1、第2 3 卷第1 期2 0 1 0 年1 月机电产品开笈与钏斩D e v e l o p m e n t I n n o v a t i o no fM a c h i n e r y E l e c t n c a lP r o d u c t sV O I 2 3 N O 1J a n 。2 0 1 0文章编号：1 0 0 2 6 6 7 3 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 4 8 0 3家用电冰箱绿色设计探析周丽丽，张平宽，王慧霖( 太原科技大学机械电子工程学院，山西太原0 3 0 0 2 4 )摘要：主要对家用电冰箱的绿色设计进行了一般性探讨，家用电冰箱绿色设计包括绿色材料的选择、
2、节能设计、可拆卸性和可回收性设计、模块化设计、绿色包装设计等几方面内容，提出了绿色设计评价在绿色设计过程中也具有重要意义。关键词：家用电冰箱；绿色设计；节能设计；绿色设计评价中图分类号：T B 4 7 ；T M 9 2 5 2文献标识码：Ad o i ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 6 6 7 3 2 0 1 0 0 1 0 1 9G r e e nD e s i g nA n a l y s i so fH o u s e h o l dR e f r i g e r a t o rZ H O UL i - L i ，Z H AN GH n g - K u
3、a n ，W AN GH u i - L i n( C o l l e g eo fM e c h a n i c a la n dE l e c t r o n i cE n g i n e e r i n g ，T a i y u a nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，T a i y u a nS h a n x i0 3 0 0 2 4 ，C h i n a )A b s t r a c t ：T h i sa r t i c l ew a sm a i n l yag e n e r a ls t
4、 t l a yf o rt h eg r e e nd e s i g no fh o u s e h o l dr e f r i g e r a t o r s g r e e nd e s i g no fh o u s e h o l dr e f r i g e r a t o r si n -c l u d e st h ec h o i c eo fg r e e nm a t e r i a l s ，e n e r g y s a v i n gd e s i g n ，r e m o v a b l ea n dr e c y c l a b l ed e s i g n
5、 、m o d u l a rd e s i g n 、g r e e np a c k a g i n gd e s i g n ，a n dS Oo n P u tf o r w a r dt h a te v a l u a t i o no ft h eg r e e nd e s i g ni sa l s oo fg r e a ts i g n i f i c a n c ei nt h eg r e e nd e s i g np r o c e s s K e yw o r d s ：h o u s e h o l dr e f r i g e r a t o r s ；g
6、r e e nd e s i g n ；e n e r g y s a v i n gd e s i g n ；g r e e nd e s i g ne v a l u a t i o n0 引言进入2 1 世纪以来，环境污染、各种能源、资源短I缺等问题日益严重。节能环保已经成为这个时代的主题，绿色产品已成为大势所趋，各个国家相继出台各种条例法规来加大环境保护的力度和进程，我国在环保问题上紧跟时代步伐，积极制定各种政策和措施束保护环境，为建设资源节约以及环境友好型社会而做出自己最大的努力。当前我国家电业面临的三大课题是：节能；保I护臭氧层的国际公约；废旧家电回收再利用。作为四大家电之一的家用
7、电冰箱，是能耗大户之一，目前在我国其保有量已达2 亿台，冰箱用电占居民全部用电的3 0 4 0 。预计在今后1 5 年里生产的冰箱将在预期寿命内消耗6 0 0 0 亿千瓦时的电，这些冰箱将需要5 7 0 0 兆收稿日期：2 0 0 9 1 1 2 7基金项目：山西省自然科学基金资助项目( 2 0 0 7 0 1 1 0 6 0 ) ；太l原科技大学博士基金项目( 2 0 0 7 0 7 )作者简介：周丽丽( 1 9 8 2 - ) ，女，河南封丘人，硕士研究I生。主要研究方向：绿色制造技术；张平宽：教授，硕士生l导师。主要研究方向：精密加工技术、难加工材料加工技l术、机械振动、噪声和控制、绿色
8、制造技术。瓦的发电能力消耗4 0 0 多亿元的投资，同时排放大量的二氧化碳、二氧化硫等温室气体。鉴于节能减排的压力、困家标准升级的引导和市场竞争机制的推动必定使得我国冰箱企业对“超节能环保冰箱”加快研发进程和加大推广力度，特别是随着2 0 0 9 年5 月1 日家用电冰箱耗电量限定值及能效等级新的国家标准的颁布及实施将进一步加快高能耗、低能效的冰箱从市场上消失的步伐高效、节能、环保、低噪音的绿色环保电冰箱将毋庸置疑的成为市场的主导设计开发绿色环保家用电冰箱也将是必然的发展趋势。本文主要对家用电冰箱的绿色设计做了一般性探讨。1 家用电冰箱的绿色设计绿色设计是方法集成和设计过程集成。是一种综合了面
9、向对象技术、并行工程、寿命周期设计的一种发展中的系统设计方法，要求设计人员在进行绿色产品设计时必须将生态理念贯穿于产品全生命周期，即产品的设计、制造、销售、消费、到回收处理的全过程。其间不仅要考虑产品的功能、性能、材料、结构、外观、通用性、安全性以及包装、成本、标准、认证等常规的因素，同时还要考虑产品在整个生命周期对能源、资源、环境的影响程度。可以说绿色设计是产品的经济、技 万方数据产品与市场术、环境属性的综合寻优过程，绿色设计在生产绿色环保冰箱产品中起着关键性作用。家用电冰箱绿色设计主要包括以下几方面内容。1 1 绿色材料的选择选用绿色材料是绿色设计首要的一步，绿色材料最大的特点是其资源利用
10、率最大化和环境影响最小化。在选择材料时要做到以下几点：( 1 ) 选用无毒无害材料。如传统冰箱中使用C F C 1 2 作为制冷剂，虽然C F C 一1 2 是一种经过多年筛选的最优制冷剂但C F C 一1 2 属于臭氧消耗物质和温室效应气体因此全球范围内已禁止使用，目前用R 6 0 0 a 替代C F C 一1 2 做制冷剂；而发泡剂则用环戊烷或H F C 一2 4 5 f a替代C F C 一1 1 。又例如冰箱的箱体内胆、门胆、电器盒、定位板、抽屉等大都采用A B S 板，但这种材料中含有的氰基会在办n - r _ 和使用过程中产生对人体有害的气体，另外其粘接能力强，易跟发泡层粘接，不利
11、于回收，可考虑用H I P S 板替代A B S 板。另外，要避免所选材料的成份中存在R O H S 指令禁止使用的六种有害物质成份，例如在冰箱制造过程中所采用的焊料中含铅，阻燃塑料中含P B B 或P B D E ，电线中含溴，电镀层、线路板中含铅，紧固件镀层中含六价铬一定要考虑替代丁艺或材料。( 2 ) 优选可再生利用材料。优选可再生利用材料，有利于形成一个有效使用资源的良性循环；所选材料要易于再利用、回收、再制造或易于降解。如冰箱设计中使用可回收铝材、钢材、成分单纯的金属和热塑性塑料等。( 3 ) 减少所用材料种类。材料种类越少，所需的拆卸和分类的工作量就越少，越有利于回收处理，也有利于
12、环境的保护。( 4 ) 考虑所选材料的相容性。如果材料兼容，就不需要拆卸可以将这些材料一起回收，能大大减少拆卸回收的工作量。例如，冰箱用料中的两种塑料P C 和A B S 的相容性好。在这些部件不能重用的情况下，不必进一步分类。可以一起回收。( 5 ) 尽可能的选用低能耗、少污染的材料。如国外生产电冰箱、洗衣机等已采用镀层板、涂塑板、复合钢板等材料不但使用寿命可延长2 5 倍，而且I t 钢材可替代原来的3 6 t 钢材使用，大大节省了相对昂贵、制备污染大的钢材的消耗，有利于环境和资源的保护。1 2 节能设计目前冰箱的节能技术主要从制冷、绝热、控制等方面的技术改进考虑：( 1 ) 制冷技术。制
13、冷技术努力的方向主要包括以下三个方面：一是提高压缩机效率。目前，高效压缩机技术已趋于成熟可通过下列途径来提高压缩机的c o p值：改进电机性能提高电机效率；改进气阀的结构和材料，减少流动损失、泄露和吸气过热；优化泵体结构，提高容积效率；提高零件精度、改善运动副结构和材料特性，改良润滑油特性，降低机械损耗。二是改进冷凝效率。着重在冷凝器的安装位置、冷凝器的形状及散热面积等方面。j 是优化冷气环路。( 2 ) 隔热技术。隔热技术努力的方向主要包括以下两个方面：一是高效绝热保温材料和真空绝热技术在冰箱上的应用。可有效的减少系统的热损失，进一步地提高隔热效果，提高能源效率。二是隔热结构的改进。例如采用
14、多气囊、高磁性的绝热门封条可有效增强门体和冰箱之间的吸附力，防止冷量的流失，降低能耗。( 3 ) 控制技术。控制技术努力的方向主要包括设计开发高精准温度补偿加热器、采用变频技术等，实施的策略分别为：通过设计不同类型的温度补偿加热器实现热量控制，使加热器控制达到最佳效果；采用变频技术。变频技术是采用变频控制器调节压缩机的转速来改变冰箱制冷量，使得冰箱的制冷量与冰箱的负载匹配良好，避免无谓的能量消耗。此外，变频技术的应用也为冰箱系统实现最优控制和智能化控制奠定了基础。1 3 可拆卸性与可回收性设计可拆卸性与可回收性设计是产品绿色设计的主要内容之一。就是在产品设计的初级阶段就将可拆卸性和可回收性作为
15、结构设计的一个目标，使产品的连接结构易于拆卸，制造工艺性好，维护方便。并在产品废弃后能够充分有效地回收利用，从而减少废弃物的产生，达到节约资源、保护环境以及实现可持续发展的目的。产品能否方便拆卸直接影响到产品的可回收性。冰箱可拆卸性设计注意以下几个原则：尽可能采用易于拆卸或破坏的连接方法。如金属部件选用螺纹连接，只要求较小的拆卸力。塑料零件理想的连接方式是搭扣式连接，这时无需拆下其它零件且无复杂残留：在产品上明确标明如何打开；在产品上标明应予以定期维护的部件；将不能回收的零件集中在产品中易于分离的某个区域，提高拆卸效率；将对环境和人体有害的部件、使用寿命相近的部件集中在一起。以便于拆卸回收、维
16、护更换。冰箱的可同收性设计。可从以下几方面着手：设计结构要易于拆卸；采用便于回收的材料，如铁铝铜、热塑性塑料，少用不用不可回收材料，如合金，热固性塑料等；优选同一材质部件。少用多种材质的部件，如冰箱拉手不要采用塑料中嵌入金属的部件；对产品中的塑料成分、可拆解成分进行标注如增加可回收利用材料标识。产品的可拆卸性和可回收性设计是提高社会效益和生态经济效益的有效途径之一，( 下转第5 7 页)4 9 万方数据产品与市场下风量管内的负压将会升高，进一步推动风量管浮标的移动确保浮标到位。客户在设计时风量管体和风量管盖上均没有斜度但这一点不是主要原因，只是次要的有利于功能实现的影响因素。3 风量管的改进设
17、计根据上面的分析可知最好的方案是取消超声波加工工艺，确保风量管浮标四周有稳定的间隙，同时在风量管体四壁加上锥度。这需要将风量管体和风量管盖重新分型，并在四壁上加上锥度，端面用风量管盖盖起来合起来成为风量管的腔体。椐据以上想法设计了新的风量管体和风量管盖如图3 所示。由于客户原来是用风量管盖的红色来代替红浮标的。而现在的风量管体是透明的，为了体现红浮标的功能，在风量管体上丝印红图3 改进后的设计装配图F i g 3A s s e m b I yd r a w i n go ft h ei m p r o v a b l ed e s i g n色油墨代替。这样就基本上完成了此风量管的改进设计，如
18、图3 所示。首先将这两个零件做手板，并用大货的风量管浮标和风量管弹簧做验证测试，效果非常好。接着将这两个零件正式开模，模具完成后，从小批量的验证来看，效果非常好，同时也得到了客户的确认，在大货中也得到了很好的验证。4 结束语五年来该产品已生产三十多万台。风量管的功能再也没有出问题，证明了该风量管部件的改进设计是成功的。不能说该吸尘器在欧洲生产时风量管部件一定有问题，或许他们有先进的设备能保证超声波加工的一致性，但既然转移到国内生产，对不符合国内现有生产工艺的结构就要进行改进设计来保证产品的功能。并符合现有的生产工艺。另外，解决此问题的思路对风量管的设计同样有很好的借鉴作用。参考文献：【1 】I
19、 E C 6 0 3 1 2 妒E d 2 0 0 6V a c u u m c k a n e mf o rh o u s e h o l du m e t h o d so fm e a s u r i n gt h ep e r f o r m a n c e S 【2 1G B 4 7 0 6 7 - 2 0 0 4 家用和类似用途电器的安全( 真空吸尘器和吸水式清洁器具的特殊要求) 【S 】( 上接第4 9 页) 可拆卸性和可回收性设计思想原则也要与拆卸和回收所用到的处理工艺技术现状相结合。1 4 模块化设计冰箱通常由箱体、门体、制冷系统、电气系统等四大部分组成，这种模块化绿色设计思
20、想，不仅满足了产品的功能属性、经济属性，同时也满足了产品的环境属l性一方面加快了冰箱产品的开发速度，有利于产品功能性能的集成，简化产品结构，提高产品质量，降低生i产成本，快速应对市场需求；另一方面按模块化设计的产品便于装配，易于拆卸、维修、升级、延寿和回收利用。减少对环境的负面影响。1 5 绿色包装设计绿色包装必须具备的四点要求是：实行材料减量化：要易于回收、循环再利用；包装废弃物可以降解腐I化：包装材料对人体无毒无害，对环境友好。绿色包装设计要从源头上消除“白色污染”，节约能源，保护环境，实现可持续发展，其优点是：避免了过分包装；可循环重用；设计了可拆卸的包装结构等。1 6 绿色设计评价绿色
21、设计的目的不仅是使冰箱整体结构和功能性能趋于最优化，设计要求既要符合现代人的使用需求和审美理念，而且更要注重在产品的全生命周期与资源环境的协调友好。绿色设计的最终目的就是设计生产出绿色产品。如何判断所设计的产品是否属于绿色产品，一个行之有效的方法就是在产品设计开发阶段对设计方案进行绿色度的评价从而保证达到真正意义上的产品绿色设计开发目的绿色设计评价也是绿色设计过程中重要的一环。2 结束语节约能源的先进技术是保证我国经济、社会、环境可持续发展、建设节约型社会的重要技术基础，而绿色设计作为其中最重要的一环其最终目的也是要达到舒适生活与资源消耗的平衡以及短期经济利益与长期环保目标的平衡。在世界范围大
22、力倡导节能减排的背景下，冰箱业正处于竞争战略转型期，设计开发绿色电冰箱已成为我国冰箱制冷业发展的主流方向。参考文献：【1 J 刘光复，等绿色设计与绿色制造【M 】北京：机械工业出版社，1 9 9 9 【2 】刘飞，等绿色制造的理论与技术【M 】北京：科学出版社，2 0 0 5 【3 】蓝文凯浅谈电冰箱的绿色设计与制作【J 】电机电器技术，2 0 0 5 , 3 【4 】宫清付，鲍健强绿色设计中的材料选择【J 】江汉大学学报，2 0 0 5 ，3 【5 】李勇电冰箱的回收处理及绿色设计探讨叨再生资源研究, 2 0 0 6 名【6 】李倩冰箱外观设计P K 技术研发I N 中国电子报，2 0 0 6 2 2 3 【7 】袁飞冰箱与洗衣机节能技术新动力】日用电器，2 0 0 8 ，5 【8 】王铁军冰箱能效标准升级系统节能是关键I N 中国电子报, 2 0 0 9 ，1 5 7 万方数据
