随着我国城镇化进程的加快, 家用冰箱日益普及, 其能耗和污染也在不断加大。进入21世纪以来, 各个国家都在研究和开发更加节能和无污染的冰箱, 并取得了不错的成效, 而我国作为家用冰箱制造大国, 也在不断开发优化节能新技术, 将冰箱能耗降到最低。下面我将从家用冰箱运行时主要耗能部位出发, 进一步探讨冰箱节能与环保的方法。
压缩机作为制冷系统的动力来源和电冰箱的主要耗能部件, 其效率的高低对电冰箱的运行能耗起着至关重要的作用, 将高效压缩机应用于冰箱, 不仅能减少能耗, 而且还能降低制冷剂的使用水平, 从而进一步减少环境污染。目前使用较为普遍的是往复式压缩机, 其制冷量大, 但能源消耗也相对较大, 并且有一定噪声, 因此研制与开发新一代高效压缩机显得尤为重要。 (1) 滚动转子式压缩机。滚动转子式压缩机是回转式压缩机的一种形式, 其原理是利用一个偏心圆筒形转子在汽缸内的转动来改变气缸的工作容积, 从而实现气体的吸气、压缩和排气。采用滚动转子式压缩机不仅体积小、质量轻、运转平稳, 而且还能降低冰箱运行时的能耗, 近几年来在家用冰箱中的应用越来越广泛, 用电量比同类冰箱少10%, 而效率提高10%以上。 (2) 涡旋式压缩机。涡旋式压缩机是有两个动、静涡盘相互咬合而成。压缩机工作时, 静盘固定, 动螺旋盘呈偏心回旋平动, 从而实现压缩气体的目的。具有噪音低、能耗小、效率高、制冷量大、运行可靠等优点, 被称为全新一代压缩机。它与相同容量的往复式压缩机相比, 体积小40%, 重量轻15%, 零件数少85%, 效率高10%, 噪声低5dB (A) [1]。近年来, 由于涡旋式压缩机在很多方面都显示出优越性能, 许多厂商纷纷研制适用于冷冻冷藏用的涡旋式压缩机, 开始将低温涡旋式压缩机应用于家用冰箱。
(1) 半导体式冰箱。半导体制冷又称为热电制冷, 主要利用了半导体温差电现象, 即在一闭合线路中, 对两种不同金属通一直流电, 产生一个接点热, 一个接点冷的现象。它与一般制冷装置的主要区别在于不使用制冷剂、无机械运转部件、体积小。由该原理制成的电冰箱体积小、无噪声、无污染, 稳定性高。但是半导体制冷效率较低, 制冷量小, 为了获取较大冷量, 可将数对热电偶串联, 使冷热端分别排在一起, 组成单级热电堆, 还可运用串并联的方法组建出多级热电堆, 可以得到更低的冷端温度和更大温差。半导体制冷技术在节能环保上具有很大优越性, 因此, 半导体制冷技术发展越来越快, 半导体冰箱的优势也越来越突出, 相信在不久的将来, 半导体制冷技术在家用冰箱上的应用会更加广泛。 (2) 吸收—扩散式冰箱。吸收—扩散式冰箱是新发展起来的绿色环保冰箱, 主要通过虹吸效应来替代泵使溶液循环, 在蒸发器中利用氢气使制冷剂 (氨气) 压力的突然降低来实现沸腾, 从而达到制冷的目的。吸收—扩散式冰箱由于不使用氟利昂做制冷剂, 因此大大减少了环境污染, 并且整个系统中无压缩机和相应的运转部件, 因此噪声小, 磨损少, 使用寿命长, 它还可以运用多种能源驱动, 如太阳能, 电能, 化学能以及各种机械余热。经过不断创新与探索, 目前吸收—扩散式冰箱装有的模糊控制系统将原来的电耗减少了30%—40%, 并增加了自动除霜功能, 成为了新一代绿色产品。 (3) 磁制冷式冰箱。磁制冷是利用顺磁物质的磁热效应的制冷方式, 磁制冷技术在极低温领域发挥了很大的作用, 现在低温磁制冷技术已相对成熟。然而, 随着近几年的发展, 磁制冷技术依靠其节能环保的优势, 在室温领域发挥着更大的作用, 目前包括我国在内的许多国家都在研究磁制冷技术, 并将其运用到家用冰箱中。利用磁制冷原理制作的冰箱不仅不会污染环境, 而且制冷效率要比用氟利昂制冷高40%, 并且成本比压缩式制冷低25%。因此磁制冷技术将会有很大的发展前途。 (4) 热声制冷式冰箱。热声制冷主要利用热声效应, 即通过声能来产生热流, 声压会使热量传输, 进而使气体绝热压缩和膨胀, 受膨胀的气团温度降低吸收热量, 进而产生制冷效应。该制冷方式无污染、运行稳定、噪声小, 具有很大的发展潜力。将结构简单的热声制冷系统应用于电冰箱, 并以电冰箱压缩机的噪声作为热声制冷的动力来源, 会进一步增加电冰箱的制冷效率, 并且会大大降低噪声, 符合节能环保的发展理念。
变频技术:
变频技术主要应用于电冰箱的压缩机中, 通过改变交流电频率来控制电动机转速进而调节压缩机运行工况, 当冰箱内温度升高时, 压缩机转速加快, 达到迅速降温的目的, 当冰箱内温度升高时, 压缩机以较低速度运转, 使蒸发温度升高, 耗电量降低。因此变频冰箱不仅能降低能耗、提高冰箱制冷效率, 还可以降低压缩机的噪音, 减少压缩机的磨损。据了解, 采用变频技术后其冷冻能力比普通冰箱提高20%, 其日耗电量有明显降低, 节能效率则比普通冰箱提高60%左右[2]。
电冰箱达到稳定工况时, 其主要的热负荷来自于箱体的漏热、开门时的漏热、冰箱内食物的散热量以及照明灯、风扇等部件散热。大部分热量是从电冰箱箱体外层进入电冰箱的, 其漏热量约占电冰箱热负荷的四分之三。因此减小箱体的漏热, 可在很大程度上降低电冰箱的热负荷, 从而进一步降低电冰箱的耗电量, 达到节能的目的。由此看来, 寻找更加保温, 隔热效果更好的材料就显得尤为重要。
现在家用冰箱隔热材料大都为聚氨酯保温板。该材料优点是重量轻、导热系数低、防水性好, 具有良好的绝热性和耐热性。在实际应用中聚氨酯导热系数在0.03～0.037W/m·k范围内, 已基本达到极限值, 要使其进一步降低十分困难。随着纳米技术的发展, 人们发现了SiO2气凝胶具有超强的保温性能, 与一般多孔材料结构不同, 其纤细的纳米网状结构在很大程度上阻止了气态和固态热传导, 使得自身的热导率极低。常温下热导率可低至0.013W/ (m·K) , 比表面积高达1000m2/g, 孔隙率高达99%[3]。具有隔热抗噪、防水阻燃、绿色环保、使用寿命长的特点。二氧化硅气凝胶强度低、造价高, 但是若能将其做成复合材料并充分利用, 它很可能会成作为为新一代保温隔热材料应用于家用冰箱中。
真空绝热板 (VIP) 由芯材, 表面隔膜和吸气剂构成, 是目前世界上最为先进的超绝热保温材料。电冰箱采用真空绝热板隔热可以节能20%以上, 并且可增加30%的有效容积。由于它具有极低的导热系数, 所以在电冰箱所要求的保温条件相同时, 真空绝热板具有更薄的保温层、更小的体积和更轻的重量, 非常适应节能要求较高以及对保温材料要求更为精简的场合。国外在真空绝热板上的研究起步早、发展快, 在电冰箱中已经有了较为成熟的应用。近几年, 国内开始制造并研发真空绝热冰箱隔热层, 但由于其较高的成本和技术难度, 还未得到普遍应用, 因此我们还需要在借鉴和总结国外研究的基础上, 不断创新, 相信真空绝热冰箱广泛应用指日可待。
本文主要从高效压缩机的选择、制冷方式的改进、运行状态的控制以及新型保温隔热材料的应用等几个方面探讨了家用冰箱节能与环保的可行性措施, 为今后研究和开发新型家用冰箱提供了方向。目前, 家用冰箱的节能改进已经取得了一定成果, 但也存在一定问题, 随着人们节约与环保理念的提高, 未来新型冰箱还需将节能、环保、实用三者相统一。相信在不久的将来, 节能环保型冰箱会得到广泛应用。
摘要：随着科学技术的进步和国民经济的高速发展, 电冰箱逐渐成为我国居民生活的必需品, 近年来, 由于电冰箱的不断普及和使用, 其用电量在居民家庭生活中占据了很大比重。随着国民生活进入低碳时代, 冰箱节能与环保越来越引起人们的重视。本文对家用冰箱的节能现状作了简要分析, 并从各个角度探讨了节能环保的有效措施。
关键词：冰箱,系统,节能
[1] 李文华, 谷波.滚动转子式、涡旋式压缩机在制冷空调领域的应用现状及展望[J].流体机械, 1999 (12) :52-54.
[2] 刘益才, 曹立宏, 杨智辉, 等.目前冰箱节能技术分析[J].家电科技, 2006 (05) :42-44.
[3] 罗嘉联, 林思程, 钟奇君.超级绝热材料气凝胶在冰箱中的应用探究[J].江西建材, 2014 (09) :2+5.
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