直冷两门冰箱应对新欧标冷冻能力提升研究

许 灿 侯雪茹 崔培培

（长虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

自2017年第2017/1369号法规（欧盟）授权欧盟委员会通过授权法案，对具有显著节能潜力的产品组以及相关的其他资源进行标签或重新缩放，经过2年多时间草案法规的磋商讨论[1]。本次冰箱新法规包括：生态设计指令EU/2019/2019（原EC 643/2009）和能效标签指令（EU） 2019/2016（原EU 1060/2010），已经于2019年12月5日正式颁布并正式生效，该法规定于2021年3月1日起强制执行。 冰箱新法规除能效指数的计算完全打破原能效法规（EU）No 1060/2010，产品能效等级由现行法规A+/++/+++重新回归A～G等级划分[2]以外，新法规将冷冻能力、负载回升、能耗（包括辅助耗电量）、容积和噪音纳入市场必抽项进行检验[3]，对冷冻能力的关注度提高非常大。

本文从新欧标标准变化角度，以出口欧洲方向的直冷两门冰箱BCD-250产品为研究载体，通过多种方案优化载体制冷和控制系统，达到新欧标对冷冻能力高性能要求。

1 冷冻能力标准解读

根据新欧盟生态设计指令EU/2019/2019（原EC 643/2009）和能效标签指令（EU） 2019/2016要求，性能测试采用EN 62552-1,2,3:2020，冷冻能力测试标准主要变化点如表1所示。

2 原型机冷冻能力

根据EN 62552-2020测试方法和新欧标指令要求，对载体两门直冷冰箱BCD-250进行摸底测试。载体结构及间室分布为上部间室冷藏室，温度范围2～8 ℃，容积185 L，下部间室为冷冻室，容积75 L，温度范围-16～-24 ℃。各间室均布置蒸发器，冷藏间室为行业内普遍采用的板管式蒸发器，冷冻间室为绕管式蒸发器，两蒸发器均内藏与发泡层内，通过与内胆贴合进行传热实现间室制冷。按新标准要求，其冷冻能力结果如表2。

表1 新旧欧标性能测试标准与现行国标对比

由测试结果可知，其载体冷冻能力主要存在以下问题：

1）冷冻负载目标时间内（≤18 h）降不下来；

2）压仓负载目标时间内（≤18 h）降不下来；

3）冷冻负载放置后，冷冻降温过程中，冷藏最低温度超目标温度（＞-1 ℃）。

3 冷冻能力优化

从原型机摸底测试结果看，载体冰箱抽取三台测试结果按新欧标判定均不合格。

3.1 标准原因分析

从新欧标标准角度分析欧标测试方法和冷冻能力要求分析，老欧标EN 62552-2013规定耗电量测试按25 ℃进行，冰箱匹配配置冷藏冷冻制冷量，根据25 ℃情况下，QC25℃热负荷/QD25℃热负荷=R25℃，其中R25℃为相对恒定的值，如图1采用单循环直冷系统，即可满足最优化的耗电量配置。且标准要求冷冻能力满足4.5 kg/100 L，24 h之内从25 ℃冷冻降至-18 ℃即可，冷冻能力和耗电量处于同一个测试状态，冰箱制冷系统配置容易满足要求，如图1。故老欧标市场为迎合标准要求，目前产品基本采用单循环直冷系统。

表2 载体BCD-250原型机冷冻能力新欧标测试结果

图1 直冷两门冰箱制冷系统冷量配置制冷原理图

新欧标EN 62552-2020规定耗电量测试为16 ℃和32 ℃两个环温，且指令要求冷冻能力需要满足18.5 h之内从25℃冷冻降至-18 ℃，难度加大。从制冷系统冷量配置角度分析，两种环温下QC16℃热负荷/QD16℃热负荷=R16℃，QC32℃热负荷 /QD32℃热负荷 =R32℃，其中 R16℃，R32℃两个值相差较大。以两门直冷冰箱BCD-250为例，R16℃=35 %，R32℃=56 %，耗电量配置即会存在部分间室过冷，能源浪费问题。且冷冻能力采用25 ℃测试，与耗电量测试工况完全不同，同时考虑冷冻能力提升要求，需单独配置冷冻能力性能。针对单循环直冷两门冰箱综合性能方面，导致制冷系统匹配周期加长，匹配难度增大，如图2。

3.2 优化改进措施

针对上述载体BCD-250测试存在的问题，对原型机进行优化改进。

3.2.1 调整冷冻热负载放置位置

如图3，冷冻热负载3 kg全部放载最冷的最下层抽屉内，改为冷冻热负载均布置于第一层，第二层和第三层抽屉内各1 kg。

3.2.2 减小冷藏蒸发器面积

如图4，改进前后冷藏蒸发器。

3.2.3 增加冷藏补偿加热器

如图5在冷藏室后背底部增加补偿加热器，并制定控制规则：在冷冻检测放入热负载后，第一次压压缩机开机启动补偿加热器，此后每次停机阶段启动补偿加热器，直到24 h后补偿加热器退出运行。

按上述方案更改，其测试结果如表3，综合方案测试曲线如图6。根据测试结果表明：

图2 直冷两门冰箱欧标性能配置原理图

图3 载体冷冻负载放置图

图4 改进前后冷藏蒸发器

图5 补偿加热器位置示意图

图6 补偿加热器+均布+蒸发器减小三种方案综合样机测试曲线

1）均布放置相比集中放置，利于冷冻能力，冷冻时间可缩短约1～2 h；均布放置，需要布置更多冷冻压仓负载M包观测，可能需要多次寻找冷冻负载放置有利位置。

2）减小冷藏蒸发器，重新配置冷藏冷冻冷量配比，可明显缩短冷冻时间约5～8 h，在耗电量余量大于10 %以上的产品可考虑，考虑可靠性，产品采用减小冷藏蒸发器，牺牲耗电量匹配冷冻能力。

表3 不同方案冷冻能力提升情况

3）增加冷藏补偿加热器6 W，利用停机阶段加热可有效缩短冷冻时间，相对可靠，且可根据需求调整加热时间。加热器中部最高温度30 ℃，内衬温度小于21 ℃，满足安全设计需求。

4 总结

本文结合冰箱新欧标测试方法和指令要求，对载体BCD-250直冷两门冰箱冷冻能力影响因素和影响点进行分析，针对载体冰箱存在的问题，制定实施改进方案，根据载体情况通过优化载体放包分布，更改制冷系统冷量配置和控制间室热负荷变化热量，实现新欧标对冷冻能力的高标准要求。