优化辅助装置的控制对冰箱耗电量的影响

郭 策 郝 倩 芮群娜 刘 安

（惠而浦（中国）股份有限公司 合肥 231283）

引言

随着社会的发展，生活节奏不断在加快，消费者在日常生活中往往会一次采购很多食物储藏在冰箱中。这次新冠疫情更是如此，每家每户都储备了大量的食物，所以大容量的风冷冰箱以强大的制冷能力、储藏空间和自动除霜等优势倍受消费者青睐。

众所周知大容量冰箱除对开门外一般会分为多个储藏区间，就是所谓的多门冰箱，此类冰箱根据外形又细分为十字、中字、法式等多种样式。由于此类箱体较宽，冰箱冷藏室门体一般设计成对开形式。为了方便消费者使用，冷藏室对开门体不能像冷冻室那样设计中梁配合门体密封，通常会使用对挤门封或者在一侧门体安装翻转梁。从密封效果和防凝露效果来看，翻转梁设计较为合理，也较为常见。由于翻转梁主要作用是为了使冷藏左右门封能够吸合从而起到密封作用，但是由于内外温差较大翻转梁表面容易凝露，故翻转梁内部一般会安装加热器，消除翻转梁表面的凝露水。根据GB 12021.2-2015《家用电冰箱耗电量限定值及能效等级》[1]翻转梁加热器属于辅助装置，由辅助装置产生的耗电量和稳态耗电量共同组成整机标准耗电量。因为稳态耗电量在整个耗电量结果中占比较大，一般我们研究节能降耗均从稳态耗电量入手，比如降低冰箱内外的热传递、提高两器的换热效率、提高压缩机效率等。本文着重介绍带有辅助装置的冰箱，在满足消除凝露的情况下通过优化辅助装置的控制降低冰箱的耗电量。

1 方案设计

为了得到相对较优设计，我们针对带有翻转梁的冰箱设计以下三种方案。

方案一：通过主控板控制辅助装置运行周期，该方案增加环境温度传感器，使辅助装置在该环境下按固定周期运行，即在同一环境温度区间辅助装置开停周期一致，如图1。

图1 方案一控制示意图

方案二：通过主控板控制辅助装置运行功率，该方案增加环境温度传感器和环境湿度传感器，即通过环境的温湿度参数决定辅助装置的运行功率，如图2。

图2 方案二控制示意图

方案三：通过主控板控制辅助装置的开停，该方案增加环境温度传感器、环境湿度传感器和翻转梁温度传感器，即通过环境温湿度参数反馈主控板得出该环境下的露点温度，然后根据翻转梁实时温度和露点温度比较控制开停，如图3。

图3 方案三控制示意图

2 试验对比

2.1 三种辅助装置控制方案的翻转梁表面温度对比

将三种方案样机放置在同一实验环境中，并在翻转梁表面设置热电偶，我们从试验过程中的温度曲线和运行功率可以看出方案一辅助装置按固定周期运行，如图4；方案二按固定功率常开运行，翻转梁表面温度波动较小，如图5；方案三开停机频繁运行时有长短周期，如图6。

图4 方案一运行曲线

图5 方案二运行曲线

图6 方案三运行曲线

根据测试数据我们将各环境下翻转梁表面温度汇总如表1、表2、表3，通过翻转梁表面温度与当前环境下露点温度对比，三种方案均满足翻转梁表面温度高于露点温度即不会产生凝露。但是从温度汇总可以看出，由于方案一在同一环境温度不同环境湿度下辅助装置开机率一样，会导致在低湿环境下过度加热造成电能浪费。而方案二和方案三温度较为合理，后文会通过功率继续对比。

表1 方案一各环境下翻转梁表面温度

表2 方案二各环境下翻转梁表面温度

表3 方案三各环境下翻转梁表面温度

2.2 三种辅助装置控制方案的耗电量对比

根据GB 12021.2-2015表4给出了计算功率时需提供的数据格式及代表性的气候分布数据。

表4 环境温度、湿度具体分布数据

R为区域气候因数，即一年中相应温度和湿度所占的比例，R1～R30之和为1。

防凝露加热器功率计算见公式：

式中：

Wheaters—与防凝露加热器相关的年功率消耗的平均值；

Ri —相应温度湿度下的区域气候因数；

Pi—相应温度湿度下的平均功率；

k—温度湿度分布的数量，表2中为30；

1.3—假定的损失系数[加热器用的能量系数（1.0）和加热器损失的能量系数0.3（需要被制冷系统移除的泄露进间室的热量）]。

辅助装置年耗电量计算公式：

各环境下测得的辅助装置平均功率分别统计到表5、表6、表7。

表5 方案一各环境下辅助装置平均功率

表6 方案二各环境下辅助装置平均功率

表7 方案三各环境下辅助装置平均功率

由表5数据和公式（1）、（2）我们可以得出方案一辅助装置耗电量：

Wheaters=2.85 W

Eaux=24.97 kW·h/a

由表6数据和公式（1）、（2）我们可以得出方案二辅助装置耗电量：

Wheaters=2.38 W

Eaux=20.85 kW·h/a

由表7数据和公式（1）、（2）我们可以得出方案三辅助装置耗电量：

Wheaters=1.19 W

Eaux=10.42 kW·h/a

2.3 原因分析

从表8的数据对比中我们可以看出，方案三的辅助装置控制方式，有效的降低了整机的耗电量。原因如下：方案一由于控制方式较为粗犷，在低湿环境下热量浪费较多，所以该方案消耗电能也最多；方案二和方案三温度较为合理，但是方案二的温度是靠持续的相对较低功率加热维持，效率较低，也会造成能耗的增加；方案三是通过高功率加热和开停配合维持翻转梁表面温度高于露点温度，需要加热即加热不需要则停止。所以综合比较方案三效果最好，耗电量最低。

表8 三种方案对结果的影响对比

3 结论

通过本文案例的对比分析，我们可以反思一下：比如在做能效等级测试时经常会遇到耗电量无法再降低导致能效等级无法突破或无法保留较大余量，在此种情况下如果重新设计或更换更优部件往往会增加较多成本。从本文中我们可以得出，在影响耗电量的因素中，如果我们从设计的根本目的方面上着手研究，采用精确控制防止能耗浪费，找出较优方案，同样可以降低耗电量，而且在不影响使用的情况下，还能相对节约成本。