绿色设计技术在冰箱中的应用

杨 浩 蔡训儒 张 影

（长虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

前言

随着社会的发展，环保的呼声越来越高，绿色设计技术在冰箱中的应用越来越广泛[1]。早在2003年，欧盟等发达国家就陆续颁布了诸多环境法规，从而极大地推动了产品绿色设计的发展。比如：2005年8月13日实施的WEEE指令《关于废弃电子电气设备的指令》，2007年8月11日实施的EUP指令《用能产品的绿色设计框架指令》。国内有关绿色设计方法及其工具的研究和应用起步较晚[2]，全国工业绿色产品推进联盟于2016年推出《绿色设计产品评价技术规范—家用电冰箱》，该规范从多个维度详细阐述了绿色家用电冰箱的符合性要求。2021年3月9日发布的GB/T 39761.1-2021《绿色产品评价 家用电器 第1部分：电冰箱、空调器和洗衣机》为绿色电冰箱的未来指明了方向，为绿色设计技术在冰箱领域实现规模化应用奠定了基础。

1 绿色设计技术

基于材料的选择、生产、回收，结合冰箱整机的性能特点，绿色设计技术主要包括节能技术、降噪技术、轻量化技术、环境友好技术，现将这四大类技术介绍如下。

1.1 节能技术

1）变频技术：变频对广大消费者而言已经不是一个陌生的名词，变频技术带来的优点不一而足，但其显著优点是节能，变频技术几乎成为所有冰箱企业打造超级节能冰箱的必备技术方案之一。正因为如此，各大冰箱品牌均在加码变频技术的研发力度，不断降低成本，逐步缩小差距。变频的核心在于驱动算法，焦点在于驱动主控一体化设计，二者融合在一起，便能打造出价格更低，性能更加稳定的变频板，从而为变频技术的推广应用奠定基础。

2）保温技术：毋庸置疑，真空绝热板（VIP板）在冰箱中的应用已经成为一种趋势。这取决于两个方面：一是VIP板的生产技术越来越成熟，二是VIP板的价格已经降到了绝大多数冰箱企业可以接受的程度。借助VIP板优异的保温性能，打造更加节能的冰箱已经成为行业内惯用的技术手段。同时，VIP板在线涂胶技术的突破、VIP板在线自动化贴合技术的革新以及异形VIP板的出现，这一切为VIP板在冰箱中实现批量应用提供了强有力的技术支撑。

3）发泡技术：发泡是实现冰箱保温、节能降耗的最主要的技术途径，就现行技术而言，冰箱可以不使用VIP板，但不能没有发泡。行业内多是通过混合发泡、真空发泡、多点注料等方式提升发泡料保温性能，进而达到降低整机能耗的目的。近年来，一些新兴的发泡助剂问世，发泡助剂可以提高黑白料的混合效果，使得泡孔更加细致紧密，从而获得更低的泡沫导热系数。更为重要的是，发泡助剂既不改变原有配方体系，也不改变原有仪器设备，正因为如此，该类发泡助剂需求量不断增加。

综合应用变频技术、保温技术、发泡技术可以将整机能耗降低20～40 %，有效应对更高能效标准的要求。

1.2 减振降噪技术

1）压缩机降噪：压缩机是冰箱的首要噪音源，压缩机产生的噪音一方面来源于自身运行中产生的噪音，另一方面来源于因其运行带动其他部件产生的振动噪声。为了降低压缩机的运行噪音，有效的解决方式是在其表面包裹隔音毡，隔音毡切断了噪音的传递路径，可以显著降低压缩机的运行噪声[3]。同时，可以在压缩机后盖板正对压缩机位置粘贴高品质吸引绵，通过吸收中、高频率噪音，达到降低压缩机运行噪音的目的（如图1）。针对由压缩机运行产生的振动噪声，可以在压缩机和底板之间使用弹簧橡胶组合减震垫，该减震垫振幅较大，能够以简谐振动的方式将振动噪声转换成热能而消耗掉，因此具有绝佳的减震效果。

图1 压缩机后盖板减小噪音辐射设计示例

2）风扇降噪：冰箱的第二大噪音源来自风扇，比如用于压缩机表面散热的冷凝风扇，用于冷量传递的冷冻风扇。根据风机原理，噪声大小与风扇转速成正比关系，转速越大，噪声相应的也就越大，同时，转速也影响着气流流量的大小，直接关系到冰箱制冷效率[4]。理论分析表明，风机在不同转速下的噪声大小呈分段函数分布。据此，设计出适用于离心风扇的高效进出风结构，匹配最合适转速大小，实现降低风扇噪声的目的。

3）振动噪声：事实证明，振动的传递与相邻部件的固有频率有关，固有频率越接近，振动传递率越大，结构发生共振，振幅明显增大，噪声显著提升[5]。因此，合理设计各组件固有频率显得尤为重要。比如：在关键部位设计加强筋、沟槽等结构，避开振动频率，以达到减振隔振、降低噪声的效果。

4）反射噪声：声音在传播过程中，遇到壁面会发生反射。如果在密闭的空间内，声波经多次反射会产生混响，使噪音值显著增大。通过对压缩机室后盖板进行隔声设计，减弱压缩机室向外辐射噪音的能力。对于冷冻风扇而言，通过延长冷冻风机导风圈长度，减小涡流噪声在蒸发器室上方的混响噪音。

通过实施减震降噪技术，风冷冰箱整机噪声可以降低到35 dB(A)以下，为超级静音冰箱的研发提供了强有力的技术支撑。

1.3 轻量化技术

1）钢板减薄：彩板是家电领域用量较大的钢板之一，彩板基板多是热镀锌钢板。早期，热镀锌钢板的厚度多为0.5～0.7 mm。随着技术革新、工艺进步，通过调整屈服强度、表面轧花等方式，可以进一步降低板材厚度。尤其是轧花工艺的出现，丰富了产品的形状和外观，提升了基板的支撑强度，为更薄的彩板出现提供了强有力的技术支持。以冰箱用门壳为例，基板厚度可以做到0.45 mm；冰箱用箱壳基板厚度可以做到0.4 mm。板材厚度减薄，既不牺牲板材性能，又能显著降低整机重量，同时降低采购成本。

2）以塑代钢：以塑代钢是行业的永恒话题，更是冰箱轻量化的主要技术路径之一。以塑代钢得以实现，首先是因为塑胶件性能的大幅提升，足矣和钣金件相媲美；其次是因为高昂的钢材价格不利于打造高利润的产品。目前，以塑代钢在冰箱领域已司空见惯。比如：针对小单门、两门、三门等容积较小的冰箱，其压缩机后盖普遍采用ABS或HIPS取代热镀锌钢板，后背板普遍采用PVC合金取代热镀锌钢板，发泡支撑架普遍采用PP中空板取代热镀锌钢板。上述塑料材质的使用，提高了零部件生产效率和组装效率，在降低整机重量的同时，降低了零部件采购成本。

3）薄壁技术：薄壁注塑、薄壁吸塑引领着家电塑胶零部件成型的方向。薄壁技术解决了绝大多数生产企业面临的实际问题，即对注塑件或吸塑件厚度没有要求，甚至于越薄越好。薄壁技术并不是单纯的将厚度减薄，这其中牵涉到模具的设计、工艺的调整以及零部件装配质量的要求。不难相信，薄壁技术的推广应用，一定会实现减重的目的，同时为变革塑胶成型技术加注一剂强心针。

以600 L冰箱为例，采用轻量化技术，整机重量可以降低10～25 %，减重14～35 kg，有效控制和降低能源消耗，提高产品价格竞争力。图2为抽屉薄壁注塑设计示例。

图2 抽屉薄壁注塑设计示例

1.4 环境友好技术

1）免喷涂材料：传统喷涂技术能丰富塑胶件外观色彩，提升塑胶件表面质量，但技术本身既容易对环境造成污染，又容易对人体造成伤害，是一项十分不环保的表面处理技术。免喷涂技术通过塑料配方优化、模具设计、工艺调整等方式，使注塑件达到或接近喷涂的效果，一次成型实现靓丽产品外观，具有更高的设计自由度。免喷涂技术生产效率高，制品颜色形状不受限，生产过程无环境污染，是一项应用前景十分广阔的新兴技术。目前，冰箱用把手饰条普遍由免喷涂技术制作而成。

2）生物基材料：通用工程塑料因其良好的加工性能、优异的机械性能被广泛应用在冰箱零部件上，然而塑料制品面临着回收难，自然降解更难的问题。正常情况下，ABS、HIPS、PP、PVC等制品，很难通过土壤掩埋的方式实现自然降解。生物基材料的出现看到了塑料降解的希望。生物基材料在塑料基体中添加木质纤维素，不影响塑料本身的加工性能，不牺牲塑料本身的力学性能，使塑料制品更易于与土壤中和，提高了塑料制品自然降解的速度，是当下受众度较高的环境友好材料之一[6]。抽屉是冰箱中最常见的功能附件，抽屉主要作用是实现收纳，对承重能力要求较高，对物理、化学性能要求不是很苛刻。正因为如此，生物基材料多用于制作冰箱抽屉。

3）透明包装材料：冰箱用包装材料多集中在两大类：一是EPS泡沫，二是纸板（蜂窝纸板或瓦楞纸板）。EPS使用过程中容易造成白色污染，而且很难回收再利用。纸板容易降解且容易回收，但造纸过程污染较为严重。气柱袋的出现较好的克服了EPS和纸板的缺陷，是一种性价比较高的透明缓冲包装材料。气柱袋多由PE和PA复合而成，在气囊内冲入空气即可实现减震缓冲的目的。气柱袋生产效率高、生产成本低、可回收反复使用。气柱袋因其卓越的性能被用作冰箱侧条和保护板。

图3 生物基材料制作的冷冻抽屉

通过环境友好技术的应用，目前绿色冰箱可再生利用率已从最初的75 %提升至90 %，为实现节能减排、碳中和的目标做出了突出贡献。

2 结论

减少环境污染、降低能源消耗、促进产品和零部件回收再生循环是绿色设计技术遵循的三大原则。随着国家法律、法规的出台及完善，绿色设计的理念一定会逐渐被社会接受和认可，绿色设计的方法一定会越来越科学、越来越严谨，绿色产品的评价一定会越来越规范[7]。而这一切，一定会促使冰箱企业研发绿色设计支持工具，创新应用绿色设计方法，开发出更加节能、更加质轻、更加环保的绿色家电产品，进而全面提升家电制造业的竞争力及影响力。