劉越 丁劍波 于彩靈 卞偉 彭洪祥 王哲

（青島海爾特種電冰柜有限公司 山東青島 266103）

1 引言

新國際IEC 62552第2013草案《家用電冰箱性能和測試方法 第3部分：能耗及容積》標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成修訂,預(yù)計幾年后會在全球范圍內(nèi)正式實施。對比該標(biāo)準(zhǔn)的新舊兩個版本，兩者主要差異有以下三方面：一是產(chǎn)品的定義，增加了葡萄酒儲藏柜類型產(chǎn)品，且對于冷藏產(chǎn)品的特性點溫度由原5℃更為4℃；二是修訂了耗電量試驗測試方法，新舊標(biāo)準(zhǔn)耗電量在測試方法上有顯著差異，具體對比見表1。預(yù)計新標(biāo)準(zhǔn)實施后，對不同類型產(chǎn)品的能耗測試結(jié)果會有顯著差異，能效等級的判定也會受到影響，進而影響市場銷量。新標(biāo)準(zhǔn)實施后，帶有能耗貼的產(chǎn)品均需要按照新標(biāo)準(zhǔn)重新進行能耗測試，這需要消耗大量測試資源。本文旨在通過理論計算，分析新標(biāo)準(zhǔn)對耗電量測試結(jié)果的影響，并且根據(jù)舊標(biāo)準(zhǔn)的能耗測試結(jié)果快速、準(zhǔn)確預(yù)測新標(biāo)準(zhǔn)下的測試結(jié)果。

表1 IEC 62552第2013版草案對比舊版IEC 62552：2007標(biāo)準(zhǔn)耗電量測試方法

2 單溫區(qū)產(chǎn)品能耗估算模型

單溫區(qū)、單系統(tǒng)產(chǎn)品采用最簡單的制冷系統(tǒng)，如多數(shù)臥式冷柜，立式單門冷藏箱、單門冷凍箱均屬于此類產(chǎn)品。基于以下假設(shè)，我們對該類產(chǎn)品不同環(huán)境溫度及箱內(nèi)溫度下的能耗進行了對比估算：

假定一：箱體漏熱量Q與箱體內(nèi)外溫差成正比；

假定二：制冷壓縮機在不同蒸發(fā)、冷凝溫度下具有相同的等熵效率、機械效率、容積效率；

由于制冷產(chǎn)品總體箱內(nèi)外溫度波動不大，因此上述兩條假設(shè)在一定范圍內(nèi)誤差不大。

現(xiàn)有環(huán)境溫度T1，箱內(nèi)溫度Tc,1，耗電量為E1。根據(jù)公式2.1可以計算環(huán)境溫度T2，箱內(nèi)溫度Tc,2下的耗電量E2（推定過程略）：

注：式中溫度為開氏溫度。

例如：假定某冷藏箱，按照舊IEC 62552：2007標(biāo)準(zhǔn)要求，在環(huán)境溫度25℃，箱內(nèi)溫度5℃時測得日耗電E（25℃|5℃）=0.56kWh/24h。根據(jù)2.1公式計算可得環(huán)境溫度32℃，箱內(nèi)溫度4℃耗電E（32℃|4℃）及環(huán)境溫度16℃，箱內(nèi)溫度4℃耗電量E（16℃|4℃）分別為：

假定取32&16℃環(huán)溫耗電天數(shù)N=173，M=192，則新標(biāo)準(zhǔn)下預(yù)計該產(chǎn)品的年耗電為：

因此，該產(chǎn)品若按照IEC 62552第2013版草案，能耗測試結(jié)果預(yù)計會升高12%，對能耗等級判定來說是不利的。按照上述思路，對不同溫區(qū)的產(chǎn)品分別計算，結(jié)果見表2?？梢娦聵?biāo)準(zhǔn)對不同溫區(qū)的產(chǎn)品影響不一?？傮w來說，特性溫度越低的產(chǎn)品能耗等級判定越有利：冷藏產(chǎn)品需大力提高能效才能達(dá)到原舊標(biāo)準(zhǔn)下的能耗等級，而冷凍產(chǎn)品可以適當(dāng)降低能效仍能滿足能耗等級。對于酒柜、冷藏箱，新標(biāo)準(zhǔn)能耗分別上升17.2%和12.2%，而對于3星食品冷凍箱，能耗會降低約3%。同時由于新標(biāo)準(zhǔn)采用空箱耗電，不必考慮箱內(nèi)溫差對耗電的不利影響，實際耗電可能會更低。

3 雙溫區(qū)、多溫區(qū)制冷產(chǎn)品能耗估算模型

雙溫區(qū)、多溫區(qū)產(chǎn)品常見于兩門、多門冰箱產(chǎn)品中。參照單溫區(qū)產(chǎn)品能耗估算方法，并且引入溫區(qū)能耗因子ξ（0<ξ<1），且ξ僅與箱體結(jié)構(gòu)有關(guān)，可以對多溫區(qū)能耗產(chǎn)品進行估算。

假定某兩溫區(qū)產(chǎn)品在環(huán)境溫度T1，溫區(qū)溫度分別Ta,1，Tb,1耗電量為E1；環(huán)境溫度T2，溫區(qū)溫度Ta,2，Tb,2耗電量為E2，E2與E1的關(guān)系可以表示為：

最常見的兩溫區(qū)產(chǎn)品是冷藏-冷凍箱，特性溫度分別為Ta=5℃，Tb=-18℃，冷藏區(qū)能耗系數(shù)ξ1。根據(jù)3.1式，表3列出了不同冷藏區(qū)能耗因子的產(chǎn)品新舊標(biāo)準(zhǔn)耗電量差異?？梢娎洳貐^(qū)比例越大，新標(biāo)準(zhǔn)實施后能耗測試結(jié)果越高，能耗等級判定越不利。當(dāng)冷藏區(qū)系數(shù)ξ1為1時，冷藏冷凍箱轉(zhuǎn)化為冷藏箱，新標(biāo)準(zhǔn)能耗升高約12.2%，與之前的單溫區(qū)估算結(jié)果一致。同樣，若冷藏區(qū)能耗系數(shù)ξ2為1，則冷藏冷凍箱轉(zhuǎn)化為冷凍箱，能耗降低約3%，亦與之前的單溫區(qū)產(chǎn)品估算結(jié)果一致。

溫區(qū)能耗因子ξ的值既可以由箱體結(jié)構(gòu)通過理論計算求得，也可以根據(jù)兩組或多組能耗數(shù)據(jù)反推。而一旦獲得一種多溫區(qū)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的ξ值，則該類產(chǎn)品的能耗便可簡便的進行估算。

類似，多溫區(qū)能耗估算公式如下：

表2 各類產(chǎn)品新舊IEC 62552標(biāo)準(zhǔn)能耗對比

常見三溫區(qū)產(chǎn)品是冷藏-軟冷凍-冷凍三門冰箱，三溫區(qū)產(chǎn)品的特性溫度分別是Ta=5℃，Tb=-6℃，Tc=-18℃。冷藏區(qū)能耗系數(shù)ξ1，軟冷凍區(qū)能耗系數(shù)ξ2，冷凍區(qū)能耗系數(shù)ξ3。根據(jù)3.4式，表4列舉了不同溫區(qū)能耗因子的產(chǎn)品新舊標(biāo)準(zhǔn)耗電量差異。可見，若ξ1=1，三溫區(qū)產(chǎn)品轉(zhuǎn)換為單冷藏產(chǎn)品，新標(biāo)準(zhǔn)能耗升高12.2%，若ξ2=1，則轉(zhuǎn)變?yōu)閱?星級產(chǎn)品，新標(biāo)準(zhǔn)能耗降低2.3%，若ξ3=1（ξ1=0，ξ2=0），三溫區(qū)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為單冷凍產(chǎn)品，能耗降低約3%。

表3 冷藏冷凍箱新舊IEC 62552標(biāo)準(zhǔn)能耗對比

表4 三溫區(qū)冰箱新舊IEC 62552標(biāo)準(zhǔn)能耗對比

4 實測結(jié)果

新IEC 62552第2013版草案對耗電量測試要求分別在32℃和16℃下進行，假定按照32℃累計173天和16℃192天計算年耗電；而舊標(biāo)準(zhǔn)僅在25℃下進行測試，累計365天計算年耗電。同一款產(chǎn)品按照新舊標(biāo)準(zhǔn)測試測得的年耗電有差異，能效指數(shù)η相應(yīng)會不同，最終的能耗等級也會受到影響。

對于單溫區(qū)產(chǎn)品，使用2.1式可以計算出新舊標(biāo)準(zhǔn)的能耗比值，而3.1式和3.4式則分別適用于雙溫區(qū)和多溫區(qū)產(chǎn)品。表5列舉了幾款單溫區(qū)產(chǎn)品按照2.1式計算的理論值和實測值的對比。由表中數(shù)據(jù)可見，對于該類產(chǎn)品，理論預(yù)測的誤差約在±5%以內(nèi)，具有相當(dāng)?shù)木龋梢韵喈?dāng)程度的減少試驗測試工作。

5 結(jié)論

新國際IEC 62552第2013版草案《家用電冰箱性能和測試方法 第3部分：能耗及容積》標(biāo)準(zhǔn)，其耗電量的測試方法有著明顯改變。新標(biāo)準(zhǔn)實施以后，帶有能耗貼的產(chǎn)品均需要依據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)重新測試耗電量和進行能耗等級計算判定，這需要消耗大量的資源。本文根據(jù)熱力學(xué)的基本原理，根據(jù)舊標(biāo)準(zhǔn)能耗，準(zhǔn)確、快速推導(dǎo)并預(yù)測出新標(biāo)準(zhǔn)能耗的理論計算公式，并依據(jù)該公式分析了新標(biāo)準(zhǔn)對不同類型的產(chǎn)品的影響。

對于單溫區(qū)產(chǎn)品，表2的結(jié)果表明，新標(biāo)準(zhǔn)對不同產(chǎn)品特性點溫度的影響是不同的：冷凍箱的能耗會明顯下降，而冷藏箱的能耗會明顯上升，這表明新標(biāo)準(zhǔn)在某種程度上并不是很完善。新標(biāo)準(zhǔn)實施后，目前市場上的能耗產(chǎn)品布局預(yù)計會發(fā)生明顯變化。單冷凍產(chǎn)品節(jié)能型號比例升高，而單冷藏產(chǎn)品節(jié)能型號比例下降。對于生產(chǎn)電冰箱產(chǎn)品的制造商，需要提前做好對策。

由于本文的結(jié)果是建立在熱力學(xué)理論分析的基礎(chǔ)上，且對產(chǎn)品模型進行了某些假定，因此實際測試結(jié)果與理論結(jié)果可能存在某些差異。但從單溫區(qū)產(chǎn)品來看，無論是單冷藏箱還是單冷凍箱，預(yù)測的偏差均在±5%以內(nèi)。因此，本文的推導(dǎo)以及假定都是較合理的，所推定的數(shù)據(jù)也是可信的。

本文亦對雙溫區(qū)及多溫區(qū)的產(chǎn)品能耗模型進行了分析推測，且創(chuàng)新性地引入了溫區(qū)能耗因子ξ。引入該因子后，可以方便的分析新標(biāo)準(zhǔn)對雙溫區(qū)、多溫區(qū)產(chǎn)品的能耗影響。表3和表4列舉了不同溫區(qū)能耗因子的產(chǎn)品新舊標(biāo)準(zhǔn)對其能耗的差異。若已知溫區(qū)能耗因子，從表中可以方便的查出新舊標(biāo)準(zhǔn)的差異。關(guān)于溫區(qū)能耗因子，可以通過理論計算獲得，亦可以通過實測的多組能耗數(shù)據(jù)反推。溫區(qū)能耗因子僅與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有關(guān)，與系統(tǒng)、環(huán)境溫度等因素?zé)o關(guān)，是一個常量。由于篇幅有限，本文未列舉多溫區(qū)產(chǎn)品的實測及理論與計算數(shù)據(jù)對比。實際測試結(jié)果表明，使用該公式對雙溫區(qū)、多溫區(qū)產(chǎn)品的預(yù)測精度同樣在±5%以內(nèi)。

表5 新舊標(biāo)準(zhǔn)實測值及計算值對比

[1] [美]Stanley I.Sandler. Chemical and Engineering Thermodynamics 3rded. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002. 2-4

[2] 姚玉英，黃鳳廉，陳常貴，柴誠敬. 化工原理（上）. 天津：天津大學(xué)出版社，2001.241-250

[3] [美]Ramesh K. Shah，Dusan P. Sekulic。Fundamentals of Heat Exchanger Design. 程林譯。北京：機械工業(yè)出版社，2010.833-838

[4] [美]J.P.Holman. Heat Transfer. 北京：機械工業(yè)出版社，2011. 84-93

[5] 張乃文，于志家. 化工熱力學(xué). 大連：大連理工大學(xué)出版社，2007. 101～111

[6] [美]William C. Whitman, William M. Johnson, John A. Tomczyk. Refrigeration& Air conditioning Technology. 壽明道譯. 北京：電子工業(yè)出版社，2008. 161-170