楊 浩 蔡訓儒 張 影

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

前言

隨著社會的發(fā)展，環(huán)保的呼聲越來越高，綠色設計技術在冰箱中的應用越來越廣泛[1]。早在2003年，歐盟等發(fā)達國家就陸續(xù)頒布了諸多環(huán)境法規(guī)，從而極大地推動了產品綠色設計的發(fā)展。比如：2005年8月13日實施的WEEE指令《關于廢棄電子電氣設備的指令》，2007年8月11日實施的EUP指令《用能產品的綠色設計框架指令》。國內有關綠色設計方法及其工具的研究和應用起步較晚[2]，全國工業(yè)綠色產品推進聯(lián)盟于2016年推出《綠色設計產品評價技術規(guī)范—家用電冰箱》，該規(guī)范從多個維度詳細闡述了綠色家用電冰箱的符合性要求。2021年3月9日發(fā)布的GB/T 39761.1-2021《綠色產品評價 家用電器 第1部分：電冰箱、空調器和洗衣機》為綠色電冰箱的未來指明了方向，為綠色設計技術在冰箱領域實現(xiàn)規(guī)?；瘧玫於嘶A。

1 綠色設計技術

基于材料的選擇、生產、回收，結合冰箱整機的性能特點，綠色設計技術主要包括節(jié)能技術、降噪技術、輕量化技術、環(huán)境友好技術，現(xiàn)將這四大類技術介紹如下。

1.1 節(jié)能技術

1）變頻技術：變頻對廣大消費者而言已經不是一個陌生的名詞，變頻技術帶來的優(yōu)點不一而足，但其顯著優(yōu)點是節(jié)能，變頻技術幾乎成為所有冰箱企業(yè)打造超級節(jié)能冰箱的必備技術方案之一。正因為如此，各大冰箱品牌均在加碼變頻技術的研發(fā)力度，不斷降低成本，逐步縮小差距。變頻的核心在于驅動算法，焦點在于驅動主控一體化設計，二者融合在一起，便能打造出價格更低，性能更加穩(wěn)定的變頻板，從而為變頻技術的推廣應用奠定基礎。

2）保溫技術：毋庸置疑，真空絕熱板（VIP板）在冰箱中的應用已經成為一種趨勢。這取決于兩個方面：一是VIP板的生產技術越來越成熟，二是VIP板的價格已經降到了絕大多數(shù)冰箱企業(yè)可以接受的程度。借助VIP板優(yōu)異的保溫性能，打造更加節(jié)能的冰箱已經成為行業(yè)內慣用的技術手段。同時，VIP板在線涂膠技術的突破、VIP板在線自動化貼合技術的革新以及異形VIP板的出現(xiàn)，這一切為VIP板在冰箱中實現(xiàn)批量應用提供了強有力的技術支撐。

3）發(fā)泡技術：發(fā)泡是實現(xiàn)冰箱保溫、節(jié)能降耗的最主要的技術途徑，就現(xiàn)行技術而言，冰箱可以不使用VIP板，但不能沒有發(fā)泡。行業(yè)內多是通過混合發(fā)泡、真空發(fā)泡、多點注料等方式提升發(fā)泡料保溫性能，進而達到降低整機能耗的目的。近年來，一些新興的發(fā)泡助劑問世，發(fā)泡助劑可以提高黑白料的混合效果，使得泡孔更加細致緊密，從而獲得更低的泡沫導熱系數(shù)。更為重要的是，發(fā)泡助劑既不改變原有配方體系，也不改變原有儀器設備，正因為如此，該類發(fā)泡助劑需求量不斷增加。

綜合應用變頻技術、保溫技術、發(fā)泡技術可以將整機能耗降低20～40 %，有效應對更高能效標準的要求。

1.2 減振降噪技術

1）壓縮機降噪：壓縮機是冰箱的首要噪音源，壓縮機產生的噪音一方面來源于自身運行中產生的噪音，另一方面來源于因其運行帶動其他部件產生的振動噪聲。為了降低壓縮機的運行噪音，有效的解決方式是在其表面包裹隔音氈，隔音氈切斷了噪音的傳遞路徑，可以顯著降低壓縮機的運行噪聲[3]。同時，可以在壓縮機后蓋板正對壓縮機位置粘貼高品質吸引綿，通過吸收中、高頻率噪音，達到降低壓縮機運行噪音的目的（如圖1）。針對由壓縮機運行產生的振動噪聲，可以在壓縮機和底板之間使用彈簧橡膠組合減震墊，該減震墊振幅較大，能夠以簡諧振動的方式將振動噪聲轉換成熱能而消耗掉，因此具有絕佳的減震效果。

圖1 壓縮機后蓋板減小噪音輻射設計示例

2）風扇降噪：冰箱的第二大噪音源來自風扇，比如用于壓縮機表面散熱的冷凝風扇，用于冷量傳遞的冷凍風扇。根據(jù)風機原理，噪聲大小與風扇轉速成正比關系，轉速越大，噪聲相應的也就越大，同時，轉速也影響著氣流流量的大小，直接關系到冰箱制冷效率[4]。理論分析表明，風機在不同轉速下的噪聲大小呈分段函數(shù)分布。據(jù)此，設計出適用于離心風扇的高效進出風結構，匹配最合適轉速大小，實現(xiàn)降低風扇噪聲的目的。

3）振動噪聲：事實證明，振動的傳遞與相鄰部件的固有頻率有關，固有頻率越接近，振動傳遞率越大，結構發(fā)生共振，振幅明顯增大，噪聲顯著提升[5]。因此，合理設計各組件固有頻率顯得尤為重要。比如：在關鍵部位設計加強筋、溝槽等結構，避開振動頻率，以達到減振隔振、降低噪聲的效果。

4）反射噪聲：聲音在傳播過程中，遇到壁面會發(fā)生反射。如果在密閉的空間內，聲波經多次反射會產生混響，使噪音值顯著增大。通過對壓縮機室后蓋板進行隔聲設計，減弱壓縮機室向外輻射噪音的能力。對于冷凍風扇而言，通過延長冷凍風機導風圈長度，減小渦流噪聲在蒸發(fā)器室上方的混響噪音。

通過實施減震降噪技術，風冷冰箱整機噪聲可以降低到35 dB(A)以下，為超級靜音冰箱的研發(fā)提供了強有力的技術支撐。

1.3 輕量化技術

1）鋼板減?。翰拾迨羌译婎I域用量較大的鋼板之一，彩板基板多是熱鍍鋅鋼板。早期，熱鍍鋅鋼板的厚度多為0.5～0.7 mm。隨著技術革新、工藝進步，通過調整屈服強度、表面軋花等方式，可以進一步降低板材厚度。尤其是軋花工藝的出現(xiàn)，豐富了產品的形狀和外觀，提升了基板的支撐強度，為更薄的彩板出現(xiàn)提供了強有力的技術支持。以冰箱用門殼為例，基板厚度可以做到0.45 mm；冰箱用箱殼基板厚度可以做到0.4 mm。板材厚度減薄，既不犧牲板材性能，又能顯著降低整機重量，同時降低采購成本。

2）以塑代鋼：以塑代鋼是行業(yè)的永恒話題，更是冰箱輕量化的主要技術路徑之一。以塑代鋼得以實現(xiàn)，首先是因為塑膠件性能的大幅提升，足矣和鈑金件相媲美；其次是因為高昂的鋼材價格不利于打造高利潤的產品。目前，以塑代鋼在冰箱領域已司空見慣。比如：針對小單門、兩門、三門等容積較小的冰箱，其壓縮機后蓋普遍采用ABS或HIPS取代熱鍍鋅鋼板，后背板普遍采用PVC合金取代熱鍍鋅鋼板，發(fā)泡支撐架普遍采用PP中空板取代熱鍍鋅鋼板。上述塑料材質的使用，提高了零部件生產效率和組裝效率，在降低整機重量的同時，降低了零部件采購成本。

3）薄壁技術：薄壁注塑、薄壁吸塑引領著家電塑膠零部件成型的方向。薄壁技術解決了絕大多數(shù)生產企業(yè)面臨的實際問題，即對注塑件或吸塑件厚度沒有要求，甚至于越薄越好。薄壁技術并不是單純的將厚度減薄，這其中牽涉到模具的設計、工藝的調整以及零部件裝配質量的要求。不難相信，薄壁技術的推廣應用，一定會實現(xiàn)減重的目的，同時為變革塑膠成型技術加注一劑強心針。

以600 L冰箱為例，采用輕量化技術，整機重量可以降低10～25 %，減重14～35 kg，有效控制和降低能源消耗，提高產品價格競爭力。圖2為抽屜薄壁注塑設計示例。

圖2 抽屜薄壁注塑設計示例

1.4 環(huán)境友好技術

1）免噴涂材料：傳統(tǒng)噴涂技術能豐富塑膠件外觀色彩，提升塑膠件表面質量，但技術本身既容易對環(huán)境造成污染，又容易對人體造成傷害，是一項十分不環(huán)保的表面處理技術。免噴涂技術通過塑料配方優(yōu)化、模具設計、工藝調整等方式，使注塑件達到或接近噴涂的效果，一次成型實現(xiàn)靚麗產品外觀，具有更高的設計自由度。免噴涂技術生產效率高，制品顏色形狀不受限，生產過程無環(huán)境污染，是一項應用前景十分廣闊的新興技術。目前，冰箱用把手飾條普遍由免噴涂技術制作而成。

2）生物基材料：通用工程塑料因其良好的加工性能、優(yōu)異的機械性能被廣泛應用在冰箱零部件上，然而塑料制品面臨著回收難，自然降解更難的問題。正常情況下，ABS、HIPS、PP、PVC等制品，很難通過土壤掩埋的方式實現(xiàn)自然降解。生物基材料的出現(xiàn)看到了塑料降解的希望。生物基材料在塑料基體中添加木質纖維素，不影響塑料本身的加工性能，不犧牲塑料本身的力學性能，使塑料制品更易于與土壤中和，提高了塑料制品自然降解的速度，是當下受眾度較高的環(huán)境友好材料之一[6]。抽屜是冰箱中最常見的功能附件，抽屜主要作用是實現(xiàn)收納，對承重能力要求較高，對物理、化學性能要求不是很苛刻。正因為如此，生物基材料多用于制作冰箱抽屜。

3）透明包裝材料：冰箱用包裝材料多集中在兩大類：一是EPS泡沫，二是紙板（蜂窩紙板或瓦楞紙板）。EPS使用過程中容易造成白色污染，而且很難回收再利用。紙板容易降解且容易回收，但造紙過程污染較為嚴重。氣柱袋的出現(xiàn)較好的克服了EPS和紙板的缺陷，是一種性價比較高的透明緩沖包裝材料。氣柱袋多由PE和PA復合而成，在氣囊內沖入空氣即可實現(xiàn)減震緩沖的目的。氣柱袋生產效率高、生產成本低、可回收反復使用。氣柱袋因其卓越的性能被用作冰箱側條和保護板。

圖3 生物基材料制作的冷凍抽屜

通過環(huán)境友好技術的應用，目前綠色冰箱可再生利用率已從最初的75 %提升至90 %，為實現(xiàn)節(jié)能減排、碳中和的目標做出了突出貢獻。

2 結論

減少環(huán)境污染、降低能源消耗、促進產品和零部件回收再生循環(huán)是綠色設計技術遵循的三大原則。隨著國家法律、法規(guī)的出臺及完善，綠色設計的理念一定會逐漸被社會接受和認可，綠色設計的方法一定會越來越科學、越來越嚴謹，綠色產品的評價一定會越來越規(guī)范[7]。而這一切，一定會促使冰箱企業(yè)研發(fā)綠色設計支持工具，創(chuàng)新應用綠色設計方法，開發(fā)出更加節(jié)能、更加質輕、更加環(huán)保的綠色家電產品，進而全面提升家電制造業(yè)的競爭力及影響力。