Optimizing a laundering program for textiles in a front-loading
washing machine and saving energy
优化前装洗衣机纺织品洗涤程序和节约能源
摘要
洗涤过程由于能源，水的消耗和化学品而具有重大的环境影响。本文优化了节能洗涤方案，尤其适用于衬衫，内衣等。通过高效实验设计来平衡温度，主洗时间和机械行动。因此，优化后的能源消耗比原来的能耗约低1/3。同时，洗涤力和织物磨损率基本上与原来相同。与原始程序相比，不使用额外的化学品或水。 这个发现可以帮助洗衣机制造商优化洗涤程序并将显着降低洗衣机的环境影响。
关键词：洗涤方案，优化，减少能源，脏物去除
正文
- 简介
洗衣服等家用纺织品在世界范围内是广泛的家务（Pakula和Stamminger，2010）。 洗涤过程由于能源，水和化学品的消耗会对环境产生重大的影响（图1）。 据统计，在用电消耗中，欧盟27国机电占住宅用电总量的6.4％（Bertoldi和Atanasiu，2009）。 另外，《生命周期》杂志评估衣服（Chen and He，2014）洗涤剂（Saouter和Van Hoof 2002）和洗衣机（Yuanetal2016）的研究显示，这些产品的生命周期中，“使用”时期通常是最耗能量的时期。
更受消费者欢迎的滚筒式洗衣机使用的水比波轮式更少。 然而，它们经常与热水和较长的机械搅拌有关，这导致更多的能量消耗。 实验测试表明，在洗涤过程中，当温度高于40℃时，用于加热洗涤负荷的能量占了超过78％（Mozes等，1998）。 2010年，德国的平均洗涤温度是46度（Hauthal，2012）。 降低洗涤温度是节约能源的有效途径，但也可能降低清洁效果。
根据Sinner Circle（图2），洗衣过程是温度，洗涤时间，机械和化学品协同作用的结果（Hauthal，2012），所以对可持续的洗涤过程，在不降低其他洗涤性能，如清洁效果和织物损伤的情况下，平衡这些参数是重要的。几个研究已经调查洗涤条件与水电等消耗对洗涤性能的影响。降低温度并延长洗涤时间能显着降低能源消耗同时保持清洁效果相同（Janczak等，2010）。但是，织物损坏不被考虑在内。事实上，延长洗涤时间容易造成织物损坏，所以这是一个需要考虑的重要性能方面。一些研究通过增加洗涤剂来节省能源或消毒剂优化参数。 Honisch 等得出结论，损失降温引起的卫生效果可以通过增加洗涤周期时间和使用活性氧化漂白剂补偿（Honisch等，2014）。 Fijan等优化了洗涤计划，通过从热转化为化学热作用同时确保消毒实现更多的节能（Fijan et al。，2008）。实施了最佳的低温洗涤程序，减少能源消耗达到较高的消毒效果，在一定化学品的用量和较低的纺织品损坏的情况下（Altenbaher等，2011）。虽然这些计划减少能源消费，使用更多的化学品，但确定了洗涤效率方面的最佳洗涤方法用电量。为此，机械动作由洗衣机的搅动和洗涤剂的化学作用被调查出来（Han等，2015），但能源和由化学生产造成的污染没有被考虑在内。
这项研究旨在优化可持续的洗涤活动，以减少能源消耗的而无需额外化学品，同时清洁效率和织物磨损损伤也考虑在内。
衣服中的污染物，来自人体的污染物是最常见的，占总数的70％。皮脂是洗涤中最大的污垢部分（Johansson和Somasundaran，2007）。因此，在这项研究中，使用了皮脂污渍试纸以确定清洁性能。这意味着这个程序更适合洗内衣和衬衫。
- 实验环节
在本研究中，通过实验研究获得了参数对洗涤性能的影响，并发现了最佳参数组合。
2.1。材料的制备
购自皮脂污渍试纸（GB / T 13174-2008）中国日用化学研究所削减到6times;6 cm2的样片。使用的除丝材料是涤纶织物，其线数为23端/厘米和19拣选/厘米。织物切成5times;5cm2片。测试负载由三件棉衬衫和一件衬衫组成棉基负荷（GB / T 8629-2001），一共1/4加载。而每件棉花基座的尺寸是92times;92 cm2。一个商业液体洗涤剂（Chaoneng，尼斯集团有限公司，中国）被使用。洗涤剂的主要成分包括椰子油皂片，阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂和洗涤剂助剂。在实验中，洗涤剂用量为20 mL，这是供应商推荐的剂量。洗涤研究中使用的机器是滚筒式洗衣机（2.8公斤，中国小吉互联科技有限公司）可调参数。使用的标准洗衣机是来自伊莱克斯有限公司的Wascator FOM71 CLS。
2.2。 实验设计（DOE）和洗涤程序的检测
JMP是由JMP开发的统计计算机程序SAS研究所的业务部门。 在本文中，JMP的定制设计师曾经常常设计实验。
（1）参数
这项研究的目的是开发一个较低的能源消耗程序但不增加化学品的用量或用水量。 因此，洗涤剂和浴液的用量比率是固定参数。 修改以下参数：机械作用（洗涤速度，准时和关闭时间），洗涤温度和主洗时间（用于加热的时间是包括在主洗时间内）。 详细参数和水平如表1所示
（2）洗涤程序
JMP定制设计设计的洗衣程序如表2所示。共有38组。
（2）织物磨损
脱线聚酯材料的测量是根据EMPA 304（IEC PAS 62473-2007）进行。 的纬纱的原始和剩余数量，如图所示对不同的程序更敏感，被算作计算织物磨损率。 在每个实验中，10个线程使用去除材料。 计算磨损率使用等式（3）参考IEC PAS 62473-2007。
其中A是线织物的纬纱的磨损率，To原始纬纱数，Tr为剩余编号纬纱。磨损率反映了织物的机械作用在洗涤过程中。 在某种程度上，织物的程度可以通过磨损率相对地测量损伤。
（3）能源消耗
每次洗衣程序的电力消耗由功率计（德国基督）测量1Wh。进水温度控制在20plusmn;2℃对于所有循环。
- 结果与讨论
3.1。程序优化
列出了每个设计的洗涤方案的测试结果在表2中。使用JMP软件分析数据建立“预测分析器”。清洁效率，织物磨损和能量消耗由“预测”确定剖析器“。毫无疑问，要求最低水平的三项指标对优化组合有很大的影响参数。内衣和衬衫洗得很频繁，所以所需的清洁效率不是很高。作为GB / T 4288-2008要求，如果鼓的洗涤能力（等式（2））的速率洗衣机最高可达1.0，这洗衣机可以认定为A级。GB / T 4288-2008中的规定用于本研究中的参考。测试的洗涤力“棉花60？C”程序（IEC 60456）的标准洗涤机器是54.07％。所以参考这个标准和方程式（2），优化程序的去污力至少应该是54.07％。对于织物磨损和能量消耗的速率，所需最低水平由原始水平确定程序。
根据三个指标所要求的最低水平目标是降低能源和更好的洗涤性能，优化在建立“预测”之后确定参数剖析器“。 优化和原始程序及其预测结果如表3所示。
比较原来和优化的程序，能源优化后的消费量约为1/3原来的，同时，洗涤力和织物磨损率基本上与原来相同。
为了验证结论，我们进行了五次重复实验的两个方案。 结果显示去污力和织物磨损无显着差异优化和原始程序之间的平均值优化后的能耗比下降了约37％原来的一个。 这证实了结论。
3.2。 能源消耗
在这项研究中已经发现大部分能量被使用加热洗衣池，这也得到其他研究的支持（Mozes et al。，1998; Janczak et al。，2010; Hauthal，2012; Kim等人，2015），因此降低温度是重中之重。 在这个研究中，从原来的40℃降温至32℃。温度对能量消耗的影响如图1所示。 3显然，能源消耗正相关温度。
3.3。 洗涤效率和洗涤性能程序
（1）洗涤效率
看来，优化程序的去污力是0.5％高于表3中的原始值。但是，在“预测”中Profiler“，洗涤效率预测的均方根误差是3.06％。 所以优化程序的去污力是基本上和原来一样。 它接近A级GB / T 4288-2008。 本标准用于评估家庭和中国类似的电动洗涤机。 在这项研究中，它被使用，仅供参考。
对于皮脂污染物质的去污力，主要控制因素排名主要是洗涤持续时间，温度和变量与机械动作相关。图 4显示不同的效果去污力变量。
清洁效率的回归模型如方程式所示（4）。
其中Y是皮脂污垢的去污力，X1是洗涤温度（℃），X2是主洗涤持续时间（min），X3是准时（s），X4断开时间。表4显示了去污力的统计学和方差分析模型。F值为54.09239，Probgt; F为4.92939times;10-14。它表明该模型是重要的。调整后的R2为0.852，表明该模型很适合。
从回归模型和图4，显然是主要的洗涤时间是影响去污力的最重要因素当洗涤剂的用量固定时。 随着温度或主洗时间增加，去污力提高。主要的洗涤持续时间可以延长以补偿其影响较低温度。但是，有多少限制洗涤时间应该是长的洗涤次数不受欢迎消费者。
（2）织物磨损
织物磨损率优化程序基本上是与原来一样。 在“预测分析器”中，根意思织物磨损预测误差为1.22％。
如预期的那样，与机械作用相关的参数有对织物磨损的重大影响。 主洗时间，上时间和时间是重要的变量。 图5显示的效果不同变量对织物磨损率的影响。
一般来说，织物磨损率随着增加而增加持续时间或“及时”。 但是，当mainwash持续时间为50分钟，磨损速率与之相似35分钟 在某种程度上，当洗涤时间增加到a时在这种洗涤负载条件下，织物磨损变得稳定。详细解释为什么磨损速度的机制在35分钟和50分钟的洗涤循环中可以研究类似的未来。
在这项研究中，为了获得良好的清洗性能减少能耗，降低温度和延长洗涤时间证明是有效的。 但是，这可能导致更高的织物磨损。 这个问题是通过降低来解决的通过降低“准时”适当地采取机械动作。
3.4。 温度，持续时间，机械作用的平衡
不同指标的“预测轮廓仪”如图6所示。并通过调整“预测分析器”中的参数来确定优化的洗涤条件。通过这种方式，优化方案实现了目标，这是较低的能源消耗，不降低清洗性能
增加织物磨损。
据Sinner Circle介绍，洗衣程序是结果的温度，持续时间，机械的协同作用作用和化学作用，如图２所示（Hauthal，2012）。 实现良好的洗涤性能需要所有因素的最佳贡献。
在这项研究中，化学作用是一个固定变量。 温度对溶解度和临界胶束浓度有影响特定类型的表面活性剂（Dave，2015）。在高温下，肥皂土可能会融化。 因此，无论是穿透进入纤维去除困难或形成介子阶段倾向于易于移除（Dave，2015）。 至于机械动作，a）保持均匀的洗涤剂浓度在整个洗涤液中，b）为排出物提供能量的脏物和c）保持被去除的脏物在洗液中悬浮（Dave，2015）。 洗衣时间越长时间可能有助于滚动脏物的稳定分散由洗涤剂溶液吸收或溶解，有助于提高整体洗涤性能（Woo等，2014）。
所有这三种效应都可以帮助脏物的脱落底物直接或间接。 因此，在某种程度上较高的机械性能较低洗涤温度下的作用和更长的持续时间可以弥补更高洗涤温度下的洗涤效率，同时显着节省能源消耗。然而，考虑到织物损坏和消费者的持续时间要求，把握好程度需要注意。
- 结论
滚筒洗衣机更节水，但更多能量密度高于波轮。 这项研究集中在滚筒洗衣机能量减少。 另外，洗涤效率和织物磨损也被认为是是重要的业绩指标。 我们已经证明了通过优化洗涤程序，能耗可以减少洗涤质量不变。 值得的提到水和洗涤剂的数量被保留和原来一样。
在这项研究中，衬衫和内衣的洗涤方案是用作示例。 结果表明优化程序可以节省高达约1/3的电量。 这个发现可以帮助洗衣机厂家优化洗涤程序并将大大减少对环境的影响洗衣机。 正在进行进一步的研究以进行研究优化其他脏物和底物的洗涤程序类型。 另外，卫生效果应该考虑在内未来。
感 谢
作者要感谢小吉互联网科技科技有限公司服装设计与重点实验室，东华大学提供实验室技术设备和技术支持。 作者非常感谢中国国家科学基金资助项目通过项目71373041进行这项研究。我们还要感谢本文的评论者。
参考文献
[1]Altenbaher, B., et al., 2011. Ecological parameters and disinfection effect of lowtemperature
laundering in hospitals in Slovenia. J. Clean. Prod. 19 (2), 253e258.
[2]Bertoldi, P., Atanasiu, B.,
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