冰箱（柜）耗电量测试方法改进研究

张爱云 李建周 戴红

（1,2, 3,合肥美菱股份有限公司 安徽合肥 230601）

1 引言

国家制定强制型标准GB 12021.2《家用电冰箱耗电量限定值及能源效率等级》来约束冰箱（柜）产品的耗能，并通过持续化的标准升级来推动冰箱（柜）产品的节能技术和产业升级，而冰箱（柜）耗电量测试方法是实施能效标准、标识制度的基础。制造工厂和检测机构只有准确的测得电冰箱（柜）耗电量值，才能准确确定电冰箱（柜）的能效等级。

为了准确反映不同冰箱（柜）产品的能效差异、适应不断出现的新技术和新功能，近年来各国对冰箱（柜）测试方法进行了多次修正，日标中采用带开关门和存取负载的测试方法对无霜冰箱（柜）进行测试，美标中规定进行可变化霜控制系统选择性测试时要进行开关门操作，澳大利亚-新西兰标准中采用开关门的测试方法对“作弊装置”进行检测。而我国现行冰箱（柜）测试国家标准GB/T 8059.1～4仍为10多年前发布,且随着智能高端冰箱（柜）的普及以及新技术在冰箱（柜）行业的运用，该标准逐渐显现不适。本文在对现状进行分析研究的基础上认为，冰箱（柜）测试标准中规定的恒温闭门的测试方法测得的耗电量与冰箱（柜）的实际能耗存在较大偏差，无法准确测试变频技术、智能控制、化霜传感器等新 技术的节能效果，因而需要进行改进。

2 现状

目前国际标准中规定的冰箱（柜）的测试方法各具特点。日标中对带有自动制冰机的无霜冰箱（柜）耗电量测试方法进行了严格规定，美标中对带自适应化霜系统的冰箱（柜）和多系统冰箱（柜）的测试方进行了详细介绍，澳标中对耗电量测试过程中各种冰箱（柜）特征和功能的调节做了严格规定，同时重点介绍了多系统冰箱（柜）的耗电量测试方法，IEC标准和我国国标大体上保持一致，对冰箱（柜）按使用温区进行了分类，采用了带负载的测试方式。总体上，各种测试方法都遵循了一些基本原则。下面将从测试标准中涵盖的冰箱（柜）新技术和新特征、测试环境和流程、耗电量测试指标三方面对各中测试方法进行比较与分析。

2.1 冰箱（柜）新技术和新特征

表1中所列为各国标准中规定的在测试前需要进行调节的冰箱（柜）新特征、新功能和需要进行测试的新型冰箱（柜）系统。澳标涵盖的范围最全，现行国标和IEC标准对这些新特征和新功能几乎没有描述。不同标准对这些新特征、新功能的规定不一样，以变温室为例，日标中规定带变温室的冰箱（柜）应在变温室处于不同状态下分别进行测试，冰箱（柜）耗电量取两种情况下测得的耗电量的平均值，而澳大利亚-新西兰标准中则要求测试时变温室（多用途室）温度应调至最低；在日标中对自动制冰机的测试流程进行了详细规定，而澳标中规定在进行测试时，自动制冰机应不启动。

这些新特征、新功能的不同状态对冰箱（柜）耗电量有不同的影响。若测试标准中没有对其进行详细说明，则会导致测试所得的耗电量测试结果不具有可比性，也不能反映出冰箱（柜）的真实能效水平。新的冰箱（柜）系统具有新的特征，按常规的测试方法将导致不能正常进行测试，如多化霜控制系统冰箱（柜），冰箱（柜）具有多个化霜控制周期（运行周期）,采用普通冰箱（柜）测试方法将无法决定测试周期，导致测试不能顺利进行。因此，澳标中规定采用主要化霜系统的化霜控制周期，美标中规定应对两套系统分别进行测试。此外，由于单片机编程控制在冰箱（柜）中应用越来越多，可能会在测试过程中进行不正当控制，在澳标中进行了详细规定。从表中可以看出，IEC标准和现行国标对这些冰箱（柜）新技术、新特征和新系统没有进行描述和规定，因此亟待进行修订补充。

2.2 测试环境和流程

表1 冰箱（柜）新技术、新功能和新系统表冰箱（柜）模型和新技术 JIS ANSI/AHAM-HRF-1 AN/NZS IEC GB变温室 √ - √ - -自动制冰机 √+ √- √ - -自适应化霜装置 √ √+ √ √- -多压缩机制冷冰箱（柜） - √ √+ - -多化霜控制系统冰箱（柜） - - √+ - -可调风管、风口 - - √ - -“作弊装置” - - √+ - -酒柜 - √- √- - -注：表中“√+”表示详细规定； “√”表示一般规定；“√-”表示有定义，但是耗电量测试中没有特别规定；“-”表示没描述。

表2 各国测试环境温度和室内特征温度（℃）间室名称 JIS ANSI/AHAM-HRF-1 AN/NZS IEC GB“三星级”室 -18 - - -18 -18冷冻室 - -17.8 -15 - -特殊冷冻室 - - 声明的最高运行温度 - -冷藏冷冻箱冷冻室 - -15 - - -“二星级”室 -12 - - -12 -12常规冷藏箱冷冻室 - -9.4 - - -短期冷冻食品储藏室 - - -9 - -冰温室 3 - 0 3 -特殊冷藏室 - - 声明的温度范围中点 - -冷藏室 4 3.3 3 5 5冷却室 12 - 12 12 12酒柜 - 12.8 14或16 - -注：表中“-”在该标准中没有对对应间室进行定义。

表3 冰箱（柜）新技术、新功能和新系统表国标 JIS ANSI/AHAM-HRF-1 AN/NZS IEC GB温度（℃） 15±1 30±1 32.2±0.6 32 25 32 25 32相对湿度 70%±5% 55%±5% - - ≤75% 45%～75%注：美标中对可变化霜冰箱（柜）进行测试时，要求测试环境干球温度为26.7±1.1℃，湿球温度为19.4℃；表中“-”表示没有要求。

表4 冰箱（柜）测试流程测试环境 实际 JIS ANSI/AHAM-HRF-1 AN/NZS IEC GB变温湿环境 √ - - - - - - -存取负载 √ - √ - - - - -开关门 √ - √ - √ - - -注：表中“√”表示符合，“-”表示不符合。尽管IEC标准和国标中规定在耗电量测试时，冰箱（柜）冰温室、冷冻室应装入负载，但是在测试过程中并没有取出负载。因此不符合日常生活中的安放负载情况。

冰箱（柜）耗电量随使用环境的温湿度、箱内间室设定温度、用户使用习惯（开关门、放入食物）的不同而不同。冰箱（柜）内间室设定温度由各种食品的储藏温度决定。使用环境温湿度主要由冰箱（柜）工作地点的气候类型、房屋结构等决定。用户使用习惯因人而异，但是具有一定规律。为了使冰箱（柜）耗电量测试结果能如实的反映冰箱（柜）在实际运行中的耗电量大小，同时对不同型号、不同类型冰箱（柜）的耗电量进行统一评价，测试方法应采用典型的冰箱（柜）工作环境、箱内间室设定温度和用户使用习惯，见表2、表3。

从表2中可以看出，虽然实际使用环境温度和湿度是处于不断变化的状态，但是为了降低测试成本和提高测试结果的可重复性，各国标准均采用了稳定测试环境温度。日标中对无霜冰箱（柜）的测试流程加入了模拟负载和开关门，最接近冰箱（柜）的实际使用情况。

2.3 耗电量测试指标

冰箱（柜）耗电量指标应能反映冰箱（柜）在实际使用中的耗电量大小，同时能正确反映不同冰箱（柜）在实际使用中的能效差异。除了日标中采用了环境温度为15℃和30℃测定的耗电量值进行加权得到全年耗电量表示冰箱（柜）耗电量外，其余标准中均采用24小时冰箱（柜）耗电量来表示。

显然，冰箱（柜）的耗电量和能效水平将随着使用环境温度的变化而变化。当采用单一的环境温度下测得的耗电量值来表示冰箱（柜）全年的平均耗电量时，测试环境温度主要受两个因数影响：一是冰箱（柜）使用地点的典型工作环境温度；另一个是用于补偿用户开关门和放入食品带来的影响（如美标中规定的测试环境温度要比冰箱（柜）典型工作环境温度高10.1℃）。可以通过大量的统计和试验工作，确定冰箱（柜）年平均耗电量与测试环境温度的关系，对测试环境温度进行修正，使测试得到的耗电量更准确的反映冰箱（柜）的实际能耗。

冰箱（柜）使用环境温度不同会导致冰箱（柜）的能效水平发生变化，而且不同冰箱（柜）能效水平的变化大小也不相同。这就导致在高环境温度下测得的冰箱（柜）能效水平与冰箱（柜）在低环境温度下测得的能效水平发生差异。如：变频冰箱（柜）在低温工况下可以低速持续运行，避免压缩机频繁启停，具有显著的节能效果，而在高温工况下其节能优势将不再这么明显。

从以上分析可知，采用双测试环境温度或多环境温度测试，并通过加权得到的冰箱（柜）耗电量更能准确的反映冰箱（柜）的实际能耗和能效水平。冰箱（柜）实际使用时的变环境温度、开关门和放入食品等运行工况会造成冰箱（柜）负荷波动加大，在这种情况下，各种冰箱（柜）的耗电量和能效水平与测试所得的冰箱（柜）耗电量和能效水平也会存在差异，需要进行进一步研究。

3 国标改进方法和方向

3.1 冰箱（柜）与使用（测试）环境分类

各国标准中所涉及的测试方法都对冰箱（柜）进行了分类，并针对不同类型的冰箱（柜）规定了不同的测试环境、测试流程和测试周期。日标中根据冰箱（柜）的制冷系统和化霜系统的不同，将冰箱（柜）分为自动化霜冰箱（柜）、非自动化霜冰箱（柜）和无霜冰箱（柜）三种，对于前两种采用常规恒温闭门的测试方法，而对无霜冰箱（柜）则采用了带开关门操作和存取负载的测试方法。美标中按照冰箱（柜）化霜装置的不同将冰箱（柜）分为非自动化霜冰箱（柜）、自动化霜冰箱（柜）、长间隔化霜冰箱（柜）与可变化霜冰箱（柜）四种，对不同类型冰箱（柜）的测试周期分别进行了规定，对可变化霜冰箱（柜）采用了带开关门操作的测试方法。澳大利亚-新西兰标准中则根据冰箱（柜）化霜控制系统和冰箱（柜）制冷系统对冰箱（柜）进行了分类。而IEC标准和我国冰箱（柜）测试标准主要根据冰箱（柜）的工作环境温度将冰箱（柜）分为温带（N）、亚温带（SN）、热带（T）、亚热带（ST）四种，并分别规定了不同类型冰箱（柜）的测试环境温度。

虽然冰箱（柜）分类测试具有很多优点，但是现行各国冰箱（柜）测试标准中的冰箱（柜）分类方法却过于狭隘。根据当今市场上冰箱（柜）特征和新型冰箱（柜）的研发方向，提出了新的冰箱（柜）分类方法,即增加蓄冷型蓄冷型冰箱（柜）、非蓄冷型冰箱（柜），同时依据控制系统的特征细分为机械控制和电子控制功能。

蓄冷型冰箱（柜）是指具有蓄冷能力，并能够通过在环境温度较低或电价较低时进行蓄冷，在其余时段释放所蓄冷量，满足冰箱（柜）室内温度控制要求的冰箱（柜）。非蓄冷型冰箱（柜）是指根据冰箱（柜）室内温度和温度变化率实时调节冰箱（柜）制冷系统工作状态，使冰箱（柜）室内温度满足控制要求的冰箱（柜）。因为蓄冷型冰箱（柜）只能通过在低环境温度下进行蓄冷才能体现其节能和运行成本优势，所以常规的恒温测试方式不能对其节能效果进行测试，应采用变环境温度的测试方法。电子控制冰箱（柜）是指采用变频模糊控制等较先进控制系统，在恒温闭门和变负荷条件下均能将室内温度控制在合理范围以内的冰箱（柜）。机械控制冰箱（柜）是指采用传统的ON-OFF控制系统或其他控制系统，在负荷相对稳定时能将室内温度控制在合理范围以内，而当负荷波动较大时室内温度会出现严重偏离控制要求的冰箱（柜）。因为机械控制冰箱（柜）在变负荷下箱内温度会严重偏离控制要求，所以其在变负荷下测得的耗电量值将不具可比性。而电子控制冰箱（柜）在变负荷条件下也能保持较好的控制效果，因此，电子控制冰箱（柜）在变负荷条件下测得的耗电量值将更能准确反映其在实际使用中的耗电量大小。

冰箱（柜）的使用环境也需要进行更加详细的分类，不仅仅要考虑冰箱（柜）的工作环境温度，用户的使用习惯、冰箱（柜）用途等也应予以考虑。冰箱（柜）使用环境分类越详细，则测试方法中测试环境的设定将会更有针对性，测试得到的结果也将更准确。IEC标准中的亚热带（ST）冰箱（柜）按冰箱（柜）使用环境温度变化幅度和用户使用习惯进行分类。测试环境分为大温差和小温差，其中大温差是指冰箱（柜）工作环境温度变化幅度（比如：昼夜温差）较大，小温差是指冰箱（柜）工作环境温度变化相对较小。频繁存取是指家庭成员较多，或冰箱（柜）供多人共用时，用户存取食物较频繁。正常存取则是指普通三口之家或四口之家日常生活时正常存取食物。

根据使用环境的不同，可以制定各种使用环境下的典型测试环境，包括：典型的冰箱（柜）工作环境温度变化曲线、冰箱（柜）存取食物的频繁程度和开关门时间等等。

3.2 耗电量评价指标

机械控制冰箱（柜）只有在恒温闭门测试条件下测试得到的耗电量才有可比性，而电子控制功能冰箱（柜）在变负荷条件下测试所得的耗电量值更能准确反映其实际耗电量大下。如何根据冰箱（柜）耗电量测试结果对机械控制冰箱（柜）和电子控制冰箱（柜）的能效水平进行区分呢？一种解决方案是对机械控制冰箱（柜）和电子控制冰箱（柜）分别采用恒温闭门和变负荷的测试方法进行测试，通过测试结果判断不同机械控制冰箱（柜）和电子控制冰箱（柜）的能效水平高低。另一种解决方案是对机械控制冰箱（柜）和电子控制冰箱（柜）均采用变负荷的测试方法进行测试，此时得到的机械控制冰箱（柜）和电子控制冰箱（柜）的耗电量值将更能准确反映冰箱（柜）的实际耗电量大小，同时采用加权平均温度偏差值、控制性能指标等对冰箱（柜）性能进行综合评价。显然，后一种解决方案更直观、更合理、更具有可比性，但是将对测试系统提出新的要求。

另一方面，冰箱（柜）全年工作环境变化比较大，选取不同季节的典型工作环境进行测试，并将测试结果加权平均得到的综合耗电量值和其他性能指标将更具有说服力。

3.3 冰箱（柜）测试系统

冰箱（柜）测试系统由硬件系统和软件系统两部分组成。其中硬件系统又包括测试环境控制系统和测试信号采集、通信、存储与输出系统两部分。软件系统通常包括控制模块、数据通信模块、数据存储与分析模块等。通过控制蒸发器、加热器和加湿器使冰箱（柜）测试箱内的环境温、湿度条件满足测试要求。

若要进行变负荷条件下的测试，则需要对现有的恒温闭门冰箱（柜）测试箱进行适当改进。首先，为了能在测试过程中自动进行定时开关门操作，需要安装可控机械臂（日标测试箱中已经使用）；其次，为实现变环境温度条件，需要对测试箱温、湿度控制系统进行改进，可以采用变频冷水机组，使用模糊控制等先进控制方法使测试箱内温度按设定温度曲线进行变化。

4 结论

本文主要在使用对比分析根据对冰箱（柜）耗电量测试方法的研究和改进方向进行了探讨，认为冰箱（柜）测试方法应在冰箱（柜）分类、测试环境分类和耗电量评价指标几方面进行改进。提出了新的冰箱（柜）分类方法、测试环境分类方法和耗电量评价指标。同时对冰箱（柜）测试系统的改进要求进行了简单阐述。本文中所涉及到的内容的细节和具体参数有待在实验验证的基础上再次探讨。

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