冷冻冷藏陈列柜的节能探讨李玉红陈天及余克志(上海水产大学食品学院)摘要随着大型超市的不断发展,冷冻冷藏陈列柜的使用量越来越大,陈列柜的节能也越来越重要。

本文阐述了冷冻冷藏陈列柜的相关节能技术,分析比较其特点,并指出了其应用前景。

关键词陈列柜结构优化配套技术节能S TUDY ON IMPROVING THE EFFICIENCY OFREFRIGERATED MERC HANDISERSLI Yuhong CHEN Tianji YU Kezhi(College of Food Science,Shang hai Fisheries University)ABSTRACT With the development of supermarkets,more and more refrig erated merchandis-ers are used w idely.So,it is very important to im prove the energy performance of refrigerated merchandisers.This paper discusses how to improve the energ y efficiency of refrigerated mer-chandisers and compares the characteristics of technolog ies concerned.KEY W ORDS Refrigerated merchandisers Optimum design of structure Aux iliary tech-nolog ies Energ y sav ing1前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,在全国各地如雨后春笋般涌现,用来存储鱼、肉、果蔬,以及各种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1%,也等于其网上购物的销售利润之和。

另外以日本一家标准超市为例,用于陈列柜的电力消耗将占整个超市的一半以上[1]。

因此陈列柜的节能非常重要,但是陈列柜的节能不仅需要陈列柜本身技术开发,而且需要与陈列柜使用运行的一系列配套技术的改进和发展。

冷冻冷藏陈列柜的节能可以从两个角度考虑:即从结构设计和系统方面考虑。

从结构方面考虑有风幕的优化设计、蒸发器的优化设计、防露加热器的智能控制、夜间罩的使用等等。

从系统方面考虑可采用以下几种方式:并联机组、液体制冷剂过冷、合适的融霜方式及融霜控制等。

2陈列柜结构的改进2.1风幕的优化设计陈列柜种类很多,按照封闭与否,有敞开式和密闭式陈列柜之分。

密闭式陈列柜能耗小,敞开式陈列柜因为与外界直接相通,热湿交换强烈,能耗往往是密闭式的两倍。

对于敞开式陈列柜,为保证柜内温度,必须采用风幕来阻挡外面热湿空气的渗入。

采用高效蜂巢式出风口可以减小出风口射流扰动强度,整流效果较好,出风速度也较为均匀,从而减弱了环境空气与冷空气的换热。

理论上用偏离数Dm来表示风幕封闭敞口的能力,其值等于风幕出风口空气动量与风幕两侧空气压力差之比。

为保证风幕的封闭能力,需要保证最小的偏离数[2]。

偏离数受风幕的送风速度和温度影响很大,送风速度过小,风幕起不到封闭的作用。

一般为保证风幕封闭敞口的能力,陈列柜的送风速度偏大,导致风幕外侧与环境空气相接处,空气速度梯度较大,该处动能交换强烈,卷吸进的热湿空气及外溢的冷空气因此而大大增加,从而增加了陈列柜第3卷第6期2003年12月制冷与空调REFRI GERA T ION AN D A IR-CON DIT I ON INGV ol.3,N o.6December2003的制冷负荷以及融霜时间和融霜次数。

低温立式敞开式陈列柜一般采用双层或三层风幕,这样可以适当提高内层风幕的风速,适当降低外层风幕的风速,同时风幕厚度增加了两倍,从内到外风速递减,风幕效率会大大提高,如在环境温度为25e,相对湿度为60%时,双层风幕陈列柜的冷负荷仅为单层风幕陈列柜的55%[1]。

如果在蜂巢式出风口之前采用合理的整流板,调整出风口风速场,使出风口送风速度从柜内到柜外逐渐递减,降低出风口外侧(与环境相通一侧)速度梯度,使外侧的扰动强度尽量减小,则卷入的热湿空气以及在陈列柜下部外溢的冷空气就会相应减小,蒸发器上的结霜量也会明显减少,融霜时间以及融霜次数随之减少,因此降低了陈列柜的能量消耗。

2.2合理的蒸发器形式作为制冷系统的重要组成部分,蒸发器的设计是否合理,对陈列柜的节能影响非常大。

合理而高效的蒸发器应该结霜均匀,制冷运转时间较长,融霜时间短,融霜次数少。

我们在实验中发现,翅片间距不变的蒸发器结霜很不均匀,一般下部先结霜(迎风面),与整个蒸发器相比,结霜严重,同时随着霜层的加厚,冷风送风量明显减少,柜温上升快。

当蒸发器迎风面翅片间距增大,背风面间距不变时,结霜情况有所改善,但仍然不很均匀,两种翅片相接处结霜较厚。

若采用三种翅片间距组合,则效果将会更好。

国内蒸发器一般做成一个整体,融霜时制冷系统停止运行,融霜加热启动,融霜时间较长,柜内温度波动大,能耗也大,并且融霜热量仅有15%有效,其余75%耗散在柜内。

如果采用模块化蒸发器,不间断制冷的热蒸气融霜方式,能明显降低能耗,融霜时间由20分钟左右缩短到7~9分钟,柜内温度波动小,既保证了食品的品质,又延长了食品的储存时间。

这各陈列柜一般做成两个或者三个蒸发器模块,融霜时依次一个一个融霜,总有蒸发器在制冷。

为保证制冷中的蒸发器的冷风机循环在风道中,设置有切换风门,在风道中设置了电磁阀和自动控制线路等装置,融霜结束后,几个模块蒸发器又可同时制冷。

2.3防露加热器的控制由于冷冻冷藏陈列柜内要求温度较低,柜内外壁面、扶手,以及蜂巢式出风口处均易结露、结霜,尤其是蜂巢式出风口的结霜会逐渐堵塞蜂窝孔,严重降低冷风送风量,所以这些地方均设有软线加热器防止结露,加热器的功率一般按照夏季温湿度最大的恶劣环境进行设计。

对于低温立式敞开式陈列柜,防露加热器的功率消耗甚至占陈列柜总电耗的16%以上。

随着季节的变化,环境温湿度均发生了比较大的变化,而环境温湿度的变化对陈列柜的结霜情况影响很大,柜内各处的结霜情况必定随之发生变化,因此有必要随环境温湿度的改变而改变防露加热器的功率,从而达到降低陈列柜能耗的目的。

如利用放置在超市内的温湿度传感器检测室内的温度和相对湿度,或者利用放在陈列柜内的传感器检测柜内结露部位的温湿度,根据相关温湿度的变化调整防露加热器的功率。

3环境温湿度的改善大量实验已经证实敞开式陈列柜50%以上的热量是由环境空气从风幕处带入的[3,4],立式敞开式陈列柜70%以上的热量是由环境空气从风幕处带入的[5],所以环境空气的温度和相对湿度对陈列柜影响很大。

超市内空气的湿球温度每升高5u(2.8e),立式搁架陈列柜的回风温度就升高3~4u(1.7e~2.2e),而对于低温立式敞开式陈列柜,回风温升更大。

Datta等在保持环境温度22e恒定条件下,改变环境相对湿度,选取40% RH、51%RH、57%RH三组数据进行实验,其结果为:运行320min,57%RH的结霜量是40%RH 的1.8倍;S.N.Kondepudi等的实验结果为:运行50m in,80%RH的结霜量是65%RH的结霜量的2.5倍[6]。

因此空调环境温湿度的合理设计将会大大降低陈列柜的能耗,夏天超市内最好安装除湿器,使环境保持在24e,RH55%以下。

4系统技术的改善4.1并联机组[7]理论上讲,所提供的冷量能够随着陈列柜的负荷变化的压缩冷凝机组是理想的节能机组。

事实上不可能完全做到,只能逐渐逼近。

现实中的压缩冷凝机组的状况是:按照夏季的最大负荷选择冷凝机组,在春、秋、冬季节以及一天24小时内,随着室外温度降低,风冷机组制冷能力增大;另外,由于室内温度下降、柜内无照明或陈列柜夜间加盖或加罩,将引起陈列柜冷冻负荷减少。

如果用单台压缩机的风冷机组,使得蒸发温度太低,开停机频繁,能耗过大。

此时,对于单台压缩冷凝机组,一般夏季#21#第6期李玉红等:冷冻冷藏陈列柜的节能探讨仅中午和下午满负荷运行,早晚可能有开停机运行,而春秋冬季存在间断运行,由此产生并联机组。

陈列柜的冷冻负荷最大值是在夏季,假设为100%,在冬季根据陈列柜的使用温度不同,负荷减少20%~60%。

而机组的冷冻能力是根据夏季负荷进行设定的,多机并联机组能够根据负荷的不同,而依次停止压缩机,以提高运转效率,达到节能的目的。

运行表明,用二台并联机组可以节能17%,而用合理设计的三台并联机组,节能可达20%。

至于机组的控制问题,通常2台并联机组可使用压力控制来实现,而对于3台以上的并联机组则必须使用微电脑控制。

其优点在于:(1)从节能方面看,通过电子压力传感器监测吸气压力,使多台压缩机在最佳状态下运转,达到节能的目的,中温场合节能10%~15%,低温场合节能5%~10%;(2)从使用寿命看,多台压缩机的交替运转,各台运转率平均,使整个机组的寿命提高;(3)从窗口功能看,运转数据、设定压力、压缩机启停、除霜等都能通过液晶显示盘确认,一目了然。

4.2 采用混合制冷剂过冷系统在一定的冷凝温度和蒸发温度下,采用过冷循环理论上总是有利的,而且过冷度越大,对循环越有利。

但是仅仅依靠冷凝器本身来使液体过冷,其过冷度总是有限的。

若采用辅助循环,利用纯氟利昂制冷剂过冷主循环液体制冷剂,能够降低10%到15%的能量。

而采用合适的混合制冷剂效果会更加明显,下图是设计的带混合制冷剂过冷的循环系统图[3]。

主循环采用制冷剂为R507,辅助循环分别采用了R22,混合制冷剂1和混合制冷剂2进行预冷,辅助循环采用了回热循环来提高辅助循环的制冷系数。

表1是采用不同制冷剂进行预冷时主循环性能的改善情况。

表1 采用不同制冷剂进行预冷时主循环性能改善的比较辅助循环制冷剂(单位)R22混合制冷剂1混合制冷剂2压力比 5.8 4.8 2.3排气温度(e )618265过冷器能量消耗(kw ) 5.8 4.8 3.8与R22R 相比效率1 1.21 1.53R507制冷能力提高(%)909090R507COP 提高(%)172637由图表可以看出采用合适的混合制冷剂辅助循环过冷主循环制冷剂液体能够显著提高制冷循图1 带预冷循环的制冷系统环的制冷量和COP 值。

采用辅助循环后增加的制冷量可以给更多的陈列柜提供冷量,或者在保持原来制冷量的基础上,选用较小功率的制冷机组。

实验证明,保持供给制冷量不变,采用合适的混合制冷剂后,主循环和辅助循环做成的机组整体体积大小甚至比原机组降低30%[3]。