对洗碗机产品的节能设计方法分析

施飞

摘 要：随着我国制造业的快速发展，也同时使得能源利用率低与快速发展矛盾越来越突出，目前許多单位产品的能源利用率较低，使得大量能源被浪费，因此当务之急便是要解决产品的能耗问题。基于此，本文围绕洗碗机产品，从其设计的角度出发，对洗碗机使用过程中所消耗的能量进行分析，并在此基础上提出一些能量节能设计的方法，以供参考。

关键词：洗碗机;能量消耗;节能设计

由于产品能源利用率低的问题较突出，当务之急是解决产品能耗问题。而在产品的设计阶段是决定产品能量消耗的重要因素，因此需要在产品设计阶段进行优化设计，结合相关的能量消耗要求，对产品进行节能设计，以此提高能源利用率。基于此，以下主要针对洗碗机产品的节能设计方法进行讨论。

1、洗碗机产品的工作原理

洗碗机产品的工作流程大致分为4个阶段，不同阶段的工作任务不同：第1阶段主要是进水工作，水在进入到呼吸器之后进行分流，一部分水保留在呼吸器中，另一部分水进入到软化器中，然后经过电加热管流入到水杯中;第2阶段主要是洗涤工作，洗涤泵将水杯中的水吸入，然后经过泵增压后通过上喷臂喷出高压水流，进而对餐具表面进行冲刷，并且冲刷的水又再次回到水杯中，形成一个循环使用的过程;第3阶段主要是排水工作，在餐具洗涤结束之后，需要将水杯中残留的水排出去，主要是通过排水泵压力作用将水经过排水管排出;第4阶段则是烘干工作，这一阶段主要利用了餐具洗涤过程中所产生的余温进行烘干。

2、洗碗机产品的能量消耗分析

2.1  各结构部件能耗分析

（1）内胆能耗。洗碗机内胆的一面开口形状为长方形，其主要由3块压成型的不锈钢拼接组成，这也使得内胆内外部之间能够进行热量传导，进而使得热能消耗。除此之外，内胆内壁与水之间也能够形成对流传热，这期间热能也会被消耗。所以，内胆能耗是洗碗机产品能量消耗的重要部分，一方面是因为电加热管在加热过程中会存在热能消耗，另一方面是因为内胆与外界以及内胆内部传热使得能量消耗。

（2）泵能耗。在洗碗机产品中主要存在两个泵，一个是洗涤泵，另一个是排水泵。同时洗涤泵和排水泵的能耗与其功率有关，泵的功率η 则是机械效率ηm和容积效率ηv的乘积，即η=ηmηv。在计算泵的机械效率ηm时需要考虑到损失转矩Tf和理论输出转矩T1等因素，容积效率ηv则需要考虑到膨胀系数a、体积弹性模量K、缝隙泄漏量q1、泵的理论流量qt、缝隙宽度b、缝隙高度δ、缝隙长度l、水的动力粘度μ以及泵的排量v和转速n等。具体的公式为：

（3）控制元件能耗。在洗碗机产品中，主要的控制元件分别是控制面板和压力开关控制器，除了这些控制元件在启动时会消耗自身电能以外，在待机过程中也能够产生能耗。

（4）喷臂能耗。在洗碗机产品中有两个上下旋转的喷臂，主要是由喷嘴将水流喷射出形成反作用力，使得喷臂能够在转速的工况下均匀喷射，其所产生的能耗也主要作用在水流喷射上。

（5）辅助原件能耗。在洗碗机产品中，由于设有较多水管，当水进入到水管流动时会受到阻力作用进而使得能量损耗。能量损耗主要体现在管路不同上，直线管会产生沿程阻力，弯形管会产生局部阻力。其中直线管的能耗与沿程阻力系数，以及管道的长度、直径和面积有关;弯形管的能耗与局部阻力系数、管道面积、水流密度和平均流速有关。

（6）关机能耗。洗碗机产品在关机状态下也会产生关机能耗，主要是受到关机功率和关机时间的影响。

通过对洗碗机产品的各结构部件的能量损耗进行分析可得知，要想提高洗碗机产品在使用阶段的能量利用率，就需要降低洗碗机的能耗，也就是要将不必要的能耗降到最低，将有用的能耗使用效率提至最高。

2.2  能量设计因子分析

能量设计因子指的是产品设计过程中对产品全生命周期能量消耗熟悉的反映，包括多级别、多类别和多层次的产品设计信息，目的是通过设计控制机制和控制要素来达到降低能耗，同时也体现出了产品设计信息中能量关联信息与产品能耗之间的关系。通过控制调节能量设计因子，能够达到优化产品能耗设计的目的。通常情况下在要想获得统一的能量设计因子几乎不可能，需要对产品全生命周期各阶段的能量消耗情况进行单独分析，从而获得相应的能量设计因子。其中，在产品使用阶段能量消耗最大，占产品全生命周期能量消耗95%至99%，这说明了产品使用阶段能量设计因子是决定产品能量优化设计的关键，需要集中对产品使用阶段进行分析，以此获得能量设计因子，并进行产品能量优化设计。具体而言，采用定性分析法对洗碗机使用阶段能量设计因子识别，在分析过程中先要将洗碗机设计时不相关的能量因素去除，然后对保留下来的与洗碗机设计相关能量因素进行定性分析，这样便能够获得能量设计因子集，最后在能量设计因子集中找出重要能量设计因素进行分析和优化。

3、洗碗机产品节能设计需要考虑的因素

根据上述洗碗机产品各结构部件能量损耗及能量设计因子分析得知，关机功率、待机功率、温度、不锈钢层及隔热层厚度、水流平均流速、水管阻力系数、水管长度和直径等均为重要的能量设计因子。因此在优化设计时需要重点考虑这些因素。具体的优化途径为以下。

3.1  降低电控板的功率

由于洗碗机在待机和关机过程中会产生能耗，加之产生的能耗与电控板的功率有关，因此可以通过降低电控板功率来达到降低能耗的目的。而电控板主要是由变压器产生耗能，此时就需要替换变压器，可采用开关电源进行改进，这样能够有效降低洗碗机产品待机关机状态时的能耗。

3.2  降低洗涤的温度

洗碗机在工作时，除了内胆加热使得能量消耗完，在对外散热时也会消耗许多能量。由于在水温越高的情况下，内胆外壁会与室温产生较大的温差，也便使得对外传热更多，因此需要通过降低水温的方式来降低传热系数，从而达到降低能耗的目的。另外，在降低洗涤温度时，还需要考虑到清洁问题，因为温度过低的情况下会起不到清洁的作用，因此需要保证洗涤清洁性能的前提下降低洗涤温度，一般水温在50℃情况下能够满足清洁性能，也能降低能耗。

3.3  增加内胆壁的厚度

增加内胆壁的厚度目的是降低内胆热量的散失，因为厚度越大，内胆外壁温度与室温温差就会越小，这样也就会减少内部向外部传热系数，进而达到降低热能散失的目的。在增加内胆壁厚时会使得结构尺寸大小发生变化，也会使得材料用量增加，一般情况下可以采用外贴优质的热阻尼材料。

3.4  增大喷臂水流平均速度、喷嘴数量及面积

在优化洗碗机产品设计时，可以通过增大喷臂水流平均速度来提高洗涤泵的清洁性能，同时也能够达到降温的目的，进而减少能量损耗。另外增加喷嘴数量和面积，也能够提高清洗的效率，这样也能够减少能耗。需要注意的是，增加过程中可能会使得内胆内部空间变小，因此需要合理增加其数量和面积。

3.4  采用光滑的水管

在洗碗机节能设计时，可以采用光滑的水管来降低阻力系数，也可以减少水管的长度和弯次数来降低能耗。

参考文献：

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