張愛云 李建周 戴紅

（1,2, 3,合肥美菱股份有限公司 安徽合肥 230601）

1 引言

國家制定強制型標(biāo)準(zhǔn)GB 12021.2《家用電冰箱耗電量限定值及能源效率等級》來約束冰箱（柜）產(chǎn)品的耗能，并通過持續(xù)化的標(biāo)準(zhǔn)升級來推動冰箱（柜）產(chǎn)品的節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)升級，而冰箱（柜）耗電量測試方法是實施能效標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)識制度的基礎(chǔ)。制造工廠和檢測機構(gòu)只有準(zhǔn)確的測得電冰箱（柜）耗電量值，才能準(zhǔn)確確定電冰箱（柜）的能效等級。

為了準(zhǔn)確反映不同冰箱（柜）產(chǎn)品的能效差異、適應(yīng)不斷出現(xiàn)的新技術(shù)和新功能，近年來各國對冰箱（柜）測試方法進(jìn)行了多次修正，日標(biāo)中采用帶開關(guān)門和存取負(fù)載的測試方法對無霜冰箱（柜）進(jìn)行測試，美標(biāo)中規(guī)定進(jìn)行可變化霜控制系統(tǒng)選擇性測試時要進(jìn)行開關(guān)門操作，澳大利亞-新西蘭標(biāo)準(zhǔn)中采用開關(guān)門的測試方法對“作弊裝置”進(jìn)行檢測。而我國現(xiàn)行冰箱（柜）測試國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8059.1～4仍為10多年前發(fā)布,且隨著智能高端冰箱（柜）的普及以及新技術(shù)在冰箱（柜）行業(yè)的運用，該標(biāo)準(zhǔn)逐漸顯現(xiàn)不適。本文在對現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上認(rèn)為，冰箱（柜）測試標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的恒溫閉門的測試方法測得的耗電量與冰箱（柜）的實際能耗存在較大偏差，無法準(zhǔn)確測試變頻技術(shù)、智能控制、化霜傳感器等新 技術(shù)的節(jié)能效果，因而需要進(jìn)行改進(jìn)。

2 現(xiàn)狀

目前國際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的冰箱（柜）的測試方法各具特點。日標(biāo)中對帶有自動制冰機的無霜冰箱（柜）耗電量測試方法進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定，美標(biāo)中對帶自適應(yīng)化霜系統(tǒng)的冰箱（柜）和多系統(tǒng)冰箱（柜）的測試方進(jìn)行了詳細(xì)介紹，澳標(biāo)中對耗電量測試過程中各種冰箱（柜）特征和功能的調(diào)節(jié)做了嚴(yán)格規(guī)定，同時重點介紹了多系統(tǒng)冰箱（柜）的耗電量測試方法，IEC標(biāo)準(zhǔn)和我國國標(biāo)大體上保持一致，對冰箱（柜）按使用溫區(qū)進(jìn)行了分類，采用了帶負(fù)載的測試方式?？傮w上，各種測試方法都遵循了一些基本原則。下面將從測試標(biāo)準(zhǔn)中涵蓋的冰箱（柜）新技術(shù)和新特征、測試環(huán)境和流程、耗電量測試指標(biāo)三方面對各中測試方法進(jìn)行比較與分析。

2.1 冰箱（柜）新技術(shù)和新特征

表1中所列為各國標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的在測試前需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的冰箱（柜）新特征、新功能和需要進(jìn)行測試的新型冰箱（柜）系統(tǒng)。澳標(biāo)涵蓋的范圍最全，現(xiàn)行國標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)對這些新特征和新功能幾乎沒有描述。不同標(biāo)準(zhǔn)對這些新特征、新功能的規(guī)定不一樣，以變溫室為例，日標(biāo)中規(guī)定帶變溫室的冰箱（柜）應(yīng)在變溫室處于不同狀態(tài)下分別進(jìn)行測試，冰箱（柜）耗電量取兩種情況下測得的耗電量的平均值，而澳大利亞-新西蘭標(biāo)準(zhǔn)中則要求測試時變溫室（多用途室）溫度應(yīng)調(diào)至最低；在日標(biāo)中對自動制冰機的測試流程進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，而澳標(biāo)中規(guī)定在進(jìn)行測試時，自動制冰機應(yīng)不啟動。

這些新特征、新功能的不同狀態(tài)對冰箱（柜）耗電量有不同的影響。若測試標(biāo)準(zhǔn)中沒有對其進(jìn)行詳細(xì)說明，則會導(dǎo)致測試所得的耗電量測試結(jié)果不具有可比性，也不能反映出冰箱（柜）的真實能效水平。新的冰箱（柜）系統(tǒng)具有新的特征，按常規(guī)的測試方法將導(dǎo)致不能正常進(jìn)行測試，如多化霜控制系統(tǒng)冰箱（柜），冰箱（柜）具有多個化霜控制周期（運行周期）,采用普通冰箱（柜）測試方法將無法決定測試周期，導(dǎo)致測試不能順利進(jìn)行。因此，澳標(biāo)中規(guī)定采用主要化霜系統(tǒng)的化霜控制周期，美標(biāo)中規(guī)定應(yīng)對兩套系統(tǒng)分別進(jìn)行測試。此外，由于單片機編程控制在冰箱（柜）中應(yīng)用越來越多，可能會在測試過程中進(jìn)行不正當(dāng)控制，在澳標(biāo)中進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。從表中可以看出，IEC標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)行國標(biāo)對這些冰箱（柜）新技術(shù)、新特征和新系統(tǒng)沒有進(jìn)行描述和規(guī)定，因此亟待進(jìn)行修訂補充。

2.2 測試環(huán)境和流程

表1 冰箱（柜）新技術(shù)、新功能和新系統(tǒng)表冰箱（柜）模型和新技術(shù) JIS ANSI/AHAM-HRF-1 AN/NZS IEC GB變溫室 √ - √ - -自動制冰機 √+ √- √ - -自適應(yīng)化霜裝置 √ √+ √ √- -多壓縮機制冷冰箱（柜） - √ √+ - -多化霜控制系統(tǒng)冰箱（柜） - - √+ - -可調(diào)風(fēng)管、風(fēng)口 - - √ - -“作弊裝置” - - √+ - -酒柜 - √- √- - -注：表中“√+”表示詳細(xì)規(guī)定； “√”表示一般規(guī)定；“√-”表示有定義，但是耗電量測試中沒有特別規(guī)定；“-”表示沒描述。

表2 各國測試環(huán)境溫度和室內(nèi)特征溫度（℃）間室名稱 JIS ANSI/AHAM-HRF-1 AN/NZS IEC GB“三星級”室 -18 - - -18 -18冷凍室 - -17.8 -15 - -特殊冷凍室 - - 聲明的最高運行溫度 - -冷藏冷凍箱冷凍室 - -15 - - -“二星級”室 -12 - - -12 -12常規(guī)冷藏箱冷凍室 - -9.4 - - -短期冷凍食品儲藏室 - - -9 - -冰溫室 3 - 0 3 -特殊冷藏室 - - 聲明的溫度范圍中點 - -冷藏室 4 3.3 3 5 5冷卻室 12 - 12 12 12酒柜 - 12.8 14或16 - -注：表中“-”在該標(biāo)準(zhǔn)中沒有對對應(yīng)間室進(jìn)行定義。

表3 冰箱（柜）新技術(shù)、新功能和新系統(tǒng)表國標(biāo) JIS ANSI/AHAM-HRF-1 AN/NZS IEC GB溫度（℃） 15±1 30±1 32.2±0.6 32 25 32 25 32相對濕度 70%±5% 55%±5% - - ≤75% 45%～75%注：美標(biāo)中對可變化霜冰箱（柜）進(jìn)行測試時，要求測試環(huán)境干球溫度為26.7±1.1℃，濕球溫度為19.4℃；表中“-”表示沒有要求。

表4 冰箱（柜）測試流程測試環(huán)境 實際 JIS ANSI/AHAM-HRF-1 AN/NZS IEC GB變溫濕環(huán)境 √ - - - - - - -存取負(fù)載 √ - √ - - - - -開關(guān)門 √ - √ - √ - - -注：表中“√”表示符合，“-”表示不符合。盡管IEC標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)中規(guī)定在耗電量測試時，冰箱（柜）冰溫室、冷凍室應(yīng)裝入負(fù)載，但是在測試過程中并沒有取出負(fù)載。因此不符合日常生活中的安放負(fù)載情況。

冰箱（柜）耗電量隨使用環(huán)境的溫濕度、箱內(nèi)間室設(shè)定溫度、用戶使用習(xí)慣（開關(guān)門、放入食物）的不同而不同。冰箱（柜）內(nèi)間室設(shè)定溫度由各種食品的儲藏溫度決定。使用環(huán)境溫濕度主要由冰箱（柜）工作地點的氣候類型、房屋結(jié)構(gòu)等決定。用戶使用習(xí)慣因人而異，但是具有一定規(guī)律。為了使冰箱（柜）耗電量測試結(jié)果能如實的反映冰箱（柜）在實際運行中的耗電量大小，同時對不同型號、不同類型冰箱（柜）的耗電量進(jìn)行統(tǒng)一評價，測試方法應(yīng)采用典型的冰箱（柜）工作環(huán)境、箱內(nèi)間室設(shè)定溫度和用戶使用習(xí)慣，見表2、表3。

從表2中可以看出，雖然實際使用環(huán)境溫度和濕度是處于不斷變化的狀態(tài)，但是為了降低測試成本和提高測試結(jié)果的可重復(fù)性，各國標(biāo)準(zhǔn)均采用了穩(wěn)定測試環(huán)境溫度。日標(biāo)中對無霜冰箱（柜）的測試流程加入了模擬負(fù)載和開關(guān)門，最接近冰箱（柜）的實際使用情況。

2.3 耗電量測試指標(biāo)

冰箱（柜）耗電量指標(biāo)應(yīng)能反映冰箱（柜）在實際使用中的耗電量大小，同時能正確反映不同冰箱（柜）在實際使用中的能效差異。除了日標(biāo)中采用了環(huán)境溫度為15℃和30℃測定的耗電量值進(jìn)行加權(quán)得到全年耗電量表示冰箱（柜）耗電量外，其余標(biāo)準(zhǔn)中均采用24小時冰箱（柜）耗電量來表示。

顯然，冰箱（柜）的耗電量和能效水平將隨著使用環(huán)境溫度的變化而變化。當(dāng)采用單一的環(huán)境溫度下測得的耗電量值來表示冰箱（柜）全年的平均耗電量時，測試環(huán)境溫度主要受兩個因數(shù)影響：一是冰箱（柜）使用地點的典型工作環(huán)境溫度；另一個是用于補償用戶開關(guān)門和放入食品帶來的影響（如美標(biāo)中規(guī)定的測試環(huán)境溫度要比冰箱（柜）典型工作環(huán)境溫度高10.1℃）?？梢酝ㄟ^大量的統(tǒng)計和試驗工作，確定冰箱（柜）年平均耗電量與測試環(huán)境溫度的關(guān)系，對測試環(huán)境溫度進(jìn)行修正，使測試得到的耗電量更準(zhǔn)確的反映冰箱（柜）的實際能耗。

冰箱（柜）使用環(huán)境溫度不同會導(dǎo)致冰箱（柜）的能效水平發(fā)生變化，而且不同冰箱（柜）能效水平的變化大小也不相同。這就導(dǎo)致在高環(huán)境溫度下測得的冰箱（柜）能效水平與冰箱（柜）在低環(huán)境溫度下測得的能效水平發(fā)生差異。如：變頻冰箱（柜）在低溫工況下可以低速持續(xù)運行，避免壓縮機頻繁啟停，具有顯著的節(jié)能效果，而在高溫工況下其節(jié)能優(yōu)勢將不再這么明顯。

從以上分析可知，采用雙測試環(huán)境溫度或多環(huán)境溫度測試，并通過加權(quán)得到的冰箱（柜）耗電量更能準(zhǔn)確的反映冰箱（柜）的實際能耗和能效水平。冰箱（柜）實際使用時的變環(huán)境溫度、開關(guān)門和放入食品等運行工況會造成冰箱（柜）負(fù)荷波動加大，在這種情況下，各種冰箱（柜）的耗電量和能效水平與測試所得的冰箱（柜）耗電量和能效水平也會存在差異，需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。

3 國標(biāo)改進(jìn)方法和方向

3.1 冰箱（柜）與使用（測試）環(huán)境分類

各國標(biāo)準(zhǔn)中所涉及的測試方法都對冰箱（柜）進(jìn)行了分類，并針對不同類型的冰箱（柜）規(guī)定了不同的測試環(huán)境、測試流程和測試周期。日標(biāo)中根據(jù)冰箱（柜）的制冷系統(tǒng)和化霜系統(tǒng)的不同，將冰箱（柜）分為自動化霜冰箱（柜）、非自動化霜冰箱（柜）和無霜冰箱（柜）三種，對于前兩種采用常規(guī)恒溫閉門的測試方法，而對無霜冰箱（柜）則采用了帶開關(guān)門操作和存取負(fù)載的測試方法。美標(biāo)中按照冰箱（柜）化霜裝置的不同將冰箱（柜）分為非自動化霜冰箱（柜）、自動化霜冰箱（柜）、長間隔化霜冰箱（柜）與可變化霜冰箱（柜）四種，對不同類型冰箱（柜）的測試周期分別進(jìn)行了規(guī)定，對可變化霜冰箱（柜）采用了帶開關(guān)門操作的測試方法。澳大利亞-新西蘭標(biāo)準(zhǔn)中則根據(jù)冰箱（柜）化霜控制系統(tǒng)和冰箱（柜）制冷系統(tǒng)對冰箱（柜）進(jìn)行了分類。而IEC標(biāo)準(zhǔn)和我國冰箱（柜）測試標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)冰箱（柜）的工作環(huán)境溫度將冰箱（柜）分為溫帶（N）、亞溫帶（SN）、熱帶（T）、亞熱帶（ST）四種，并分別規(guī)定了不同類型冰箱（柜）的測試環(huán)境溫度。

雖然冰箱（柜）分類測試具有很多優(yōu)點，但是現(xiàn)行各國冰箱（柜）測試標(biāo)準(zhǔn)中的冰箱（柜）分類方法卻過于狹隘。根據(jù)當(dāng)今市場上冰箱（柜）特征和新型冰箱（柜）的研發(fā)方向，提出了新的冰箱（柜）分類方法,即增加蓄冷型蓄冷型冰箱（柜）、非蓄冷型冰箱（柜），同時依據(jù)控制系統(tǒng)的特征細(xì)分為機械控制和電子控制功能。

蓄冷型冰箱（柜）是指具有蓄冷能力，并能夠通過在環(huán)境溫度較低或電價較低時進(jìn)行蓄冷，在其余時段釋放所蓄冷量，滿足冰箱（柜）室內(nèi)溫度控制要求的冰箱（柜）。非蓄冷型冰箱（柜）是指根據(jù)冰箱（柜）室內(nèi)溫度和溫度變化率實時調(diào)節(jié)冰箱（柜）制冷系統(tǒng)工作狀態(tài)，使冰箱（柜）室內(nèi)溫度滿足控制要求的冰箱（柜）。因為蓄冷型冰箱（柜）只能通過在低環(huán)境溫度下進(jìn)行蓄冷才能體現(xiàn)其節(jié)能和運行成本優(yōu)勢，所以常規(guī)的恒溫測試方式不能對其節(jié)能效果進(jìn)行測試，應(yīng)采用變環(huán)境溫度的測試方法。電子控制冰箱（柜）是指采用變頻模糊控制等較先進(jìn)控制系統(tǒng)，在恒溫閉門和變負(fù)荷條件下均能將室內(nèi)溫度控制在合理范圍以內(nèi)的冰箱（柜）。機械控制冰箱（柜）是指采用傳統(tǒng)的ON-OFF控制系統(tǒng)或其他控制系統(tǒng)，在負(fù)荷相對穩(wěn)定時能將室內(nèi)溫度控制在合理范圍以內(nèi)，而當(dāng)負(fù)荷波動較大時室內(nèi)溫度會出現(xiàn)嚴(yán)重偏離控制要求的冰箱（柜）。因為機械控制冰箱（柜）在變負(fù)荷下箱內(nèi)溫度會嚴(yán)重偏離控制要求，所以其在變負(fù)荷下測得的耗電量值將不具可比性。而電子控制冰箱（柜）在變負(fù)荷條件下也能保持較好的控制效果，因此，電子控制冰箱（柜）在變負(fù)荷條件下測得的耗電量值將更能準(zhǔn)確反映其在實際使用中的耗電量大小。

冰箱（柜）的使用環(huán)境也需要進(jìn)行更加詳細(xì)的分類，不僅僅要考慮冰箱（柜）的工作環(huán)境溫度，用戶的使用習(xí)慣、冰箱（柜）用途等也應(yīng)予以考慮。冰箱（柜）使用環(huán)境分類越詳細(xì)，則測試方法中測試環(huán)境的設(shè)定將會更有針對性，測試得到的結(jié)果也將更準(zhǔn)確。IEC標(biāo)準(zhǔn)中的亞熱帶（ST）冰箱（柜）按冰箱（柜）使用環(huán)境溫度變化幅度和用戶使用習(xí)慣進(jìn)行分類。測試環(huán)境分為大溫差和小溫差，其中大溫差是指冰箱（柜）工作環(huán)境溫度變化幅度（比如：晝夜溫差）較大，小溫差是指冰箱（柜）工作環(huán)境溫度變化相對較小。頻繁存取是指家庭成員較多，或冰箱（柜）供多人共用時，用戶存取食物較頻繁。正常存取則是指普通三口之家或四口之家日常生活時正常存取食物。

根據(jù)使用環(huán)境的不同，可以制定各種使用環(huán)境下的典型測試環(huán)境，包括：典型的冰箱（柜）工作環(huán)境溫度變化曲線、冰箱（柜）存取食物的頻繁程度和開關(guān)門時間等等。

3.2 耗電量評價指標(biāo)

機械控制冰箱（柜）只有在恒溫閉門測試條件下測試得到的耗電量才有可比性，而電子控制功能冰箱（柜）在變負(fù)荷條件下測試所得的耗電量值更能準(zhǔn)確反映其實際耗電量大下。如何根據(jù)冰箱（柜）耗電量測試結(jié)果對機械控制冰箱（柜）和電子控制冰箱（柜）的能效水平進(jìn)行區(qū)分呢？一種解決方案是對機械控制冰箱（柜）和電子控制冰箱（柜）分別采用恒溫閉門和變負(fù)荷的測試方法進(jìn)行測試，通過測試結(jié)果判斷不同機械控制冰箱（柜）和電子控制冰箱（柜）的能效水平高低。另一種解決方案是對機械控制冰箱（柜）和電子控制冰箱（柜）均采用變負(fù)荷的測試方法進(jìn)行測試，此時得到的機械控制冰箱（柜）和電子控制冰箱（柜）的耗電量值將更能準(zhǔn)確反映冰箱（柜）的實際耗電量大小，同時采用加權(quán)平均溫度偏差值、控制性能指標(biāo)等對冰箱（柜）性能進(jìn)行綜合評價。顯然，后一種解決方案更直觀、更合理、更具有可比性，但是將對測試系統(tǒng)提出新的要求。

另一方面，冰箱（柜）全年工作環(huán)境變化比較大，選取不同季節(jié)的典型工作環(huán)境進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果加權(quán)平均得到的綜合耗電量值和其他性能指標(biāo)將更具有說服力。

3.3 冰箱（柜）測試系統(tǒng)

冰箱（柜）測試系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。其中硬件系統(tǒng)又包括測試環(huán)境控制系統(tǒng)和測試信號采集、通信、存儲與輸出系統(tǒng)兩部分。軟件系統(tǒng)通常包括控制模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)存儲與分析模塊等。通過控制蒸發(fā)器、加熱器和加濕器使冰箱（柜）測試箱內(nèi)的環(huán)境溫、濕度條件滿足測試要求。

若要進(jìn)行變負(fù)荷條件下的測試，則需要對現(xiàn)有的恒溫閉門冰箱（柜）測試箱進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。首先，為了能在測試過程中自動進(jìn)行定時開關(guān)門操作，需要安裝可控機械臂（日標(biāo)測試箱中已經(jīng)使用）；其次，為實現(xiàn)變環(huán)境溫度條件，需要對測試箱溫、濕度控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，可以采用變頻冷水機組，使用模糊控制等先進(jìn)控制方法使測試箱內(nèi)溫度按設(shè)定溫度曲線進(jìn)行變化。

4 結(jié)論

本文主要在使用對比分析根據(jù)對冰箱（柜）耗電量測試方法的研究和改進(jìn)方向進(jìn)行了探討，認(rèn)為冰箱（柜）測試方法應(yīng)在冰箱（柜）分類、測試環(huán)境分類和耗電量評價指標(biāo)幾方面進(jìn)行改進(jìn)。提出了新的冰箱（柜）分類方法、測試環(huán)境分類方法和耗電量評價指標(biāo)。同時對冰箱（柜）測試系統(tǒng)的改進(jìn)要求進(jìn)行了簡單闡述。本文中所涉及到的內(nèi)容的細(xì)節(jié)和具體參數(shù)有待在實驗驗證的基礎(chǔ)上再次探討。

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