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1、超市陈列柜制冷系统热气融霜方案的探讨 贾维铎(大连三洋冷链有 限公 司，辽宁 大连 1 1 6 6 0 0)-。-。-。-。-。-。-。-。-_。-。-。-：摘要：主要探讨 了超 市陈列柜制冷 系统热气融霜的两种方案；定性地分析 了热气融霜的节：能特性。：关键词：陈列柜；热气融霜；节能：-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-中图分类号：T B 6 5 7 文献标识码：A 文章 编号：1 0 0 6-8 4 4 9(2 0 0 8)0 5 0 0 6 4 0 4 0 引言 随着人民生活水平的提高，生活节奏的加快，便利 店、超市、购物 中心等越来越受到人们的欢迎，在全 国
2、各地如雨后春笋般涌现，用来存储鱼、肉、果蔬等冷冻 食品的商用陈列柜 因此倍受商家青睐。然而冷冻冷藏 陈列柜的能量消耗非常大，如在美 国三万家超市里，陈 列柜的电费相当于所有商品的价格总和的 l，也等 于其网上购物的销售利润之和。另外 以H本一家标准 超市为例，用于陈列柜的电力消耗 占整个超市 电力消 耗的一半以上。因此陈列柜的节能非常重要，用于陈 列柜蒸发 盘管 的除霜能量 占了超市制冷系统的大部 分。直接采用电加热除霜的能量每天每英寸(2 5 4 mm)盘管 的电量消耗就高达 l k Wh，占所有陈列柜能量消 耗的 2 5 之多。除霜循环 的附加热负荷同时增加了压 缩机的运行时间和能量消耗。
3、这个热负荷一般使压缩 机的能量消耗间接增加 5 0。统计以上数字：商场总 电量 的 6 0 以上消耗于冷冻冷藏食品的设备，这其 中 的 3 7 的电能用于蒸发器除霜被消耗，也就是商场总 电量 的 1 5 1 4的电能被消耗在蒸发器除霜上，累计 美国每年总发电量 的近 2 的电能被消耗在蒸发器 除 霜上，这是一个非常惊人的数字，也是一个非常值得我 们关注的数字。1 蒸发器结霜的机理 当含湿气流与温度低于其露点温度 的表面接触 时，就会发生凝结现象；如果该露点温度低于水三相点 的温度时，就会附着在接触面上而形成霜。这一现象广 泛发生在制冷及低温工程等领域 中。当陈列柜蒸发器表面温度降到 0 C 以
4、下时，其表 面开始有霜形成。大量的霜将会增大传热热阻，降低流 过蒸发器的空气的流量，导致蒸发器制冷量的减少，对 陈列柜的性能产生不 良影响。因此，蒸发器需定期融霜 以保证陈列柜的正常运行。通过对霜生长机理的研究 表明：霜生长需要一定的温度势和浓度势，霜的成长过 程既包含由温度差引起的传热过程，又包含 由浓度差 引起的传质过程，所以霜的成长模型就是热、质传递的 模型。2 融霜方式 超市陈列柜绝大多数是开放式的，柜外的热湿空 气会通过风幕进人到柜内，在蒸发器上结霜，因此也就 产生了蒸发器的结霜问题。过厚的霜层必然会导致柜 温的上升，使食品融化变质，导致陈列柜无法正常使 用。因此为保证陈列柜能正常工
5、作，对蒸发器的合理融 霜是必不可少的，并且不同的融霜办法会对融霜效果 产生极大的影响。有很多不 同的除霜方法被运用于实 际，这些方法都是依赖于环境空气、电加热空气、热水、热的乙二醇、热蒸气(热气旁通或者逆循环)和饱和蒸 气作为媒介来实现除霜。常用的的融霜方法有 6种：水融霜(人工融霜)、停 机融霜、自然融霜、电热融霜、热气融霜和暖液融霜。目 6 4 N o 5 2 0 0 8 第 29 卷 投不父况 前 自然融霜和电热融霜因为其设计难度低，生产和现 地施工较为容易，同时融霜效果也相对可靠，因此是最 经常使用的两种方式，但并不是最佳的融霜方法，下面 对以上 6种融霜方法分别加以阐述。2 1水融霜
6、 水融霜也被称为人工融霜，一般不经常使用，因为 很难保证其连续性以及操作困难，并不适用于商业使 用。但是在水源方便，并且要求在很短的时问内融掉霜 时被采用，所 以这种方式被用于紧急情况，如维修时，若正常除霜系统失灵话，在不能停机 的情况下用这种 方式能解燃眉之急。这种方式虽然不被经常使用，但正 因为被用于紧急情况，所 以陈列柜设计时仍然要予以 考虑。霜时，暖液将直接进入蒸发器，暖液流经蒸发器盘管，将积累在盘管上的霜融化。虽然蒸发器 出E l 的液体仍 处于高压，但其温度降低，再流经膨胀装置进入吸气管 道。其原理与液体喷射系统 中制冷剂膨胀直接进入吸 气集气管 以降低吸气的过热度是相同的，这部分
7、制冷 剂没有全部浪费。但是当环境温度很低，环境压力也低 时，冷凝温度就会 比较低，这时没有足够 的除霜热量。因此，需在连接蒸发器入 口和电磁 阀的液体管上安装 电加热管来加热液体，以防冬季液体温度不够高而无 法快速除霜，或者在低环境温度下，用液体管和排气交 换热量，可提高液体温度。暖液除霜是一个可靠的、节 能的除霜方法，降低了对蒸发器的热 冲击。此外由于不 存在除霜循环中节流液体，所以不会降低系统的制冷 能 力。2 2 停机融霜 26 热气融霜 停机融霜一般被用于营业时间不长或者不连续工 作(如夜间不运转)，结霜量不大、营业额不大、或者 白 天能销完全部商品，或者即使销售不完也将剩余商品 储藏
8、于冷库的营业方式。此法不考虑任何设计除霜功 能部件，完全靠不营业期间(夜间)柜温的不断上升 自 然融掉蒸发器的霜，周而复始，结霜融霜。一般也不用 于大型商业领域，超市在夜间一般是不会把食品置于 冷库的，因这会导致较大的工作量，并且第二天要恢复 营业需较长的时间，一般仅在农贸市场的小商贩使用。2 3 自然 融霜 自然融霜不需要额外的融霜热源，因此不需要再 消耗能源，可以起到节能作用，控制也简单。但是由于 提供融霜热量少，会导致融霜时间长，一般用于库内温 度要求 2 C以上的陈列柜，蒸发器表面在对应的环境 工况下不会结冰，只是露水，所 以采用停机方式，利用 空气循环的热量来融霜。2。4 电热融霜
9、由于电热融霜控制简单，施工方面，目前大部分厂 家都采用电加热除霜方式。用于融霜的热量中仅仅 占 电热总量的 1 5，其余 8 5 用于加热蒸发器盘管，耗 散在陈列柜内部，又增加 了制冷负荷。由于加热时，空 气与蒸发器盘管上的霜层进行的是对流换热，由外到 内，所 以换热较慢，融霜时间较长，柜内温升比较高，影 响了食 品品质。但因为这种融霜方式融霜可靠，控制 回 路也简单，仍然被广泛应用在陈列柜上。2 5 暖液融霜 暖液是指从冷凝器 回流 的液体，当蒸发器需要除 热气除霜是利用压缩机高温排气融霜，由于排气 温度很高会使得蒸发盘管有较大程度的热冲击，换热 器在较大温差变化下导致严重的热胀冷缩，从而使
10、得 蒸发器发生制冷剂泄漏。热气除霜是制冷剂泄漏的主 要原因。热气融霜多应用于两 台以上陈列柜的集 中供 冷系统，融霜时，一部分高温压缩机排气引入需要融霜 的蒸发器。与电加热融霜不 同，热气融霜没有引入额外 的热源(电源)，而是，高温气体和蒸发器盘管进行对流 换热，盘管再和管外霜层进行传导换热，由内及外，换 热效果好，融霜时间短，柜内温升小，能耗相对较小。但 是，系统融霜控制 比较复杂，同时高压蒸汽流过蒸发 器，对蒸发器盘管耐压性要求较高。电热融霜需要消耗额外的电能，使得电能消耗增 加。而逆向热气循环融霜则不存在这个问题。Z a h i d H Ri z v i 从理论 预测 和实验对 电热融霜
11、和逆 向热气除霜 进行了对 比研究。结果表明，在理论预测上，逆向热气 循 环除霜的效 率要 比电热融霜高出 3 3 3 3 7 5倍，实 际结果则为 3 8 3 4 4 9倍，电热融霜将会逐渐被逆向 热气循环融霜所取代。下面着重介绍一下热气融霜的 两种方式。2 6 1 逆循 环 融霜方 式 如图 1 箭头所示为系统在制冷时冷媒的流向图，冷媒经过压缩机、四通换 向阀、冷凝器、单 向阀、电磁 阀、膨胀阀、蒸发器，再经过四通换 向阀回到压缩机。如图 2箭头所示为系统在融霜时冷媒的流向图，冷媒经过压缩机、四通换 向阀蒸发器、单向阀、毛细管、冷凝器、四通换 向阀，回到压缩机。在系统中加装一个 类似于空调
12、热泵系统的四通换 向阀，融霜的时候让系 脯 I 65 总 第123期 第29卷 I uJ 四通换向阀 毛细管 图 1 制冷循环时 系统流程图 毛细管 图 2 热气融霜时系统流 程图 统逆循环，压缩机 的高温、高压的气体 直接进入蒸 发 器，通过高温的气体将蒸发器上的冰层化掉，而且热量 是从里面向外面传导，融霜效果会更好，从定性角度分 析，这种逆循环融霜方式是热泵循环的一种方式，是将 图 3 两台蒸发器 系统流程 图 仪不父况 低温热源的热量加上压缩机的功率一起提供给蒸发器 用来融霜，是节能的方法。这种热气融霜方式使用于单 台蒸发器的形式。2 6 2 两 台(或 两个 区域)蒸发 器 系统 的方
13、 式 如图 3 适用于两台(或两个 区域)蒸发器的融霜方 式，例如蒸发器 1 制冷、蒸发器 2融霜时 的系统原理：电磁阀 6 关 闭，电磁 阀 1，2打开，电磁 阀 3，4关闭，电 磁阀 5打开。这种两个蒸发器系统 的融霜方式，与一台 蒸发器时融霜方式类似，也就是热泵循环方式；而两台 蒸发器 的系统可使一台蒸发器制冷的同时，另外一台 蒸发器融霜，让两台蒸发器错开融霜，其 中各个 阀件的 开关由控制器进行设定。与前面不同的是将从蒸发器冷凝 回来的液体不是 进人冷凝器而是直接进入到储液器中，同时为了保证 从蒸发器 回来 的液汽混合物能够正 常地 回到储 液器 中，在系统上加装一个压力调节阀，使排气
14、压力高于储 液器 0 0 3 MP a。融霜的控制方面可以采用按需融霜和 按时问融霜两种控制方式。按需融霜可以根据蒸发器 结霜的情况对系统的影响来判断是否要进行融霜，判 断的依据可以是陈列柜区域的温度、湿度值，可 以是除 霜的历史纪录，按时间控制时，在一天的某一个时间段(通常是顾客较少的时候)设定为除霜时间段，一般设 定为 3 0 m i n，一天一次或者两次，根据结霜情况而定。蒸发器侧的热气融霜系统流程详图参见 图 4、图 5，箭头所示为冷媒流动方 向。图 4 蒸发器侧制冷时系统流程图 6 6 l 釉 卷 图 5 蒸 发 器 侧 热 气 融 霜 时 系 统 流 程 图 技 术 交 流 3 结
15、语 由于热气融霜是将压缩机的输入功率连同低温热 源一同供给蒸发器融霜所需热量的热泵效应，节能效 果明显，可排除热胀冷缩对于蒸发器的影响，是一个很 好的除霜方案，本文提出的两种热气融霜方案具有很 好的实践指导意义，在实际使用中，由于一台机组为数 台陈列柜供冷，频繁的融霜又会带来制冷系统的控制 问题，所 以探索一种经济、方便、可靠的融霜方法，使融 霜周期、融霜时间和结霜量三者匹配，将是今后在融霜 方面的研究方向。参考文献：1】陈天及 商业用制冷装置 M1 天津：天津科学技术出版社，2 0 0 1 2 2 1 2 4 0 收稿 日期：2 0 0 8 0 5 2 9 修 回日期：2 0 0 8 0 7
16、 0 4 An a l y s i s o f Pl a n s o f t he Ho t Ga s De f r o s t i ng i n t h e Re f r i g e r a t i o n Sy s t e m o f S ho wc a s e s i n S u pe r M a r k e t s J I A W e i d u o (D a l i a n s a n y o C o l d c h a i n C o ，L t d，D a l i a n 1 1 6 6 0 0，C h i n a)Abs t r a c t：Th i s t he s i s t
17、 r e a t s o f t he t wo p l a ns o f t h e h o t g a s d e f r o s t i n g i n t he r e fri g e r a t i o n s y s t e m o f s h o wc a s e s i n s u p e r ma r k e t s，a n d a n a l y z e d t h e pr o p e r t y o f e ne r g y s a v i n g o f ho t g a s d e fro s t i n g qu a l i t a t i v e l y Ke
18、y wor d s：s ho wc a s e；ho t g a s d e fro s t i n g；e n e r g y s a v i n g 作者简介：贾维铎(1 9 7 5 一)，男，吉林九台人，学士，硕士，主要从事工作：超市系统工程设计。(上接第 5 4页)1 1 结语 本系统投入使用后运行稳定，能满足设计要求并 得到业主的肯定。笔者以为对于该类实验室项 目，通 风柜面风速 以及房间压力控制是关键，因此对风量平 衡 的计算应加以足够的重视，此外为满足房 间的各项 参数，合理的 自动控制系统也不可缺少。由于本次实 验室设计为全新风系统，必须采取合理 的节能措施，以 获得最大的社会
19、效益和经济效益。参考文献：【1 A K E I T H F U R R C RC Ha n d b o o k o f L a b o r a t o r y S a f e t y M F o u a h E d i t i o n CRC Pr e s s，1 9 9 5 2 AN S I A I H A Z 9 5 2 0 0 3 S e c t i o n 5 7，A me ri c a n N a t i o n a l S t a n d a r d f o r L a b o r a t o r y V e n t i l a t i o n【S 1 【3】I AN B DMC
20、I N T O S H A S H R AE L a b o r a t o r y D e s i g n G u i d e M】1 s t Ed i t i o n Ame ric a n S o c i e t y o f He a t i n g，Re f rig e r a t i n g，2 0 0 2 4】A C G I H I n d u s t r i al V e n t i l a t i o na Ma n u al o f Re c o m me n d e d P r a c t i c e M 2 5 t h Ed i t i o n Ame ric a n C
21、o n f e r e n c e o f Go v e r n me n t a l a n d I n d us t r i al Hy g e n i s t s，2 0 0 4 【5 5 G T HO MA S S AU N D E R S L a b o r a t o ry F u m e H ood s：A U s e r S Ma n u al M 1 s t Ed i t i o n W i l e y-I n t e r s c ie n c e，1 9 9 3 6】AS H RA E 2 0 0 7 A S H RA E H a n d b o o kH e a t i
22、n g，V e n t i l a t i n g，a n d A i r C o n d i t i o n i n g Ap p l i c a t i o n s M】E d i t i o n 2 0 0 7 A me r S oci e t y o f He a t i n g，2 0 0 7 收稿 日期：2 0 0 8 0 9 0 2 HVAC De s i g n Ex a m p l e f o r La b Ar e a o f Ce r t a i n R&D Ce nt e r GONG W e i l i(E l e v e n t hDe s i g n&R e s
23、e arc h n s t i t u t e，I TC o ，L t d，S h a n g h ai 2 0 0 0 6 2，C h i n a)Abs t r a c t：I nt r o d u c e d t he d e s i g n o f a i r c o n d i t i o n i n g，e x ha us t，h u mi d i t y&t e mpe r a t u r e a n d p r e s s ur e c o n t r o l o f c e na i n R&D c e n t e r i n t r o du c e d t he e x
24、ha us t s y s t e m d e s i g n o f l a b f u me h o o d，o u t l i n e VAV s y s t e m d e s i g n o f l a r g e R&D l a b a n d i n d o o r p a r a me t e r s c o n t r o l p l a n；S u mma r i z e d t h e c o mp a r i s o n o f VAV e q u i p me n t a n d e q u i p me n t s e l e c t i o n b a s i s a n d p r o v i de d d e s i g n no t e s Ke y wo r d s：R&D c e n t e r；a i r-c o n di t i o n i ng；e x h a u s t；f ume ho o d；VAV；p r e s s ur e c o n t r o l 作者简介：龚伟力(1 9 8 1 一)，男，上海人，学士，工程师，从事暖通空调设计。：I 6 7