優化輔助裝置的控制對冰箱耗電量的影響

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

隨著社會的發展，生活節奏不斷在加快，消費者在日常生活中往往會一次采購很多食物儲藏在冰箱中。這次新冠疫情更是如此，每家每戶都儲備了大量的食物，所以大容量的風冷冰箱以強大的制冷能力、儲藏空間和自動除霜等優勢倍受消費者青睞。

眾所周知大容量冰箱除對開門外一般會分為多個儲藏區間，就是所謂的多門冰箱，此類冰箱根據外形又細分為十字、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計成對開形式。為了方便消費者使用，冷藏室對開門體不能像冷凍室那樣設計中梁配合門體密封，通常會使用對擠門封或者在一側門體安裝翻轉梁。從密封效果和防凝露效果來看，翻轉梁設計較為合理，也較為常見。由于翻轉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，但是由于內外溫差較大翻轉梁表面容易凝露，故翻轉梁內部一般會安裝加熱器，消除翻轉梁表面的凝露水。根據GB 12021.2-2015《家用電冰箱耗電量限定值及能效等級》[1]翻轉梁加熱器屬于輔助裝置，由輔助裝置產生的耗電量和穩態耗電量共同組成整機標準耗電量。因為穩態耗電量在整個耗電量結果中占比較大，一般我們研究節能降耗均從穩態耗電量入手，比如降低冰箱內外的熱傳遞、提高兩器的換熱效率、提高壓縮機效率等。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化輔助裝置的控制降低冰箱的耗電量。

1 方案設計

為了得到相對較優設計，我們針對帶有翻轉梁的冰箱設計以下三種方案。

方案一：通過主控板控制輔助裝置運行周期，該方案增加環境溫度傳感器，使輔助裝置在該環境下按固定周期運行，即在同一環境溫度區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行功率，該方案增加環境溫度傳感器和環境濕度傳感器，即通過環境的溫濕度參數決定輔助裝置的運行功率，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，該方案增加環境溫度傳感器、環境濕度傳感器和翻轉梁溫度傳感器，即通過環境溫濕度參數反饋主控板得出該環境下的露點溫度，然后根據翻轉梁實時溫度和露點溫度比較控制開停，如圖3。

圖3 方案三控制示意圖

2 試驗對比

2.1 三種輔助裝置控制方案的翻轉梁表面溫度對比

將三種方案樣機放置在同一實驗環境中，并在翻轉梁表面設置熱電偶，我們從試驗過程中的溫度曲線和運行功率可以看出方案一輔助裝置按固定周期運行，如圖4；方案二按固定功率常開運行，翻轉梁表面溫度波動較小，如圖5；方案三開停機頻繁運行時有長短周期，如圖6。

圖4 方案一運行曲線

圖5 方案二運行曲線

圖6 方案三運行曲線

根據測試數據我們將各環境下翻轉梁表面溫度匯總如表1、表2、表3，通過翻轉梁表面溫度與當前環境下露點溫度對比，三種方案均滿足翻轉梁表面溫度高于露點溫度即不會產生凝露。但是從溫度匯總可以看出，由于方案一在同一環境溫度不同環境濕度下輔助裝置開機率一樣，會導致在低濕環境下過度加熱造成電能浪費。而方案二和方案三溫度較為合理，后文會通過功率繼續對比。

表1 方案一各環境下翻轉梁表面溫度

表2 方案二各環境下翻轉梁表面溫度

表3 方案三各環境下翻轉梁表面溫度

2.2 三種輔助裝置控制方案的耗電量對比

根據GB 12021.2-2015表4給出了計算功率時需提供的數據格式及代表性的氣候分布數據。

表4 環境溫度、濕度具體分布數據

R為區域氣候因數，即一年中相應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算見公式：

式中：

Wheaters—與防凝露加熱器相關的年功率消耗的平均值；

Ri —相應溫度濕度下的區域氣候因數；

Pi—相應溫度濕度下的平均功率；

k—溫度濕度分布的數量，表2中為30；

1.3—假定的損失系數[加熱器用的能量系數（1.0）和加熱器損失的能量系數0.3（需要被制冷系統移除的泄露進間室的熱量）]。

輔助裝置年耗電量計算公式：

各環境下測得的輔助裝置平均功率分別統計到表5、表6、表7。

表5 方案一各環境下輔助裝置平均功率

表6 方案二各環境下輔助裝置平均功率

表7 方案三各環境下輔助裝置平均功率

由表5數據和公式（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數據和公式（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數據和公式（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的數據對比中我們可以看出，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，在低濕環境下熱量浪費較多，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的相對較低功率加熱維持，效率較低，也會造成能耗的增加；方案三是通過高功率加熱和開停配合維持翻轉梁表面溫度高于露點溫度，需要加熱即加熱不需要則停止。所以綜合比較方案三效果最好，耗電量最低。

表8 三種方案對結果的影響對比

3 結論

通過本文案例的對比分析，我們可以反思一下：比如在做能效等級測試時經常會遇到耗電量無法再降低導致能效等級無法突破或無法保留較大余量，在此種情況下如果重新設計或更換更優部件往往會增加較多成本。從本文中我們可以得出，在影響耗電量的因素中，如果我們從設計的根本目的方面上著手研究，采用精確控制防止能耗浪費，找出較優方案，同樣可以降低耗電量，而且在不影響使用的情況下，還能相對節約成本。