立式玻璃門冷凍陳列柜熱負(fù)荷分析

陳軍

【摘 要】陳列柜的熱負(fù)荷計(jì)算是陳列柜設(shè)計(jì)和制冷機(jī)組選配的基礎(chǔ)，因此對(duì)陳列柜熱負(fù)荷定性定量地分析有著非常重要的意義。立式玻璃門陳列柜熱負(fù)荷可以分為兩個(gè)區(qū)間分別分析：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間和非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間；其中穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間的熱負(fù)荷包括傳導(dǎo)熱負(fù)荷和環(huán)境輻射熱負(fù)荷和陳列柜自身熱負(fù)荷三部分，非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間的熱負(fù)荷包括裝卸貨熱負(fù)荷和融霜熱負(fù)荷兩部分； 在此基礎(chǔ)上，對(duì)各部分熱負(fù)荷分別測(cè)定和計(jì)算。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，說明該分析方法是可行的并具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】立式玻璃門陳列柜；熱負(fù)荷；穩(wěn)態(tài)；非穩(wěn)態(tài)

0.引言

陳列柜通常用于商店和超級(jí)市場(chǎng)，它即具有低溫保存易腐敗商品和食品的功能，同時(shí)具有展示和銷售商品或食品的功能。陳列柜的熱負(fù)荷不僅是陳列柜設(shè)計(jì)和制冷機(jī)組選配的基礎(chǔ)，而且通過對(duì)熱負(fù)荷組成部分的定量分析，能夠?yàn)殛惲泄竦墓?jié)能和優(yōu)化提供依據(jù)。

1.概述

由于影響敞開式陳列柜和封閉式陳列柜熱負(fù)荷的因素不同，需對(duì)這兩種柜型分別討論。

首先，對(duì)于敞開式陳列柜而言，外界環(huán)境卷入的滲透熱量是其主要部分，其次是外界的輻射熱量；而封閉式陳列柜更類似冷凍冷藏箱，熱負(fù)荷的主要部分集中在傳導(dǎo)熱負(fù)荷和陳列柜自身熱負(fù)荷。

其次，由于陳列柜熱負(fù)荷的主要部分都與環(huán)境有關(guān)，可見超市或商場(chǎng)的環(huán)境參數(shù)（溫度和濕度）對(duì)陳列柜的熱負(fù)荷影響很大。對(duì)于敞開式陳列柜而言，環(huán)境的濕度不僅對(duì)熱負(fù)荷有很大影響，而且會(huì)影響蒸發(fā)器的結(jié)霜問題，因而控制環(huán)境的相對(duì)濕度對(duì)敞開式陳列柜的節(jié)能更具意義。對(duì)于封閉式陳列柜的熱負(fù)荷，環(huán)境參數(shù)的影響相對(duì)較小，陳列柜的循環(huán)風(fēng)量影響比較大；過大的循環(huán)風(fēng)量會(huì)導(dǎo)致陳列柜熱負(fù)荷增大，冷藏食品的干耗增大，但過小的循環(huán)風(fēng)量也會(huì)使陳列柜降溫緩慢，因而應(yīng)選擇合適的循環(huán)風(fēng)量。

本文僅針對(duì)4門封閉式陳列柜熱負(fù)荷展開研究，以24小時(shí)作為一個(gè)周期，對(duì)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行兩個(gè)區(qū)間分別計(jì)算；其中包括1次裝貨和每小時(shí)每扇門開6次來卸貨（每次開門持續(xù)6秒鐘，共持續(xù)12小時(shí)），4次化霜（每次化霜持續(xù)0.58小時(shí)）；最后匯總得出陳列柜24小時(shí)的總負(fù)荷。

2.玻璃門陳列柜的熱負(fù)荷分析

本文將陳列柜的熱負(fù)荷分為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間和非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間分別研究。

2.1陳列柜穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的熱負(fù)荷

陳列柜穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的熱負(fù)荷Q4包括傳導(dǎo)熱負(fù)荷Q1，環(huán)境輻射熱負(fù)荷Q2和陳列柜自身熱負(fù)荷Q3。

2.1.1傳導(dǎo)熱負(fù)荷

柜壁與外界傳導(dǎo)熱負(fù)荷Q1是指柜內(nèi)外空氣通過柜壁的導(dǎo)熱量，主要換熱形式為熱傳導(dǎo)。它的大小與很多因素有關(guān)，包括：柜壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)、柜壁的厚度、柜壁外表面積、柜外環(huán)境空氣溫度、柜內(nèi)空氣平均溫度等。Q1可由下式估算而得：

Q1=KF1（T1-T2）

式中：K—柜壁的總傳熱系數(shù)，kW/（M2·K）；

F1—柜壁外表面積，M2；

T1—柜外環(huán)境空氣溫度，K；

T2—柜內(nèi)空氣平均溫度，K。

2.1.2環(huán)境輻射熱負(fù)荷

從玻璃門進(jìn)入的輻射熱負(fù)荷Q2則主要與柜內(nèi)食品及柜內(nèi)壁的黑度、陳列柜玻璃門面積、柜外環(huán)境空氣溫度、柜內(nèi)陳列物或柜內(nèi)壁的表面溫度等參數(shù)相關(guān)。Q2可由下式估算而得：

Q2=ε?C0F2[（T1/100）4-（T3/100）4]

式中：ε—柜內(nèi)陳列物及柜內(nèi)壁的黑度；

?—輻射角系數(shù)；

C0—絕對(duì)黑物體的吸收系數(shù)，kW/（M2·K）；

F2—陳列柜玻璃門面積，M2；

T1—柜外環(huán)境空氣溫度，K；

T3—柜內(nèi)陳列物或柜內(nèi)壁的表面溫度，K。

2.1.3陳列柜自身熱負(fù)荷

陳列柜自身熱負(fù)荷Q3來自柜內(nèi)照明和蒸發(fā)器風(fēng)扇電機(jī)。主要包括風(fēng)機(jī)發(fā)熱量Qf、防露加熱器發(fā)熱量Qj和照明發(fā)熱量Qz等，均可由各自功率計(jì)算而得。Q3可由下式估算而得：

Q3=2Qf+2Qj+Qz=2n1Nf+2k1Nj+n2Nz

式中：n1—陳列柜內(nèi)風(fēng)機(jī)數(shù)量；

Nf—風(fēng)機(jī)電機(jī)消耗的電功率，kW；

k1—散入系數(shù)（電阻絲熱量散入柜內(nèi)的比率），%；

Nj—電阻絲的功率，kW；

n2—陳列柜內(nèi)日光燈數(shù)；

Nz—日光燈的功率，kW。

綜上可得24小時(shí)內(nèi)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的熱負(fù)荷Q4：

Q4=24（Q1+Q2）+12Q3

2.2陳列柜非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的熱負(fù)荷

在陳列柜裝卸貨和融霜的非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間，還有非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的熱負(fù)荷Q8，包括裝卸貨熱負(fù)荷Q5、Q6和融霜熱負(fù)荷Q7。

2.2.1裝卸貨熱負(fù)荷

裝貨熱負(fù)荷Q5 是指當(dāng)裝入貨物溫度比陳列柜柜內(nèi)空氣平均溫度高時(shí)，將其溫度降到柜內(nèi)空氣平均溫度的熱負(fù)荷：

Q5=mCl（T4-T2）Δt

式中：m—裝入貨物質(zhì)量，kg；

Cl—貨物比熱容，kW/（kg*k）；

T4—貨物絕對(duì)溫度，K；

T2—柜內(nèi)空氣平均溫度，K；

Δt—降溫時(shí)間，h。

卸貨熱負(fù)荷Q6 是指開門取貨時(shí)環(huán)境中的熱濕空氣通過風(fēng)幕滲入柜內(nèi)的熱負(fù)荷，由顯熱部分和潛熱部分組成：

Q6=ρVCp（T1-T2）+ρVCp（W1-W2）hw

式中：ρ—空氣密度，kg/m3；

V—卷入陳列柜的空氣體積流量，m3/h；

Cp—空氣比熱容，kW/（kg*k）；

W1—環(huán)境濕度；

W2—柜內(nèi)濕度；

hw—水蒸氣潛熱，kJ/kg。

2.2.2融霜熱負(fù)荷

本文僅針對(duì)電熱融霜進(jìn)行熱負(fù)荷計(jì)算：

Q7=W-Qm

式中：W—融霜輸入功率，kW；

Qm—霜融解所需熱量，kW。

綜上可得24小時(shí)內(nèi)非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的熱負(fù)荷Q8：

Q8=Q5+12*6*6*Q6/3600+4*0.58*Q7

2.3陳列柜的總熱負(fù)荷

陳列柜的總熱負(fù)荷Q0等于穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的熱負(fù)荷Q4、 Q8之和。

Q0=Q4+Q8

3.陳列柜熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)制冷量結(jié)果的比較分析

3.1陳列柜熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果Q0=Q4+Q8=43.2kW·h

3.2陳列柜實(shí)驗(yàn)制冷量結(jié)果

Q0'=（24-4*0.58）*η*mr*Δh=50.75kW·h

式中：η—陳列柜電磁閥開啟率；

mr—制冷劑流量，kg/h；

Δh—陳列柜進(jìn)出口焓差，kJ/kg。

4.結(jié)論

本文對(duì)立式玻璃門冷凍陳列柜的熱負(fù)荷進(jìn)行分析，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過與陳列柜實(shí)驗(yàn)制冷量結(jié)果的比較可以得出，該分析方法具有實(shí)際操作的可行性和應(yīng)用價(jià)值。因此可以為新設(shè)計(jì)的陳列柜熱負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)為陳列柜設(shè)計(jì)、機(jī)組匹配以及陳列柜性能分析提供可靠的理論基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳海濤.冷藏展示柜熱負(fù)荷設(shè)計(jì)及性能分析[J].制冷，1997，（4）：63～66.

[2]陳天及.商用制冷裝置[M].天津科學(xué)技術(shù)出版社，2001：221～240.

[3]申江.具有水平風(fēng)幕的冷藏陳列柜制冷負(fù)荷計(jì)算[J].制冷學(xué)報(bào)，1993.3：21～24.

[4]Faramarzi R.H.，Efficient Display Case Refrigeration[J].Int.J.Refrigeration，1999：11：46～54.

[5]Howell， R. H.，Effects of store relative humidity on refrigerated display case performance.ASHRAE Trans，1993，99（1）：667.

[6]Technical committee CEN/TC 44，EN ISO 23953-1：2005 Refrigerated display cabinets-Part 1：Vocabulary[S].