家用電器常用技術(shù)及發(fā)展趨勢介紹

1、家用電器常用技術(shù)及發(fā)展趨勢介紹一、白色家用電器智能化技術(shù)發(fā)展以冰箱、洗衣機、空調(diào)為代表的白色家電是住宅中主要的耗能器具，白色家電的電力消耗約占家庭全部電力消耗的2/3。從家用電器誕生起，完善的功能、便利的操作以及智能化一直是家電技術(shù)發(fā)展的重要課題。而構(gòu)成家電產(chǎn)品智能化的三個組成部分為信息交換、信息獲得和協(xié)調(diào)運行。1 .信息交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)20世紀80年代后，電子技術(shù)，特別是計算機技術(shù)在家用電器領(lǐng)域得到廣泛應用，使得家用電器控制系統(tǒng)的功能不斷完善，自動控制功能越來越豐富。家電智能化在這一時期的主要特征是產(chǎn)品具備更為完善的自主運行能力。1999年，意大利家電企業(yè)梅洛尼公司展示了世界上第一臺通過互聯(lián)網(wǎng)和

2、GSM無線網(wǎng)控制的洗衣機，從此網(wǎng)絡(luò)化成為家電智能化技術(shù)發(fā)展的新方向。梅洛尼公司的網(wǎng)絡(luò)洗衣機使用“Web功能電器協(xié)議”（WRAP）與電器產(chǎn)品或住宅內(nèi)的監(jiān)控裝置進行信息交換，用戶可以通過個人Web頁面，隨時檢查機器的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，遠程啟動產(chǎn)品接受電子郵件信息或手機短信息，人機界面為熒光顯示屏。梅洛尼公司為這種新型洗衣機開通了24小時遠程服務，并定期對軟件進行升級，一旦監(jiān)控中心發(fā)現(xiàn)洗衣機發(fā)生故障，就會通知維修人員前往維修。止匕外，監(jiān)控中心還能對用戶產(chǎn)品的使用情況進行監(jiān)控，并及時向用戶提出建議，提高洗滌的效率和效益。在原有家電的基礎(chǔ)上，擴展聯(lián)網(wǎng)功能，即家電+電視是網(wǎng)絡(luò)家電的特征，這類網(wǎng)絡(luò)家電通常被稱為智能

3、家電。智能家電主要突出產(chǎn)品的遠程控制功能，用戶可以通過移動電話和計算機終端對網(wǎng)絡(luò)家電進行一對一操作，同時將計算機的功能附加到家電產(chǎn)品上。但是，家電產(chǎn)品的自身功能和應用方式并未發(fā)生太大變化,由于價格較高，新增功能對于多數(shù)用戶來說并沒有實際意義。這類可以上網(wǎng)的智能家電，除了認識方面的價值和宣傳方面的作用外，最大的意義是使家電產(chǎn)品具備了信息交換能力。受技術(shù)發(fā)展水平制約，智能家電的技術(shù)發(fā)展?jié)摿Σ⑽吹玫桨l(fā)揮，在市場上沒有太大影響。不管是稱為網(wǎng)絡(luò)家電還是信息家電，這類家電基本上是與互聯(lián)網(wǎng)的簡單組合。多媒體智能冰箱可能是這一時期家電智能化技術(shù)比較具有代表性的產(chǎn)品。除了觀看電視，配備平板電視顯示屏的多媒體冰箱

4、可以連接各類外接設(shè)備，包括連接計算機。智能化冰箱可以顯示出冰箱內(nèi)食品的數(shù)量、保質(zhì)期、最佳保存方法和烹調(diào)方式，還可以作為普通電視機和收音機使用。另外，智能化冰箱能夠根據(jù)主人的設(shè)置，告知用戶冰箱里缺少什么，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇購買，有的冰箱甚至可以通過電腦程序自動聯(lián)系超市送貨。按照類似的思路，幾乎所有智能家電都可以安裝一臺具備上網(wǎng)功能的電視機。其實，對于在廚房忙碌的家庭主婦而言，顯示器更重要的作用是能夠同時照看在另一個房間玩耍的孩子，或者知道按響門鈴的人是郵遞員還是來訪的朋友，于是出現(xiàn)了將所有智能家電的多媒體界面功能集中在一個專用顯示器上的方案。由于當今的智能化住宅管理系統(tǒng)本身具備較為完善的

5、自主管理能力，多數(shù)的管理操作可以自動完成，一般情況下不需要遠程人工干預。例如，利用全室環(huán)境管理功能，當住宅內(nèi)無人時，智能化空調(diào)系統(tǒng)可以利用通風或其他方式以最低的功率將房間維持在預置的無人模式規(guī)定的溫/濕度范圍，而人進入房間數(shù)分鐘后就可將溫/濕度自動調(diào)節(jié)到適宜的范圍。止匕外，在正常的使用條件下，家用電器在壽命周期內(nèi)的故障率已經(jīng)大大降低，而控制功能完善的家電產(chǎn)品通常具備較為完善的故障自診斷功能，那么利用聯(lián)網(wǎng)功能自動向生產(chǎn)商報告故障的功能并無實際意義。住宅信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為網(wǎng)絡(luò)家電拓展了新的發(fā)展領(lǐng)域，家電產(chǎn)品只需與住宅內(nèi)的信息網(wǎng)絡(luò)相連，就可以通過家庭網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)相連，并不需要每臺家電都具備直接

6、聯(lián)接互聯(lián)網(wǎng)的功能。日本在2003年前后開展的網(wǎng)絡(luò)家電應用試驗結(jié)果表明，集中控制能夠提高家電產(chǎn)品的能源利用效率，只要把白色家電系統(tǒng)化，就能夠保存單個產(chǎn)品無法保留的運行記錄和來自各種傳感器的數(shù)據(jù)。除了節(jié)能方面的意義，白色家電的信息化將賦予家用電器新的功能。2007年，美國惠普公司開始銷售被稱為“完美的廚房計算機”的HPTouchSmartPC系列計算機。對廚房電器的管理通常采用圖形菜單的操作界面，使用觸摸屏作為顯示器和操作界面比使用常規(guī)鍵盤更適合。在配備顯示屏的廚房家電產(chǎn)品不斷出現(xiàn)的背景下，這種計算機的問世改變了廚房遍布顯示屏的情況。利用家電產(chǎn)品的聯(lián)網(wǎng)功能，將各種家電產(chǎn)品的顯示功能集中在計算機上，

7、簡化了對家電器具的管理。如今，網(wǎng)絡(luò)家電的概念已不再是互聯(lián)網(wǎng)普及初期的家電+電視機。恰恰相反，由于網(wǎng)絡(luò)家電通常不再需要多媒體功能以及直接與互聯(lián)網(wǎng)相連，不但無需大大小小的彩色顯示屏，也許連原有的家電操作界面也不再需要，僅保留在離網(wǎng)時默認的自動運行方式的應急操作界面即可。復雜的功能設(shè)定由專家系統(tǒng)輔助，用戶只需給定一些個性化的參數(shù)，就能夠自主完成全過程的運行管理，操作界面則集中到某臺配備顯示器的通用控制器或標準PC上。美國英特爾公司推出的智能家電管理終端就是對住宅所有智能家電進行集中管理的界面。較有代表性的網(wǎng)絡(luò)家電系統(tǒng)是日本松下電工公司2003年12月開始銷售的、通過互聯(lián)網(wǎng)對家電設(shè)備進行遙控操作的“E

8、mitHomeSystem該系統(tǒng)以名為“Homity”的控制器為中心，具有報告闖入者的“安全功能”、出門在外也能接待來客的“通信功能”告家人已回家等信息的“看護功能”、對照明設(shè)備開關(guān)進行遠程操作的“控制器功能”、顯示電表數(shù)及天氣預報等內(nèi)容的“服務功能”。同時，網(wǎng)絡(luò)家電的發(fā)展也衍生了家電產(chǎn)品的服務型銷售概念。伊萊克斯公司自1999年開始在瑞典旅游勝地哥德蘭島進行服務型銷售試點。伊萊克斯公司免費向島上的7000戶居民提供所需的家用電器。根據(jù)協(xié)議，伊萊克斯公司每月按使用次數(shù)向用戶收費，利用互聯(lián)網(wǎng)對家用電器的使用情況進行監(jiān)控。2 .信息獲得一一傳感技術(shù)傳感器是家用電器獲得信息的主要來源，對家電產(chǎn)品的智

9、能化水平有著至關(guān)重要的作用。利用傳感器提高產(chǎn)品性能是智能家電技術(shù)近年來的發(fā)展重點，除了提高電力電子器件和電機等核心部件的效率，運行過程和運行模式成為關(guān)注的焦點。白色家電的特點是具體的處理對象隨用戶使用而變化，以洗衣機為例，廠商并不清楚要洗的是何種衣物。如果想要進行更精確的控制，就需要通過傳感器檢測產(chǎn)品的狀態(tài)，并根據(jù)檢測到的信息進行控制。采用熱源傳感器改善房間空調(diào)運行效率的技術(shù)，在20世紀90年代初已經(jīng)出現(xiàn)在日本市場。這類產(chǎn)品的運行模式是，利用熱源傳感器測定人體表面溫度，并調(diào)節(jié)風量和風溫。但這只能達到“可能舒適”的狀態(tài)，用戶并不一定真的舒適。使用者的判斷標準各異，還會隨著季節(jié)等外在因素發(fā)生變化。

10、目前，白色家電在設(shè)計時主要考慮如何涵蓋更大的范圍，尚不能兼顧個體的不同需求。如果把能夠判斷出用戶是否舒適的傳感器安裝在白色家電上，并應用于控制,白色家電會被賦予新的價值。想實現(xiàn)這個目標，檢測人類感覺是必要的條件。目前，直接顯示舒適性的感覺還無法檢測，將脈搏、血壓、出汗量等人體信息作為顯示舒適性的信息是未來技術(shù)發(fā)展方向之一。松下公司將利用傳感器技術(shù)減少家電產(chǎn)品過剩運行導致的效率損失的解決方案命名為“生態(tài)導航(ECONAVI)”。2005年上市的溫水沖洗馬桶”瞬間溫暖馬桶”是該系列最早的產(chǎn)品。ECONAVI使用多個傳感器監(jiān)控產(chǎn)品的運行狀態(tài)和處理對象的狀態(tài)，使家電器具在最佳狀態(tài)下運行，從而在保持舒適

11、性和便利性的同時減少能源浪費。在配備檢測傳感器前，相應的家電器具基本都是以最大值運行的，一定程度上存在浪費。松下公司通過增加傳感器、提高監(jiān)控精度以及更精確的控制調(diào)節(jié)措施，優(yōu)化了運行狀態(tài)，提高了節(jié)能效益。松下NA-V5600等洗衣干衣機為實現(xiàn)ECONAVI功能，在原來的布量傳感器基礎(chǔ)上，增加了污漬傳感器和汗?jié)n傳感器。產(chǎn)品可以根據(jù)3個傳感器的數(shù)據(jù)判斷衣物的臟度，決定洗滌程序的水量、時間及漂洗程序的水量。耗電量最多可以削減10%,水量最多可減少7%,洗滌時間最多可減少15%。布量傳感器采用洗滌槽驅(qū)動用電機的電流值，污漬傳感器采用可以判斷水渾濁度的紅外線傳感器，汗?jié)n傳感器采用測量水電離度的電極傳感器。

12、最為復雜的是對應污漬程度設(shè)定的最佳運行模式，污漬程度有100多種，既可以滿足洗衣機最關(guān)鍵的去污等基本性能的要求，還可以兼顧節(jié)能性。西門子公司2009年投放市場的洗衣機采用了3DSMART技術(shù)。三維傳感技術(shù)能通過動感探測頭收集滾筒洗衣機的運行軌跡數(shù)據(jù)，由控制單元根據(jù)需要對滾筒運轉(zhuǎn)的方向和速度進行全程調(diào)控，使筒內(nèi)衣物均勻分布，最大化利用筒內(nèi)空問，從而實現(xiàn)8kg超大容量與小巧機型的均衡配置。西門子3D智能洗衣機所有操作都可以通過1個26mmX13mm的超大中文觸摸屏實現(xiàn)，洗衣狀況一目了然。自20世紀90年代以來，西門子滾筒洗衣機每公斤衣物耗電量下降了近40%,耗水量下降了近70%;冰箱耗電量下降了近

13、80%,洗碗機耗電量和耗水量也分別下降40%和60%。該公司開發(fā)的Interlink系列廚電產(chǎn)品，實現(xiàn)了吸油煙機與灶具的聯(lián)動一一點火時吸油煙機自動啟動，熄火時吸油煙機自動延時熄滅，既避免了油煙困擾，也減少了能源浪費。智能化吸油煙機可以根據(jù)烹飪時溫度的變化，自動開關(guān)機和調(diào)節(jié)風量大小。采用智能化系統(tǒng)控制的洗碗機，可以根據(jù)餐具的臟污程度對洗滌程序進行自動調(diào)節(jié)，自動控制進水量和洗滌時間等。西門子公司還把智能記憶技術(shù)應用在熱水器上。產(chǎn)品能記住用戶的用水規(guī)律，在不用水時，熱水器處于半工作狀態(tài)，僅起保溫作用；在用水時，熱水器可以提前迅速提高水溫，保證用戶有足夠的熱水可用。采用射頻識別技術(shù)的傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，俗稱

14、“物聯(lián)網(wǎng)”，是近年來家電信息化技術(shù)的一個熱點。該技術(shù)的特點是利用射頻標簽和標簽識別裝置，使家電產(chǎn)品獲得處理對象的信息。例如，利用衣服上的射頻標簽，可以準確告知洗衣機應選擇何種洗滌模式；利用食品包裝上的射頻標簽，冰箱可以自動登記品種、數(shù)量、保質(zhì)期以及存放時間；灶具可以按照射頻標簽的信息確定適宜的烹飪模式。射頻識別技術(shù)完善了傳感技術(shù)，但是，對于白色家電而言，在可以預期的將來，射頻識別技術(shù)不可能取代其他傳感技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)只是家電產(chǎn)品智能化的一種工具，而不是全部。3 .協(xié)調(diào)運行一一系統(tǒng)管理優(yōu)化運行管理是家用電器產(chǎn)品節(jié)能技術(shù)發(fā)展的主要方向，其中包括太陽能熱水器與燃氣熱水器的聯(lián)合運行，熱泵系統(tǒng)與太陽能熱

15、水器或燃氣熱水器的聯(lián)合運行，以及如何更好地利用夜間電網(wǎng)負荷低谷時段的低價電力。多種功能相同或相似的家用器具集成配置，大大增加了用戶的操作工作量，而且由于存在運行優(yōu)化的問題，用戶實際上難以應付。解決的措施是利用信息技術(shù)從能源供求的角度將各自獨立運行的家電產(chǎn)品，組成一個有機聯(lián)系的能源系統(tǒng)，以優(yōu)化運行管理。從運行管理優(yōu)化的角度來看，家電智能化的要求是家電集中管理，這有利于及時對各末端的運行狀態(tài)進行優(yōu)化調(diào)節(jié)，最大限度提高住宅能源系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，降低燃氣、電力和熱能消耗。因此，白色家用電器智能化技術(shù)的發(fā)展目標之一，是使白色家電能夠納入HEMS(HomeEnergyManagementSystems)的

16、系統(tǒng)化管理范疇。為滿足與HEMS進行信息交換的要求，可以通過不同的手段實現(xiàn)對家電產(chǎn)品運行參數(shù)的集中監(jiān)控，從而實現(xiàn)對全住宅的能源相關(guān)裝置進行系統(tǒng)化的優(yōu)化運行管理，以最大限度降低能源費用支出。按照在美國、日本等地的試驗運行情況來看，使用HEMS的節(jié)能潛力為5%20%。智能化住宅管理系統(tǒng)通常是將住宅中包括家用電器和燃器具在內(nèi)的所有智能器具進行集中管理的裝置，即在一個操作界面上對所有器具進行集中管理。這種智能化管理方案可以利用家庭信息網(wǎng)絡(luò)，成為相對復雜的管理系統(tǒng)的控制信息傳輸方式，簡化了管理系統(tǒng)現(xiàn)場施工的復雜程度，使系統(tǒng)組態(tài)更加靈活，提高系統(tǒng)競爭力。日本住宅節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向是將住宅內(nèi)的能源轉(zhuǎn)換裝置、

17、蓄能裝置和耗能裝置進行系統(tǒng)化管理，所有相關(guān)裝置的運行狀態(tài)由HEMS集中監(jiān)控。日本住宅節(jié)能技術(shù)側(cè)重于可再生能源發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)、蓄電等方面，配備蓄電池的住宅電力系統(tǒng)在電網(wǎng)負荷高峰運行時段，可以離網(wǎng)運行。因此，類似歐美地區(qū)的需求響應型家用電器并未引起日本企業(yè)的關(guān)注。日本企業(yè)更重視家電產(chǎn)品運行過程的節(jié)能，例如通過傳感器的應用提高產(chǎn)品性能，減少過剩運行需求從而降低能耗。美國通用電氣公司為零凈能耗住宅開發(fā)了智能電網(wǎng)用戶端服務器以及具有雙向通訊功能的智能電表。用戶端服務器是智能電網(wǎng)與住宅之間的信息接口裝置，也是住宅各種家電的集中管理裝置，相關(guān)的信息都通過該服務器。通用電氣公司的住宅能源管理器(HEM)將所有

18、家用電器，包括太陽能光伏裝置、風力發(fā)電裝置、蓄電池等集中管理，利用易于操作的界面，簡化復雜的管理工作用戶不僅可以實時監(jiān)控住宅內(nèi)所有家用電器的狀態(tài)，了解住宅供用電等信息，還能夠?qū)崿F(xiàn)與電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)交換。二、變頻技術(shù)在家用電器中的應用1 .變頻洗衣機變頻波輪式洗衣機于90年代初最先由日本三菱公司推出，隨后新西蘭公司也推出了變頻攪拌式洗衣機。目前歐洲和日本正在研制變頻滾筒式洗衣機。變頻洗衣機具有三大特點：一是提高洗衣效果。由于采用直接驅(qū)動式變頻電機，具洗滌、脫水速度可調(diào)，可以針對不同衣物的質(zhì)地確定不同的洗滌脫水速度。同時，在洗滌桶和波輪低速轉(zhuǎn)動時也能產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩。采用電磁制動器，可實現(xiàn)反向高速轉(zhuǎn)動

19、。同時可根據(jù)洗滌物的種類、數(shù)量、臟污程度，選擇水流，使衣物的洗凈率和磨損率達到最佳效果。二是節(jié)能。變頻洗衣機效率高，過去的洗衣機電機的效率僅為40%50%,而直流變頻洗衣機的效率可達到80%以上，從而實現(xiàn)節(jié)約能源。三是噪聲低、振動小。這是因為直流變頻電機的電磁噪聲要小于單相感應電機，同時改機械傳動為直接傳動，使齒輪、皮帶、電磁噪聲還脫水振動得到有效控制。如日本夏普公司開發(fā)的ESA80E型變頻洗衣機。具洗滌噪聲為28dB。脫水噪聲為40dB，脫水振動減少一半，與8年前該公司的ES-B55機型相比，現(xiàn)在的ES-A80E機型的耗電約為老機型的三分之一。無錫小天鵝公司是我國最早開發(fā)變頻洗衣機的廠家。該

20、公司去年面市的“洗衣機”，采用先進的無刷直流變頻電機進行無級調(diào)速以及PWM變頻控制技術(shù)，洗滌轉(zhuǎn)速和節(jié)拍可同時改變，速度控制靈活，可洗滌不同質(zhì)地的所有衣物，根據(jù)衣物質(zhì)地選擇不同脫水轉(zhuǎn)速，從而達到高洗凈、低磨損、免纏繞的效果。具低噪聲和高效節(jié)能表現(xiàn)在平均脫水噪聲在59dB(A)以下。比普通洗衣機下降10dB(A)。特設(shè)的靜音程序，噪聲在55dB(A)以下。直流變頻電機壽命比傳統(tǒng)的感應電機延長200%,而能耗降低50%。2 .變頻空調(diào)變頻空調(diào)是空調(diào)發(fā)展的大趨勢，與普通空調(diào)相比，變頻空調(diào)在舒適性、靜音、恒溫以及高效運轉(zhuǎn)、延長使用壽命等方面有顯著優(yōu)勢。當提高頻率時，壓縮機便高速旋轉(zhuǎn)，輸出功率增大。反之，

21、降低頻率時，壓縮機的輸出功率減少。因此，變頻空調(diào)可根據(jù)不同的室內(nèi)環(huán)境狀況，以最合適的輸出功率進行運轉(zhuǎn)。而傳統(tǒng)的定速機種，則依靠其不斷地“開、?！眮碚{(diào)整室內(nèi)濕度，具一開一停之間容易造成室溫或冷或熱，并消耗較多能量。變頻空調(diào)則依靠壓縮機轉(zhuǎn)速的快慢達到控制室溫的目的，因而室溫波動小，電能消耗少，其舒適度大大提高。而運用變頻控制技術(shù)的變頻空調(diào)，可根據(jù)環(huán)境溫度自動選擇制熱、制冷和除濕運轉(zhuǎn)方式，使居室在短時間內(nèi)迅速達到所需要的溫度并在低轉(zhuǎn)速、低能耗下以較小的溫差波動，實現(xiàn)快速、節(jié)能和舒適的控溫效果。據(jù)了解，日本作為變頻空調(diào)的強國，從80年代初就開始將VVVF變頻調(diào)速技術(shù)用于壓縮機電機的控制，目前，變頻空調(diào)

22、已占其市場的90%左右。與此同時，變頻空調(diào)在我國發(fā)展相當快，僅僅不到8年時問，就達到與日本先進水平同步。如我國的海爾集團從1993年開始生產(chǎn)變頻空調(diào)，從最初的單轉(zhuǎn)子變頻壓縮機技術(shù)發(fā)展到今天的運用直流變頻加PAM技術(shù)，將我國的變頻技術(shù)帶到了一個更高的發(fā)展層次，帶動了我國變頻技術(shù)的全面提升。目前，海爾變頻空調(diào)已經(jīng)有了8個系列968種產(chǎn)品，是目前我國變頻空調(diào)規(guī)模最大的生產(chǎn)基地。3 .變頻冰箱變頻冰箱主要是通過變頻技術(shù)來調(diào)節(jié)壓縮機的轉(zhuǎn)速，它通過提取冰箱各問室溫度與設(shè)定溫度的差值，作為連續(xù)控制信號輸入到變頻器中，從而實現(xiàn)自動改變輸出交流電頻率的目的。這樣，在維持冰箱于設(shè)定溫度穩(wěn)定運轉(zhuǎn)過程中，壓縮機基本維持著連續(xù)的低速運轉(zhuǎn)，與傳統(tǒng)依靠通斷調(diào)節(jié)的定速機種相比，可明顯延長壓縮機的使用壽命，從而達到節(jié)能、省電的目的，使冰箱處于最佳效率狀態(tài)下運行。如東芝公司生產(chǎn)的GR-356M12變頻冰箱，采用PWM變頻器，整個系統(tǒng)在工頻電源起動之后，通過變頻器快速運轉(zhuǎn)，然后進行工頻電源運轉(zhuǎn)或者變頻器