綠色設計技術在冰箱中的應用

楊 浩 蔡訓儒 張 影

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

前言

隨著社會的發展，環保的呼聲越來越高，綠色設計技術在冰箱中的應用越來越廣泛[1]。早在2003年，歐盟等發達國家就陸續頒布了諸多環境法規，從而極大地推動了產品綠色設計的發展。比如：2005年8月13日實施的WEEE指令《關于廢棄電子電氣設備的指令》，2007年8月11日實施的EUP指令《用能產品的綠色設計框架指令》。國內有關綠色設計方法及其工具的研究和應用起步較晚[2]，全國工業綠色產品推進聯盟于2016年推出《綠色設計產品評價技術規范—家用電冰箱》，該規范從多個維度詳細闡述了綠色家用電冰箱的符合性要求。2021年3月9日發布的GB/T 39761.1-2021《綠色產品評價 家用電器 第1部分：電冰箱、空調器和洗衣機》為綠色電冰箱的未來指明了方向，為綠色設計技術在冰箱領域實現規模化應用奠定了基礎。

1 綠色設計技術

基于材料的選擇、生產、回收，結合冰箱整機的性能特點，綠色設計技術主要包括節能技術、降噪技術、輕量化技術、環境友好技術，現將這四大類技術介紹如下。

1.1 節能技術

1）變頻技術：變頻對廣大消費者而言已經不是一個陌生的名詞，變頻技術帶來的優點不一而足，但其顯著優點是節能，變頻技術幾乎成為所有冰箱企業打造超級節能冰箱的必備技術方案之一。正因為如此，各大冰箱品牌均在加碼變頻技術的研發力度，不斷降低成本，逐步縮小差距。變頻的核心在于驅動算法，焦點在于驅動主控一體化設計，二者融合在一起，便能打造出價格更低，性能更加穩定的變頻板，從而為變頻技術的推廣應用奠定基礎。

2）保溫技術：毋庸置疑，真空絕熱板（VIP板）在冰箱中的應用已經成為一種趨勢。這取決于兩個方面：一是VIP板的生產技術越來越成熟，二是VIP板的價格已經降到了絕大多數冰箱企業可以接受的程度。借助VIP板優異的保溫性能，打造更加節能的冰箱已經成為行業內慣用的技術手段。同時，VIP板在線涂膠技術的突破、VIP板在線自動化貼合技術的革新以及異形VIP板的出現，這一切為VIP板在冰箱中實現批量應用提供了強有力的技術支撐。

3）發泡技術：發泡是實現冰箱保溫、節能降耗的最主要的技術途徑，就現行技術而言，冰箱可以不使用VIP板，但不能沒有發泡。行業內多是通過混合發泡、真空發泡、多點注料等方式提升發泡料保溫性能，進而達到降低整機能耗的目的。近年來，一些新興的發泡助劑問世，發泡助劑可以提高黑白料的混合效果，使得泡孔更加細致緊密，從而獲得更低的泡沫導熱系數。更為重要的是，發泡助劑既不改變原有配方體系，也不改變原有儀器設備，正因為如此，該類發泡助劑需求量不斷增加。

綜合應用變頻技術、保溫技術、發泡技術可以將整機能耗降低20～40 %，有效應對更高能效標準的要求。

1.2 減振降噪技術

1）壓縮機降噪：壓縮機是冰箱的首要噪音源，壓縮機產生的噪音一方面來源于自身運行中產生的噪音，另一方面來源于因其運行帶動其他部件產生的振動噪聲。為了降低壓縮機的運行噪音，有效的解決方式是在其表面包裹隔音氈，隔音氈切斷了噪音的傳遞路徑，可以顯著降低壓縮機的運行噪聲[3]。同時，可以在壓縮機后蓋板正對壓縮機位置粘貼高品質吸引綿，通過吸收中、高頻率噪音，達到降低壓縮機運行噪音的目的（如圖1）。針對由壓縮機運行產生的振動噪聲，可以在壓縮機和底板之間使用彈簧橡膠組合減震墊，該減震墊振幅較大，能夠以簡諧振動的方式將振動噪聲轉換成熱能而消耗掉，因此具有絕佳的減震效果。

圖1 壓縮機后蓋板減小噪音輻射設計示例

2）風扇降噪：冰箱的第二大噪音源來自風扇，比如用于壓縮機表面散熱的冷凝風扇，用于冷量傳遞的冷凍風扇。根據風機原理，噪聲大小與風扇轉速成正比關系，轉速越大，噪聲相應的也就越大，同時，轉速也影響著氣流流量的大小，直接關系到冰箱制冷效率[4]。理論分析表明，風機在不同轉速下的噪聲大小呈分段函數分布。據此，設計出適用于離心風扇的高效進出風結構，匹配最合適轉速大小，實現降低風扇噪聲的目的。

3）振動噪聲：事實證明，振動的傳遞與相鄰部件的固有頻率有關，固有頻率越接近，振動傳遞率越大，結構發生共振，振幅明顯增大，噪聲顯著提升[5]。因此，合理設計各組件固有頻率顯得尤為重要。比如：在關鍵部位設計加強筋、溝槽等結構，避開振動頻率，以達到減振隔振、降低噪聲的效果。

4）反射噪聲：聲音在傳播過程中，遇到壁面會發生反射。如果在密閉的空間內，聲波經多次反射會產生混響，使噪音值顯著增大。通過對壓縮機室后蓋板進行隔聲設計，減弱壓縮機室向外輻射噪音的能力。對于冷凍風扇而言，通過延長冷凍風機導風圈長度，減小渦流噪聲在蒸發器室上方的混響噪音。

通過實施減震降噪技術，風冷冰箱整機噪聲可以降低到35 dB(A)以下，為超級靜音冰箱的研發提供了強有力的技術支撐。

1.3 輕量化技術

1）鋼板減薄：彩板是家電領域用量較大的鋼板之一，彩板基板多是熱鍍鋅鋼板。早期，熱鍍鋅鋼板的厚度多為0.5～0.7 mm。隨著技術革新、工藝進步，通過調整屈服強度、表面軋花等方式，可以進一步降低板材厚度。尤其是軋花工藝的出現，豐富了產品的形狀和外觀，提升了基板的支撐強度，為更薄的彩板出現提供了強有力的技術支持。以冰箱用門殼為例，基板厚度可以做到0.45 mm；冰箱用箱殼基板厚度可以做到0.4 mm。板材厚度減薄，既不犧牲板材性能，又能顯著降低整機重量，同時降低采購成本。

2）以塑代鋼：以塑代鋼是行業的永恒話題，更是冰箱輕量化的主要技術路徑之一。以塑代鋼得以實現，首先是因為塑膠件性能的大幅提升，足矣和鈑金件相媲美；其次是因為高昂的鋼材價格不利于打造高利潤的產品。目前，以塑代鋼在冰箱領域已司空見慣。比如：針對小單門、兩門、三門等容積較小的冰箱，其壓縮機后蓋普遍采用ABS或HIPS取代熱鍍鋅鋼板，后背板普遍采用PVC合金取代熱鍍鋅鋼板，發泡支撐架普遍采用PP中空板取代熱鍍鋅鋼板。上述塑料材質的使用，提高了零部件生產效率和組裝效率，在降低整機重量的同時，降低了零部件采購成本。

3）薄壁技術：薄壁注塑、薄壁吸塑引領著家電塑膠零部件成型的方向。薄壁技術解決了絕大多數生產企業面臨的實際問題，即對注塑件或吸塑件厚度沒有要求，甚至于越薄越好。薄壁技術并不是單純的將厚度減薄，這其中牽涉到模具的設計、工藝的調整以及零部件裝配質量的要求。不難相信，薄壁技術的推廣應用，一定會實現減重的目的，同時為變革塑膠成型技術加注一劑強心針。

以600 L冰箱為例，采用輕量化技術，整機重量可以降低10～25 %，減重14～35 kg，有效控制和降低能源消耗，提高產品價格競爭力。圖2為抽屜薄壁注塑設計示例。

圖2 抽屜薄壁注塑設計示例

1.4 環境友好技術

1）免噴涂材料：傳統噴涂技術能豐富塑膠件外觀色彩，提升塑膠件表面質量，但技術本身既容易對環境造成污染，又容易對人體造成傷害，是一項十分不環保的表面處理技術。免噴涂技術通過塑料配方優化、模具設計、工藝調整等方式，使注塑件達到或接近噴涂的效果，一次成型實現靚麗產品外觀，具有更高的設計自由度。免噴涂技術生產效率高，制品顏色形狀不受限，生產過程無環境污染，是一項應用前景十分廣闊的新興技術。目前，冰箱用把手飾條普遍由免噴涂技術制作而成。

2）生物基材料：通用工程塑料因其良好的加工性能、優異的機械性能被廣泛應用在冰箱零部件上，然而塑料制品面臨著回收難，自然降解更難的問題。正常情況下，ABS、HIPS、PP、PVC等制品，很難通過土壤掩埋的方式實現自然降解。生物基材料的出現看到了塑料降解的希望。生物基材料在塑料基體中添加木質纖維素，不影響塑料本身的加工性能，不犧牲塑料本身的力學性能，使塑料制品更易于與土壤中和，提高了塑料制品自然降解的速度，是當下受眾度較高的環境友好材料之一[6]。抽屜是冰箱中最常見的功能附件，抽屜主要作用是實現收納，對承重能力要求較高，對物理、化學性能要求不是很苛刻。正因為如此，生物基材料多用于制作冰箱抽屜。

3）透明包裝材料：冰箱用包裝材料多集中在兩大類：一是EPS泡沫，二是紙板（蜂窩紙板或瓦楞紙板）。EPS使用過程中容易造成白色污染，而且很難回收再利用。紙板容易降解且容易回收，但造紙過程污染較為嚴重。氣柱袋的出現較好的克服了EPS和紙板的缺陷，是一種性價比較高的透明緩沖包裝材料。氣柱袋多由PE和PA復合而成，在氣囊內沖入空氣即可實現減震緩沖的目的。氣柱袋生產效率高、生產成本低、可回收反復使用。氣柱袋因其卓越的性能被用作冰箱側條和保護板。

圖3 生物基材料制作的冷凍抽屜

通過環境友好技術的應用，目前綠色冰箱可再生利用率已從最初的75 %提升至90 %，為實現節能減排、碳中和的目標做出了突出貢獻。

2 結論

減少環境污染、降低能源消耗、促進產品和零部件回收再生循環是綠色設計技術遵循的三大原則。隨著國家法律、法規的出臺及完善，綠色設計的理念一定會逐漸被社會接受和認可，綠色設計的方法一定會越來越科學、越來越嚴謹，綠色產品的評價一定會越來越規范[7]。而這一切，一定會促使冰箱企業研發綠色設計支持工具，創新應用綠色設計方法，開發出更加節能、更加質輕、更加環保的綠色家電產品，進而全面提升家電制造業的競爭力及影響力。