高永红
海信容声（广东）冰箱有限公司
摘要：随着经济的发展和科技的进步，家电类冰箱行业经历了前所未有的发展。冰箱从古代的冰鉴发展演变成现今的结构器件、制冷系统、电控系统综合体以及被赋予智能化及物联技术的科技产品，其技术、用户需求等都已产生了巨大的改变。未来，随着科学技术的进一步发展，家用冰箱也势必向更加智能化的、人性化的、健康环保的、更加节能、储存分区细化的方向发展。而研究这些趋势，并加以设计和技术的方法转化，使之而更好的服务于用户，是企业和设计者必须完成的新使命。
关键词：智能物联趋势；生物识别；健康环保趋势；节能趋势；计算机模拟；数据模型函数；纳米多孔气凝胶；食品储存分区细化趋势；设计影响
引言:
由于消费者对家用冰箱产品的需求发生了巨大改变，由简单的储藏食品的器具演变为更高层次的需求，譬如具有美观、人性化、操作便利、节能、健康等特性或功能的复杂产品。在这种新的需求下，势必带来技术的不断革新和进步，来支撑和满足用户日益增长和品质化生活的需求。
1 冰箱发展概述
冰箱是一种保持恒定低温的器具，通过使食物或其他物品保持恒定低温冷态以避免其腐败。家用冰箱按时间轴大致可分为古代冰箱、近代冰箱和现代冰箱。中国在商代（公元前17世纪初一前11世纪）已懂得用冰块制冷保存食品。《周礼》中记载了古代的冰箱，叫做冰鉴。《周礼·天官·凌人》记载：“春始治鉴，凡外内饔之膳羞鉴焉，凡酒浆之酒醴亦如之。祭祀共冰鉴，宾客共冰。”公元前2000多年，西亚古巴比伦的幼发拉底河和底格里斯河流域的古代居民也已开始用冰块冷藏肉类。在中世纪，许多国家出现过把冰块放在特制的水柜或石柜内以保存食品的原始冰箱。1910年世界上第一台压缩式制冷的家用电冰箱在美国问世。1925年瑞典丽都公司开发了家用吸收式冰箱。1927年美国通用电气公司研制出全封闭式电冰箱。1930年采用不同加热方式的空气冷却连续扩散吸收式电冰箱投放市场。1931年新型制冷剂氟利昂12的研制成功，标志着冰箱技术进入了一个新阶段。我国在20世纪50年代后开始生产家用冰箱。
2 家用冰箱未来发展趋势及对设计的影响
设计者只有对未来技术趋势有了一定的展望和了解，才能设计出更加贴合未来人群需要的高质量的好产品。
2.1 智能化趋势及对设计的影响
当今计算机数据信息技术、智能技术、生物识别技术的飞速发展，使冰箱设计中的控制管理已呈现出智能化的趋势。冰箱可以通过网络技术管理等方式进行远程控制，也可以利用生物识别技术对冰箱内部的食品情况（例如：食品的储量情况、是否变质等）反馈到用户智能终端，便于用户随时可以查看食品的储量情况而进行食品补充，或者观察到有变质的情况进行及时的清理。同时，利用智能温控技术实现冰箱内部温度和环境的智能自动调节等。而如何将这些智能化的需求转换为具体的功能并方便用户操作和控制，是将来冰箱智能化设计的研究的主要方向。
2.1.1 人机交互模块设计
冰箱人机交互的设计最初只是一个控制温度的界面。随着智能化的发展和美学的不断完善，简单界面既无法适应新功能需求下设计要求，也不能满足消费者的审美需求。触摸屏界面技术的出现导致了冰箱界面设计的多向性和功能的操作的扁平化。冰箱的功能越来越多，通过在触摸屏不同区域或不同层级的模块分区设计，实现更加人性化智能化的交互，譬如屏幕信息主要包含关于冰箱温度调节范围、食品管理，在检测到食品储存后，对冰箱进行扫描和识别，并通过数据库获得食品的最佳温度，用户可以通过触摸屏相应模块来调节温度并访问更改界面；也可以增加一个提醒界面，包含异味报警、食品过期提醒、根据自己的需要对食品进行标签等；还可以增加一些如便条、备忘录、天气、厨房音乐、超市购物等小模块。
2.1.2以物联网为基础的人性化高端智能冰箱设计
通过服务器把传感器、冰箱、控制终端用网络链接，实现人与终端、终端与冰箱相联，实现信息化、远程管理控制及智能化。例如通过在冰箱内设计增加压力传感器、味觉传感器、摄像头等，可以随时侦测物体储存状态，如储存量、是否变质等，并及时通过小型终端（手机等）反馈到用户及时购买或处理；分析冰箱内的所有食物，调节出最适合的温度保存；当冰箱连网后，厂商就能够接受到关于冰箱的所有数据，整合分析用户的使用和储存习惯，并对本品牌的产品进行优化改善，设计出更加人性化的下一代产品；还可以通过写入健康食谱、营养成分分析、食物中毒防呆等程序，极大提高人们的健康保证和生活品质。且可节省大量的的调查及设计成本，极大推动了产品的发展。
未来冰箱智能物联的趋势，一方面要求设计者能够将计算机数据信息技术、智能技术、生物识别技术高效的糅合、集成化应用到未来冰箱的设计之中，这将导致设计团队的扩大化和设计专业的多样化需求，将涉及到人机交互、外观、人机工程、结构、系统、电气、电控软件及硬件、计算机编程设计等各个专业领域；另外一方面，这种多技术、跨专业的联合式产品研发无疑将加大产品的研发难度并拉长产品的研发周期。
2.2 健康环保趋势及对设计的影响
未来，随着人们生活水平和社会环保意识的不断提高，加之以世界或国家环保冰箱补贴政策的驱动效应，冰箱设计的健康环保趋势将更加明显。例如在冰箱设计理念中，绿色环保制冷剂和可回收利用制造材料的应用就是其环保发展趋势的典型体现。又如出口欧盟的产品必须满足Rosh、食品接触材料安全等各种强制性指令要求。
目前冰箱制冷剂已在2012年以后逐渐切换为新型制冷剂R600a。 R600a优点是ODP为零、对臭氧层没有损害、GWP值接近零、温室效应小、能效比略优于R12；缺点是属于易燃易爆物品，使用和操作必须符合相关安全规范和要求。另外，在冰箱的设计过程中，要注意使用环保原材料，减少白色污染，多使用可回收、可重复使用的材料。例如，在冰箱泡沫材料的选择上，应选用可生物降解的泡沫材料，以减少冰箱报废后对环境的污染。
在健康环保的趋势下，伴随着科学技术的进步，类似重金属等各种对人体有害物质、对环境有污染的物质，其检验方法和手段的会越来越多，这将意味着冰箱行业需要去寻找和开发更加环保的材料（如镀铬处理改为食品接触级喷涂处理）以满足未来的可持续发展。
2.3节能趋势及对设计的影响
在全球传统自然能源过量开采使用的当代，人类不得不向可再生新能源、波能、可燃冰、微生物能源等新能源领域进行探索与研究，以解决未来能源供应问题。在这种时代的大背景下，冰箱作为一种能源消耗式的家用电器，其耗电量参数已成为全球各个地区或国家衡量其性能的首要指标。近年来，世界各地区或国家针对冰箱的能效实施了更高的能源效率等级及相应的补贴政策，如欧洲A+++、澳大利亚5.5星级、中国1级、北美市场E-Star能源效率等级等。由于能源的有限性和人类无限需求之间的相对矛盾，未来，这种趋势将愈演愈烈。可以说，未来谁能制造出超级节能冰箱，谁就拥有了品牌在市场的绝对优势。例如：海信品牌是澳大利亚市场高能效产品开发的先行者和企业带头人，2018年满足澳洲5.5星能效产品投放澳洲市场以来，取得了市场、渠道和消费者的一致认可，并驱动了行业的良性竞争和发展。故设计和制造更加节能的冰箱，已成为当前乃至未来冰箱设计过程中主要的研究课题之一。
2.3.1计算机模拟及数据模型函数进行高效制冷系统的匹配性研究。目前冰箱制冷系统的匹配设计，基本是依赖于制冷系统的理论计算和设计经验来实现。但是未来，在能源效率等级不断提高的趋势下，单纯靠理论计算和经验设计对于能耗的改善基本达到了瓶颈，除非未来引入了某些创新技术，很难有重大的突破。所以未来极大的可能我们需要借助于计算机技术进行模拟设计，并通过建立一组数据模型函数，求取该函数的在特定边界条件下（常量值如环境温度、环境湿度、冰箱的冷藏容积、冷冻容积、压缩机COP值、制冷量、风扇电机功耗、压缩机功耗、内部灯功耗、门封的功耗损失等、变量值如冷凝器的长度、管径、蒸发器的面积、蒸发管管径、除露管长度等、工质的放热系数）的极小值，这个极小值就是我们期望得到的结果，也可将部分变量设定为常量，进行单一变量的优化研究。
2.3.2新型低导热材料的研究与应用。当前行业主流的隔热材料有环戊烷发泡材料（导热系数通常为0.018～0.022W/mK）及真空绝热板（VIP板，导热系数在0.005W/mK以下）。一些高等级能效指数的产品采用环戊烷发泡材料+真空绝热板（VIP板）组合的方案，通过提高产品的保温性能，并结合改善压缩机开停比，降低其耗电量。另外一种高绝热性能纳米多孔气凝胶材料，导热系数约为PU的1/12，可以大幅提升保温性能的同时，最大化扩充产品容积，但因其价格昂贵，目前应用极少。但随着能源短缺问题日趋严重，未来，气凝胶纳米多孔绝热材料将极有可能大范围应用于冰箱产业。所以，研究气凝胶纳米多孔绝热材料如何与冰箱设计相结合，将成为未来冰箱设计研究的新方向。
2.3.3不断提高冰箱压缩机效能。压缩机式冰箱的主要能耗部分和核心部件，故压缩机效能的提高，新型压缩机技术的研究，是更加节能冰箱实现的要因之一，如当前传统定频闭合往复式压缩机向变频压缩机的转变，就是最好的例证。
2.3.4通过产品结构形式的创新节省冰箱耗电。例如创新门中门结构，在用户拿取门上的饮料或食品时，仅需打开前层门体，减少冷气损失，间接节省冰箱耗电。而门中门带来的另外2个便利是：①用户无需花费很大力气的打开布满食品的整个门体、仅需打开轻盈的前层门体；②不会导致食品的晃到或倾翻。
2.3.5新型保温节能门封的研究应用。通过改善和优化门封的截面形状（高度、磁条搭接面积、气囊尺寸及翅片个数等参数），提高门封保温节能性能，改善冰箱耗电。
2.4 食品储存分区细化趋势及对设计的影响
随着人们物质生活日趋富裕，人们对生活品质追求将不断地提高，例如最初的冰箱的发明的目的仅是储藏食品，减缓食品变质。但发展到现在，出于健康和个性化需求，人们对食品的储存分区更细化。以下图阐述储存分区细化的演变趋势。
从上图可以清晰的看出，随着时间的推移（隐含条件是人们对生活品质追求不断地提高），用户对食品储存空间更加细分化，对储存空间温度和湿度的要求更加精准化（韩国家电制造商Samsung在2015年国际消费电子展览会上，展出温度波动±1.0℉的精确控温冰箱）。在这种趋势下，要求设计者从传统的粗犷式设计向精细化分区设计方向转变，包括结构实现方式和功能创新，也将衍生出新的技术和检验标准，不但满足用户日益增长的储存需求，而且极大推动行业的深度发展。
结语
通过分析时代背景的演化和人类需求的多元化、举证近年来冰箱行业技术的发展，概析冰箱行业未来技术的发展趋势，如智能物联趋势、生物识别、健康环保趋势、节能趋势、食品分区化储存趋势及其对设计的影响，并提出未来合理的设计应对措施，为未来家用冰箱的设计提供了深度可行的参考。
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