建筑一体化冰箱技术初探
摘 要 用置于室外的丝管式冷凝器取代冷冻冷藏箱的内藏式冷凝器，模拟“建筑一体化”冰箱的运行模式。进行室内温度分别为32℃、25℃及16℃时其运行指标的测定，包括冷却速度、储藏温度、耗电量等，并与原冰箱运行状况对比，比较制冷性能和能耗。结果表明“一体化”冰箱冷却速度加快，耗电量降低，节能效果明显。
关键词 冰箱节能；建筑一体化；丝管式冷凝器
中图分类号TU8 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）106-0047-02
冰箱的耗电量占居民年用电量的50%[1-2]，预计10年内我国冰箱年耗电量将达600 亿度，几乎是三峡水电站的年总发电量[3-4]。传统冰箱为方便使用，将冷凝器置入箱体内，而且在使用中通常是靠墙放置，表面对流减弱，降低了冷凝效率，增加冰箱耗电量；同时其散失的热量直接排放到室内，在一定程度上增加了空调负荷，造成二次能耗。
本文提出的“建筑一体化冰箱”概念，将冰箱的冷凝器与建筑结构联系起来，避免在室内散热的同时提高其散热效率，提升制冷性能，达到节能的目的，对于缓解我国电力系统负荷及环境污染问题都具有重要意义。
1建筑一体化冰箱节能性研究实验
1.1实验方案设计
根据丝管式冷凝器表面强迫对流传热系数与结构尺寸相关计算方法[5-9]，设计并加工可替换冰箱原装内藏式冷凝器的丝管式冷凝器。并将该冷凝器和冰箱压缩机置于室外阴凉通风处，模拟“一体化”冰箱工作模式。
为方便实验对比，根据实际室内温度选取16℃、25℃及32℃三种典型室外温度，室外风速3.6m/s～8.5m/s的条件下进行实验。按照国标[11]对两台电冰箱的运行参数进行测定，包括冷却速度、储藏温度和耗电量。
两组实验主要区别是冷凝器形式和所处环境。为准确的反应对比实验结果，需要选取冷凝器工作温度相同时的工作参数。例如室外设定温度均为32℃时，绘制某日室外24h的风速及气温变化曲线。由温度曲线可知该日11：00至19：00室外温度基本维持在32℃，因此只选取该时间段内的两台冰箱的实验数据。
1.2实验装置
实验的设备装置包括：数据采集系统（Data acquisition system），电度表（watt-hour meter），计时器与计数器（Timer and counter），单项功率表（Single—phase wattmeter），风速仪（Anemometer），温度巡检仪（Temperature inspection instrument ）。
1.3实验结果
1.3.1第一组实验的结果
从第一次开机到停机，原型机则大约需要花费134分钟，而“一体机”花费的时间是115分钟，可见“一体机”的冷却速度要比原型机快；同时待运行工况稳定后，在每个制冷周期内，原型机和“一体机”的开机时间分别为18.4分和15.2分。对比之下“一体机”快了大约17.4%。由于两台冰箱所处的室内环境相同，所以它们的回温时间都约为24.2分钟；原型机冷冻室内温度要比“一体机”高1℃～2℃；此外，6h内原型机开机6次，“一体机”开机7次。
我们知道，由于：一，冰箱电机启动时的过载作用；二，压缩机刚启动时制冷剂在毛细管处的滞留现象；使得第一次开机时压缩机的功率需要一定的时间才能基本维持稳定；而且进入运行周期后的压缩机亦是如此。相对原型机而言，“一体机”在一个制冷周期内的功率要低一些。第一次开机时，原型机和“一体机”的功率分别为94.2w和91.2w；当进入稳定的运行周期后，其压缩机的启动功率分别为82.3w和76.8w，以及稳定后其功率分别是63.4w和60.1w。
通过计算软件我们得出了在实验时间段内原型机和“一体机”的耗电量，其对比情况如表1所示（其中时间的单位为h；而耗电量的单位为kw·h）：
在实验的当天，我们得出“一体机”和原型机的耗电量分别为0.772 kw·h和0.881kw·h；相比之下降低了12.4%。
为了更好地反映实验数据的精确性，我们在环境温度维持在32℃的条件下对原型机和“一体机”进行了长达10天（青岛市2012年6月13日至22日）的连续测定。结果为10天内原型机和“一体机”的耗电量分别为7.58 kw·h和6.38 kw·h，对比之下，“一体机”将节能15.8%。
1.3.2第二组和第三组实验的结果
第二组实验的环境温度为25℃，结果：在每个制冷周期内，“一体机”和原型机开机时间分别为10.6分和13.2分，而冰箱停机花费的时间约为33.8分。同时6h内原型机和“一体机”的开机次数均为8次。
在单个的运行周期内，原型机和“一体机”其压缩机的启动功率别是86.4w和67.3w，而稳定运行后的功率分别是67.3w和63.5w。
实验时间段内原型机和“一体机”的耗电量情况如表2所示。
在实验的当天，我们得出“一体机”和原型机的耗电量分别为0.447kW·h和0.513kw·h；相比之下降低了12.8%。同样，我们在环境温度维持在25℃的条件下对原型机和“一体机”进行了长达10天（青岛市2012年8月10日至19日）的连续测定。结果为10天内原型机和“一体机”的耗电量分别为5.4 kW·h和4.28kW·h，对比之下，“一体机”将节能20.7%。
第三组实验的环境温度为16℃，结果：在每个制冷周期内，“一体机”和原型机开机时间分别为7.5分和6分，而冰箱停机花费的时间约为43.4分。同时6h内原型机和“一体机”的开机次数均为8次。
在单个的运行周期内，原型机和“一体机”其压缩机的启动功率别是91.4w和85.1w，而稳定运行后的功率分别是67.5w和64.2w。
实验时间段内原型机和“一体机”的耗电量情况如表3所示。
在实验的当天，我们得出“一体机”和原型机的耗电量分别为0.238kW·h和0.289kW·h；相比之下降低了17.6%。我们在环境温度维持在32℃的条件下对原型机和“一体机”进行了长达10天（青岛市2012年9月28日至次月7日）的连续测定。结果为10天内原型机和“一体机”的耗电量分别为3.11kW·h和2.52kW·h，对比之下，“一体机”将节能18.9%。
2 结果与讨论
通过上述得出的实验结果，我们知道丝管式冷凝器的分体式安装样式可以降低冰箱的耗电量，其原因主要是：
1）与内藏式冷凝器相比，丝管式冷凝器的散热效率要更高，而且其工作时由于室外风力的影响，会使其表面传热系数增大，因此，相对一般的家用冰箱而言，“一体化”冰箱会在压缩比较低的工况下运行，其功率当然会降低；
2）冷凝器出口制冷剂的焓值会因丝管式冷凝器相对较高的散热效率会大大减小，而且经毛细管节流后进到蒸发器时其焓值会进一步减小。因此，由于单次循环的制冷量增多，使得压缩机在较短的工作时间内就可以将箱内温度达到设定的温度；
3）内藏式冷凝器不仅向室外环境散热，而且会向冰箱内部传热。但是外挂式的丝管式冷凝器则不可能给冰箱增加这种散热量。
3结论
通过实验得到的数据和对实验结果的分析讨论，本文认为“一体化”冰箱的节能效果是非常显著的，而且将箱壁式冷凝器用丝管式冷凝器取代也不会增加冰箱的生产成本。因此，在加快家用冰箱节能步伐的背景下，一体化冰箱的理念是值得我们关注和探讨的节能举措。
参考文献
[1]梅宝军.新型蓄热型冷凝器及其在家用冰箱中的应用研究[D].硕士学位论文，2011，5.
[2]马一太，梁兆，卢苇，等.我国冰箱行业节能的必要性和可行性[J].制冷技术，2004：40-43.
[3]揭基华.冰箱用箱壁式冷凝器的传热面积确定[J].制冷，1995（1）：60-63.