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(guó)際IEC 62552第2013草案《家用電冰箱性能和測(cè)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(jì)幾年后會(huì)在全球范圍內(nèi)正式實(shí)施。對(duì)比該標(biāo)準(zhǔn)的新舊兩個(gè)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(chǔ)藏柜類型產(chǎn)品，且對(duì)于冷藏產(chǎn)品的特性點(diǎn)溫度由原5℃更為4℃；二是修訂了耗電量試驗(yàn)測(cè)試方法，新舊標(biāo)準(zhǔn)耗電量在測(cè)試方法上有顯著差異，具體對(duì)比見(jiàn)表1。預(yù)計(jì)新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，對(duì)不同類型產(chǎn)品的能耗測(cè)試結(jié)果會(huì)有顯著差異，能效等級(jí)的判定也會(huì)受到影響，進(jìn)而影響市場(chǎng)銷量。新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，帶有能耗貼的產(chǎn)品均需要按照新標(biāo)準(zhǔn)重新進(jìn)行能耗測(cè)試，這需要消耗大量測(cè)試資源。本文旨在通過(guò)理論計(jì)算，分析新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)耗電量測(cè)試結(jié)果的影響，并且根據(jù)舊標(biāo)準(zhǔn)的能耗測(cè)試結(jié)果快速、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)新標(biāo)準(zhǔn)下的測(cè)試結(jié)果。

表1 IEC 62552第2013版草案對(duì)比舊版IEC 62552：2007標(biāo)準(zhǔn)耗電量測(cè)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(jiǎn)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(duì)該類產(chǎn)品不同環(huán)境溫度及箱內(nèi)溫度下的能耗進(jìn)行了對(duì)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(jī)在不同蒸發(fā)、冷凝溫度下具有相同的等熵效率、機(jī)械效率、容積效率；

由于制冷產(chǎn)品總體箱內(nèi)外溫度波動(dòng)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(jì)算環(huán)境溫度T2，箱內(nèi)溫度Tc,2下的耗電量E2（推定過(guò)程略）：

注：式中溫度為開(kāi)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(shí)測(cè)得日耗電E（25℃|5℃）=0.56kWh/24h。根據(jù)2.1公式計(jì)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(jì)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(cè)試結(jié)果預(yù)計(jì)會(huì)升高12%，對(duì)能耗等級(jí)判定來(lái)說(shuō)是不利的。按照上述思路，對(duì)不同溫區(qū)的產(chǎn)品分別計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2?？梢?jiàn)新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同溫區(qū)的產(chǎn)品影響不一。總體來(lái)說(shuō)，特性溫度越低的產(chǎn)品能耗等級(jí)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(jí)，而冷凍產(chǎn)品可以適當(dāng)降低能效仍能滿足能耗等級(jí)。對(duì)于酒柜、冷藏箱，新標(biāo)準(zhǔn)能耗分別上升17.2%和12.2%，而對(duì)于3星食品冷凍箱，能耗會(huì)降低約3%。同時(shí)由于新標(biāo)準(zhǔn)采用空箱耗電，不必考慮箱內(nèi)溫差對(duì)耗電的不利影響，實(shí)際耗電可能會(huì)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(jiàn)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(duì)多溫區(qū)能耗產(chǎn)品進(jìn)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(jiàn)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?jiàn)冷藏區(qū)比例越大，新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后能耗測(cè)試結(jié)果越高，能耗等級(jí)判定越不利。當(dāng)冷藏區(qū)系數(shù)ξ1為1時(shí)，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(guò)理論計(jì)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(jiǎn)便的進(jìn)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(duì)比

常見(jiàn)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?？梢?jiàn)，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(jí)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(duì)比

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

4 實(shí)測(cè)結(jié)果

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

對(duì)于單溫區(qū)產(chǎn)品，使用2.1式可以計(jì)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(jì)算的理論值和實(shí)測(cè)值的對(duì)比。由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，對(duì)于該類產(chǎn)品，理論預(yù)測(cè)的誤差約在±5%以內(nèi)，具有相當(dāng)?shù)木?，可以相?dāng)程度的減少試驗(yàn)測(cè)試工作。

5 結(jié)論

新國(guó)際IEC 62552第2013版草案《家用電冰箱性能和測(cè)試方法 第3部分：能耗及容積》標(biāo)準(zhǔn)，其耗電量的測(cè)試方法有著明顯改變。新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)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(cè)試耗電量和進(jìn)行能耗等級(jí)計(jì)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(cè)出新標(biāo)準(zhǔn)能耗的理論計(jì)算公式，并依據(jù)該公式分析了新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同類型的產(chǎn)品的影響。

對(duì)于單溫區(qū)產(chǎn)品，表2的結(jié)果表明，新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同產(chǎn)品特性點(diǎn)溫度的影響是不同的：冷凍箱的能耗會(huì)明顯下降，而冷藏箱的能耗會(huì)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(shí)施后，目前市場(chǎng)上的能耗產(chǎn)品布局預(yù)計(jì)會(huì)發(fā)生明顯變化。單冷凍產(chǎn)品節(jié)能型號(hào)比例升高，而單冷藏產(chǎn)品節(jié)能型號(hào)比例下降。對(duì)于生產(chǎn)電冰箱產(chǎn)品的制造商，需要提前做好對(duì)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(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行了某些假定，因此實(shí)際測(cè)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(lái)看，無(wú)論是單冷藏箱還是單冷凍箱，預(yù)測(cè)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(duì)雙溫區(qū)及多溫區(qū)的產(chǎn)品能耗模型進(jìn)行了分析推測(cè)，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(duì)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(duì)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(guò)理論計(jì)算獲得，亦可以通過(guò)實(shí)測(cè)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(gè)常量。由于篇幅有限，本文未列舉多溫區(qū)產(chǎn)品的實(shí)測(cè)及理論與計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，使用該公式對(duì)雙溫區(qū)、多溫區(qū)產(chǎn)品的預(yù)測(cè)精度同樣在±5%以內(nèi)。

表5 新舊標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)值及計(jì)算值對(duì)比

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