制規則：在冷凍檢測放入熱負載后，第一次壓壓縮機開機啟動補償加熱器，此后每次停機階段啟動補償加熱器，直到24 h后補償加熱器退出運行。

按上述方案更改，其測試結果如表3，綜合方案測試曲線如圖6。根據測試結果表明：

圖2 直冷兩門冰箱歐標性能配置原理圖

圖3 載體冷凍負載放置圖

圖4 改進前后冷藏蒸發器

圖5 補償加熱器位置示意圖

圖6 補償加熱器+均布+蒸發器減小三種方案綜合樣機測試曲線

1）均布放置相比集中放置，利于冷凍能力，冷凍時間可縮短約1～2 h；均布放置，需要布置更多冷凍壓倉負載M包觀測，可能需要多次尋找冷凍負載放置有利位置。

2）減小冷藏蒸發器，重新配置冷藏冷凍冷量配比，可明顯縮短冷凍時間約5～8 h，在耗電量余量大于10 %以上的產品可考慮，考慮可靠性，產品采用減小冷藏蒸發器，犧牲耗電量匹配冷凍能力。

表3 不同方案冷凍能力提升情況

3）增加冷藏補償加熱器6 W，利用停機階段加熱可有效縮短冷凍時間，相對可靠，且可根據需求調整加熱時間。加熱器中部最高溫度30 ℃，內襯溫度小于21 ℃，滿足安全設計需求。

4 總結

本文結合冰箱新歐標測試方法和指令要求，對載體BCD-250直冷兩門冰箱冷凍能力影響因素和影響點進行分析，針對載體冰箱存在的問題，制定實施改進方案，根據載體情況通過優化載體放包分布，更改制冷系統冷量配置和控制間室熱負荷變化熱量，實現新歐標對冷凍能力的高標準要求。