电冰箱的节能技术
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（郑州大学化学与分子工程学院 环境科学研究院，郑州市，450000）
摘要：电冰箱已经是家庭生活中不可缺少的家用电器，不仅在家庭中，宾馆饭店等营业场所也配置了电冰箱，甚至在办公室中，我们也能够看到电冰箱的踪影[1]。作为一种长寿命间歇式电能消耗品，电冰箱在居民家庭中消耗的电量仅次于空调器，世界各国都非常重视电冰箱产品的节能工作，美国、欧盟、日本等都制定了严格的能耗等级要求，中国政府随后也认识到了电冰箱节能技术的重要性，要求生产企业降低电冰箱的能耗水平。冰箱生产厂家也通过技术革新，不断提升电冰箱节能指标，目前国内市场上已经有多家企业推出日耗电量很低的电冰箱[2]。从目前国内外厂家电冰箱产品来看，目前电冰箱的主要节能技术如下。1、增加电冰箱发泡层厚度或者改进发泡层材料性能，以降低材料的导热系数，减少冷量流失。2、采用变频技术，随着温度的下降,电流下降,压缩机的功率也相应下降,而达到省电的目的.。3、压差保持技术，电冰箱工作时压缩机压缩气态制冷剂到冷凝器内，通过散热成为高压的
液态制冷剂，然后由毛细管进进低压的蒸发器内气化蒸发，吸走冰箱内的热量，达到制冷的目的。
关键词：电冰箱；节能技术；发泡层；变频；压差保持技术
电冰箱不像其他家用电器一样，不用的时候可以关闭，它几乎时时刻刻在开着，长年累月的通电，电冰箱也是生活中的耗电大户，那么，在使用电冰箱的同时，怎样才能达到节电节能的效果呢？最简单的就是，尽量减少开门的次数与时间，因为关门之后冰箱内要恢复到原来的低温，那么开门的时间越久次数越多，压缩机所要工作的以恢复原状的时间就越长，这样会消耗更多的电量[3]。冰箱内部的温度也要适宜。一般食物的最佳保鲜温度为8-10度，冰箱内的温度越低，耗电量越大，而且对食物的保鲜效果却不一定最好。食物还温热的时候要使其自然冷却，然后再放入冰箱内，这样也可以减少耗电量以及不必要的水分损失[4]。对于冰箱内产生的冰霜，我们也要及时的清理，冰霜过厚，会产生很大的热阻，这样就会影响冰箱内的冷热交换，不但制冷的效果不佳，对电量的需求也会增加。电冰箱背部的清洁也要引起重视，灰尘会影响冷凝器和压缩机的散热效果，造成电量的消耗与浪费。以上是一些平时使用冰箱中所能做的节约能量消耗的方法，接下来我们来探讨一下电
冰箱制造过程中的一些节能技术，从而在根本上节约更多的能源。
1.增加电冰箱发泡层厚度或者改进发泡层材料性能
电冰箱是一个复杂的电器。主要是由箱体、制冷系统、控制系统和附件系统构成。这里我们主要讨论一下电冰箱的箱体材料部分。
1.1聚氨酯,俗称PU海绵,是电冰箱箱体的一种重要的发泡材料 
聚氨酯材料孔隙率结构稳定，基本上是闭孔结构，不仅保温性能优良，而且抗冻融、吸声性也好。硬泡聚氨酯保温构造的平均寿命，在正常使用与维修的条件下，能达到30年以上。能够做到在结构的寿命期正常使用条件下，在干燥、潮湿或电化腐蚀，以及由于昆虫、真菌或藻类生长或者由于啮齿动物的破坏等外因影响，都不会受到破坏[5]。新飞冰箱拥有全世界一流的发泡技术，采用高密度的发泡材料，冰箱上下门采用一体发泡技术，门胆与门钢板一次发泡成型，结实、耐用，保温效果比分体发泡的好。发泡材料是含有气孔的材料，如聚苯发泡板、聚氯乙烯发泡保温板、聚氨酯发泡胶等。可作为发泡的有：EVA、PU、PE、PP、PS、PVC、PVA、酚醛树脂、环氧树脂，基本上所有的高分子材料
都可以作为发泡塑料，发泡机理有物理发泡和化学发泡，如果是塑料成品想发泡的话只能使用物理发泡剂，比如说发泡聚苯乙烯；聚氨酯发泡塑料（海绵）应该是发泡塑料里应用最多的，可分为硬泡和软泡，硬泡一般用在隔热材料，软泡有快回弹和慢回弹之分，快回弹一般用在沙发一些价格比较低的地方；慢回弹的配方主要是用在太空枕、太空床等高档用品上，慢回弹的PU海绵的特点就是对人体的压迫性非常小。PU海绵主要配方为白料：TDI或MDI。聚氨酯(简称TPU)是由多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等扩链剂或交联剂等原料制成的聚合物。由二元或多元异氰酸酯与二元或多元羟基化合物作用而成的高分子化合物。通过改变原料种类及组成，可以大幅度地改变产品形态及其性能，得到从柔软到坚硬的最终产品。又称聚氨基甲酸酯，是分子结构中含有—NHCOO—单元的高分子化合物，该单元由异氰酸基和羟基反应而成。因此新飞冰箱的耗电性能、保温效果就比一般的冰箱好得多，加厚保温壁的冰箱停电之后的保温时间长。
1.2增加电冰箱发泡层厚度的方法来降低能量损失
普通冰箱冷躲室发泡层厚度为35mm至45mm，冷冻室厚度为60mm至80mm。节能冰箱为
了减少冷量向外界的辐射，将冷躲室的发泡层厚度增加为55mm至65mm，冷冻室发泡层厚度增加为85mm至100mm甚至120mm[6]。原理其实很简单，相同材料的导热系数是一样的，增加了箱体发泡层的厚度，也就增加了冷量泄露的难度，使冰箱内的冷量不易流失，那么压缩机所需要的工作次数就会减少，压缩机所消耗的能量就会减少，整个电冰箱所用的电量就会减少，达到了节约能源的目的。
1.3真空绝热技术
真空绝热技术在冰箱行业的应用源于90年代，利用真空条件下的低导热特性制作隔热材料，固定在冰箱发泡层中以进步冰箱隔热性能。目前的真空绝热产品一般是用玻璃纤维复合品做型芯，复合铝膜袋套装并密封抽真空，其导热系数仅为0.0025W/mK，而目前常用的环戊烷发泡料的导热系数为0.019W/mK，根据测试资料，当真空绝热材料面积覆盖率达到冰箱发泡层面积的70%时，冰箱相对能耗可以减少24%以上，或者保持耗电量不变，冰箱的容积可以增大15%以上[7]。真空绝热技术在日本冰箱行业得到广泛应用，三菱、日立、松下、东芝、三洋等公司2004年新产品中均采用了真空绝热技术来降低冰箱能耗。
2. 采用变频技术
随着温度的下降,电流下降,压缩机的功率也相应下降,而达到省电的目的首先要简单介绍下什么是变频，在家用电器如空调、冰箱、洗衣机等中，所说的“变频”可以通俗地理解为其压缩机或电机的转速能够根据控制的需要而变化，进而提供不同的制冷量、制热量或洗涤能力。变频技术在日本冰箱行业中应用非常广泛，国内冰箱行业从1999年开始试验变频技术，到现在市场上已有海尔、海信、伊莱克斯、无锡松下等多家企业的变频冰箱上市，与传统转速为3000rpm的压缩机相比，变频压缩机具有软启动、低噪音、高效率、高速制冷能力的优点，其转速范围1800rpm至4300rpm，能源效率值（COP）最高可以达到期1.9以上[8]。采用变频技术的电冰箱可以在短时间内快速制冷达到设定的温度，然后以低速持续运行，产生少量冷量维持冰箱内的温度，避免压缩机频繁开停造成的电能浪费，据测算采用变频技术的冰箱与相同的普通冰箱相比可以节省能耗15%以上。目前，随着科学技术的发展，变频技术在冰箱上的应用又有了新的进步，节能效率比普通冰箱提高60%左右！
变频冰箱的工作过程大致可描述如下：变频冰箱采用专用变频压缩机和驱动器来调节压缩机的转速，使压缩机的转速在2000-4000转之间变化。 需要深冷冻或制冰时，变频压缩机运转速度可达3600转（60Hz），使冰箱内温度迅速降低； 当冰箱内温度较低时，变频压缩机又可实现低速运转，其转速迅速降至2700转（45Hz）,进入超静节能状态； 当冰箱内
的食物温度达到正常设定温度时，该冰箱所用的制冷压缩机的转速则为3000转（50Hz）[9]。电冰箱这样运行后，使得电流处在一个变化中，既满足了制冷的需要，又不至于浪费电能，达到了一举两得的目的。变频技术的缺点在于其本钱高，目前变频压缩机的价格大约为550元至800元，远远高于普通高效无氟压缩机的价格，这也是制约变频技术在中国冰箱行业推广的主要因素。相信随着压缩机和变频控制技术的发展，变频压缩机的价格终极会降到普及的范围[10]。
3．压差保持技术
电冰箱工作时压缩机压缩气态制冷剂到冷凝器内，通过散热成为高压的液态制冷剂，然后由毛细管进入低压的蒸发器内气化蒸发，吸走冰箱内的热量，达到制冷的目的。冰箱压缩机在刚开始的3至5分钟内主要用于建立冷凝器和蒸发器之间的压差，然后才能进进正常的制冷状态，这前面的3至5分钟属于能耗的浪费[11]。压差保持技术是通过在冰箱制冷管路上设置一系列的阀门来控制管路的通断，压缩机开机制冷时阀门导通，当压缩机停机时阀门封闭，将冷凝器中的高压制冷剂切断并保持在冷凝器中，下次压缩机开机时可以快速建立冷凝器和蒸发器间的压差，减少浪费的能耗[12]。该技术的优点是可以减少压缩机开机
时的能耗损失，原理很简单，它减少了压缩机开始工作时的无用功能耗。进而减少了电能消耗。但是，这种技术也有其缺点，缺点是需要在管路上设置多个阀门及相应的压缩机卸压管路，管路的焊接点较多。焊接点相较于其他管路容易出现泄露的可能，但整体上不影响该技术的使用与推广。
电冰箱的节能技术还有很多，但着手点主要是对箱体材料，压缩机效率等进行改进，从而提高能源利用率，降低能耗[13]。以上节能技术的技术可行性高、工艺操作性较好，在国内外的大型冰箱厂家中得到不同程度的应用[14]。随着各国政府对电冰箱能耗水平要求的不断提高，节能技术也会得到持续的推广应用。同时，相变材料蓄能技术、线性压缩机技术等新兴节能技术不断涌现，最终 会提高整个冰箱行业的能源利用水平。
参 考 文 献
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[3] 吴小华,吴业正,曹小林.冰箱室内温度场和流场的仿真及结构优化[J].制冷学报,2014,25(1):36-38.
[4] 王如竹,丁国良,吴静怡,等.制冷原理与技术[M].北京:科学出版社,2013. 470-557.
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[6] 俞炳丰,费继友,等.间冷式冰箱冷冻室内流场的PIV测试和计算模拟[J].制冷学报,2013,24(2):32-36.
[7] Anguel G.Fikiin, Development of super vacuum insu-lating panels(VIP)[J].Newsletter,2002,30,3.
[8] 石日祥,荣联春,石晓波,等.变频冰箱压缩机的研制[J].家电科技, 2012(7): 58-62.
[9] 方泽云,何国庚等,电冰箱的节能与高效压缩机的研究,家用电器科技,2011(3),35-37.
[10] 石日祥,荣联春等,变频冰箱压缩机的研制,家电科技,.加03(7),58-62.
[11] 正荣,赵巍,张华,等.低温冷柜空气的传热与流动特性研究[J].上海理工大学学报, 2013(1): 21-24.

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