陳軍

【摘 要】陳列柜的熱負荷計算是陳列柜設(shè)計和制冷機組選配的基礎(chǔ)，因此對陳列柜熱負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荷可以分為兩個區(qū)間分別分析：穩(wěn)態(tài)運行區(qū)間和非穩(wěn)態(tài)運行區(qū)間；其中穩(wěn)態(tài)運行區(qū)間的熱負荷包括傳導(dǎo)熱負荷和環(huán)境輻射熱負荷和陳列柜自身熱負荷三部分，非穩(wěn)態(tài)運行區(qū)間的熱負荷包括裝卸貨熱負荷和融霜熱負荷兩部分； 在此基礎(chǔ)上，對各部分熱負荷分別測定和計算。通過實驗驗證，說明該分析方法是可行的并具有一定的實際應(yīng)用價值。

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

0.引言

陳列柜通常用于商店和超級市場，它即具有低溫保存易腐敗商品和食品的功能，同時具有展示和銷售商品或食品的功能。陳列柜的熱負荷不僅是陳列柜設(shè)計和制冷機組選配的基礎(chǔ)，而且通過對熱負荷組成部分的定量分析，能夠為陳列柜的節(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荷的因素不同，需對這兩種柜型分別討論。

首先，對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，熱負荷的主要部分集中在傳導(dǎo)熱負荷和陳列柜自身熱負荷。

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

本文僅針對4門封閉式陳列柜熱負荷展開研究，以24小時作為一個周期，對穩(wěn)態(tài)運行和非穩(wěn)態(tài)運行兩個區(qū)間分別計算；其中包括1次裝貨和每小時每扇門開6次來卸貨（每次開門持續(xù)6秒鐘，共持續(xù)12小時），4次化霜（每次化霜持續(xù)0.58小時）；最后匯總得出陳列柜24小時的總負荷。

2.玻璃門陳列柜的熱負荷分析

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

2.1陳列柜穩(wěn)態(tài)運行期間的熱負荷

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

2.1.1傳導(dǎo)熱負荷

柜壁與外界傳導(dǎo)熱負荷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)境輻射熱負荷

從玻璃門進入的輻射熱負荷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陳列柜自身熱負荷

陳列柜自身熱負荷Q3來自柜內(nèi)照明和蒸發(fā)器風扇電機。主要包括風機發(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)風機數(shù)量；

Nf—風機電機消耗的電功率，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小時內(nèi)穩(wěn)態(tài)運行期間的熱負荷Q4：

Q4=24（Q1+Q2）+12Q3

2.2陳列柜非穩(wěn)態(tài)運行期間的熱負荷

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

2.2.1裝卸貨熱負荷

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

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—貨物絕對溫度，K；

T2—柜內(nèi)空氣平均溫度，K；

Δt—降溫時間，h。

卸貨熱負荷Q6 是指開門取貨時環(huán)境中的熱濕空氣通過風幕滲入柜內(nèi)的熱負荷，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融霜熱負荷

本文僅針對電熱融霜進行熱負荷計算：

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小時內(nèi)非穩(wěn)態(tài)運行期間的熱負荷Q8：

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

2.3陳列柜的總熱負荷

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

Q0=Q4+Q8

3.陳列柜熱負荷計算結(jié)果與實驗制冷量結(jié)果的比較分析

3.1陳列柜熱負荷計算結(jié)果Q0=Q4+Q8=43.2kW·h

3.2陳列柜實驗制冷量結(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—陳列柜進出口焓差，kJ/kg。

4.結(jié)論

本文對立式玻璃門冷凍陳列柜的熱負荷進行分析，并進行了實驗驗證，通過與陳列柜實驗制冷量結(jié)果的比較可以得出，該分析方法具有實際操作的可行性和應(yīng)用價值。因此可以為新設(shè)計的陳列柜熱負荷進行預(yù)測，同時為陳列柜設(shè)計、機組匹配以及陳列柜性能分析提供可靠的理論基礎(chǔ)。

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