張文慧 龔 毅 呂彥力

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 鄭州 450002)

隨著我國人民生活水平的迅速提高、生活節(jié)奏的加快以及生活方式的多樣化，超市取得了大規(guī)模的發(fā)展，因此用來貯藏和展示冷凍冷藏產(chǎn)品的陳列柜也取得了空前規(guī)模的發(fā)展。由于立式敞開式冷藏陳列柜可以為顧客營造一個輕松、隨意的購物環(huán)境，因而得到了廣大用戶的青睞。冷藏陳列柜儲藏易腐食品的溫度必須滿足M1等級要求(－1～5℃)，保證食品溫度在5℃以下［1］。為了保證柜內(nèi)所貯食品溫度，冷藏陳列柜制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器必須在0℃以下運行，這樣會造成蒸發(fā)器結(jié)霜，因此必須對蒸發(fā)器定期融霜。但是，定期融霜不僅會對柜內(nèi)食品溫度產(chǎn)生不良影響，也會造成陳列柜負(fù)荷增加［2－4］。

為了延緩蒸發(fā)器結(jié)霜，保證食品品質(zhì)，對立式敞開式冷藏陳列柜進(jìn)行改造，采用蒸發(fā)器溫度及傳熱分級的方法:第一級采用過熱器作為減濕預(yù)冷器，對風(fēng)幕回風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷，第二級蒸發(fā)器為主蒸發(fā)器，承擔(dān)冷卻柜內(nèi)食品溫度和內(nèi)層風(fēng)幕的任務(wù)。這樣不僅可以延緩蒸發(fā)器結(jié)霜速度，減少融霜次數(shù)，從而減少融霜加熱量，降低陳列柜負(fù)荷;并且使能量梯級利用，在達(dá)到節(jié)能目的的同時，提高陳列柜的性能［5－8］。

增設(shè)減濕預(yù)冷器后，冷藏陳列柜風(fēng)幕的送風(fēng)狀態(tài)、回風(fēng)狀態(tài)均會發(fā)生變化。而風(fēng)幕送回風(fēng)狀態(tài)的變化不僅會影響風(fēng)幕卷吸系數(shù)，還會影響陳列柜負(fù)荷。本文主要對減濕預(yù)冷器對冷藏陳列柜風(fēng)幕送回風(fēng)狀態(tài)的影響進(jìn)行實驗研究，從而分析其對風(fēng)幕性能和陳列柜負(fù)荷的影響。

1 實驗裝置

此方案采用減濕預(yù)冷器來預(yù)冷空氣，對風(fēng)幕回風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷除濕。系統(tǒng)改造后陳列柜制冷系統(tǒng)的系統(tǒng)流程圖及其結(jié)構(gòu)布置圖如圖1和圖2所示［3］。

實驗研究對象是上海通用富士冷機(jī)有限公司生產(chǎn)的型號為DEI-107的立式敞開式中溫陳列柜，風(fēng)幕為兩層結(jié)構(gòu)，減濕預(yù)冷器置于冷藏陳列柜底層擱架下方，如圖3所示［6］。陳列柜內(nèi)層風(fēng)幕是經(jīng)過蒸發(fā)器的冷風(fēng)幕，主要起冷卻作用，外層風(fēng)幕是不經(jīng)過蒸發(fā)器的非冷風(fēng)幕，主要起隔絕內(nèi)外空氣的作用。實驗臺參照國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T21001.1—2007［1］冷藏陳列柜實驗條件搭建。

圖2結(jié)構(gòu)布置圖Fig．2 Framework of the cabinet

2 實驗結(jié)果分析

在測試環(huán)境溫度為25℃，環(huán)境相對濕度為60%條件下，增設(shè)減濕預(yù)冷器后，陳列柜制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度由－10℃增加到－7℃，制冷劑通過減濕預(yù)冷器后過熱度為8℃，冷凝溫度由30.5℃增加到35.3℃。由于制冷系統(tǒng)中制冷劑各狀態(tài)點發(fā)生變化，因此風(fēng)幕的送回風(fēng)溫度、相對濕度、焓值均發(fā)生了變化。

圖3實驗用陳列柜實物圖Fig．3 Picture of the experimental cabinet

2.1 減濕預(yù)冷器對風(fēng)幕送回風(fēng)溫度的影響分析

由于實驗樣柜為兩層風(fēng)幕，內(nèi)風(fēng)幕送風(fēng)溫度越低，冷空氣中的相對濕度越小，各流層之間的溫度差、濕度差越大，由此產(chǎn)生的壓差也越大，傳熱傳質(zhì)的驅(qū)動力增強(qiáng)，更容易使得內(nèi)層風(fēng)幕和外層風(fēng)幕、外層風(fēng)幕和周圍環(huán)境空間的熱質(zhì)交換加劇。

圖4為傳統(tǒng)冷藏陳列柜一個融霜周期(6 h)風(fēng)幕的送回風(fēng)溫度隨時間的變化圖。實驗結(jié)果表明:傳統(tǒng)冷藏陳列柜(改造前)在系統(tǒng)運行4 h后，內(nèi)層風(fēng)幕送風(fēng)溫度急劇上升，這是由于系統(tǒng)運行4 h后，蒸發(fā)器上霜層加厚，其換熱性能急劇下降造成的。圖5為使用減濕預(yù)冷器后風(fēng)幕的送回風(fēng)溫度隨時間的變化圖。實驗結(jié)果表明:內(nèi)層風(fēng)幕送風(fēng)溫度雖然前期略有增加，但是整個周期內(nèi)其溫度基本保持不變，這在一定程度上有利于保持食品溫度的穩(wěn)定。改造前后外層風(fēng)幕送風(fēng)溫度在基本保持不變，但是使用預(yù)冷器后回風(fēng)溫度下降5℃。回風(fēng)溫度的降低將大大減小風(fēng)幕卷吸系數(shù)［9］，有利于保持風(fēng)幕的封閉敞口能力，這在一定程度上會降低風(fēng)幕與柜外環(huán)境的熱質(zhì)交換，從而降低陳列柜的熱負(fù)荷。

圖4改造前陳列柜風(fēng)幕送回風(fēng)溫度隨運行時間變化圖Fig．4 Supply and return air temperature of air curtain without pre-cooler

2.2 減濕預(yù)冷器對風(fēng)幕送回風(fēng)相對濕度的影響分析

圖5使用預(yù)冷器后陳列柜風(fēng)幕送回風(fēng)溫度隨運行時間變化圖Fig．5 Supply and return air temperature of air curtain with pre-cooler

減濕預(yù)冷器對風(fēng)幕有一定的除濕作用，因此，冷藏陳列柜改造后，風(fēng)幕的送回風(fēng)相對濕度會發(fā)生相應(yīng)的變化，從而影響風(fēng)幕的性能，進(jìn)而會影響陳列柜負(fù)荷。

圖6、圖7為使用減濕預(yù)冷器前后風(fēng)幕送回風(fēng)相對濕度隨時間的變化曲線。實驗結(jié)果表明:使用減濕預(yù)冷器前后，內(nèi)層風(fēng)幕送風(fēng)相對濕度基本保持不變;而改造前后外層風(fēng)幕送風(fēng)相對濕度從69%降低至60%，這主要是由于減濕預(yù)冷器對外層風(fēng)幕回風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷時，除去了空氣中的部分水分;回風(fēng)相對濕度改造后比改造前略有增加，這是減濕預(yù)冷器使用后減濕和回風(fēng)溫度降低綜合影響的結(jié)果。

圖6傳統(tǒng)陳列柜風(fēng)幕送回風(fēng)相對濕度隨運行時間變化Fig．6 Supply and return air relative humidity of air curtain without pre-cooler

圖7使用預(yù)冷器后陳列柜風(fēng)幕送回風(fēng)相對濕度隨運行時間變化圖Fig．7 Supply and return air relative humidity of air curtain with pre-cooler

2.3 減濕預(yù)冷器對風(fēng)幕送回風(fēng)焓值的影響分析

冷藏陳列柜的負(fù)荷可以由風(fēng)幕送回風(fēng)焓差計算得出［10］:

式中:Qinlet為風(fēng)幕送風(fēng)口空氣帶來的熱量;Qoutlet為風(fēng)幕回風(fēng)口帶走的熱量;Q為陳列柜負(fù)荷;V為風(fēng)量;ρi，ρo為風(fēng)幕送風(fēng)口、回風(fēng)口空氣密度;hi，ho為風(fēng)幕送風(fēng)口、回風(fēng)口空氣焓值。

實驗結(jié)果如圖8、圖9所示。使用減濕預(yù)冷器前后，一個周期內(nèi)內(nèi)層風(fēng)幕送風(fēng)焓值基本保持不變，外層風(fēng)幕的送風(fēng)焓值降低了4.8%，而回風(fēng)焓值降低了21.4%。由于風(fēng)幕送風(fēng)口、回風(fēng)口空氣密度基本保持不變，所以回風(fēng)焓值的降低可以大大降低陳列柜的負(fù)荷。研究結(jié)果表明，陳列柜負(fù)荷降低19.2%［5］。陳列柜負(fù)荷下降的原因主要有兩個方面:1)系統(tǒng)通過改造使用減濕預(yù)冷器后，一個周期內(nèi)風(fēng)幕的送風(fēng)溫度穩(wěn)定性增強(qiáng)，從而其封閉敞口能力有了提高，因此通過風(fēng)幕滲透的熱負(fù)荷減少;2)系統(tǒng)通過改造使用減濕預(yù)冷器后，蒸發(fā)器結(jié)霜速度降低，從而減少了融霜加熱量，同時也減少了融霜時滲透熱負(fù)荷。

圖8傳統(tǒng)后陳列柜風(fēng)幕送回風(fēng)焓值隨運行時間變化圖Fig．8 Supply and return air enthalpy of air curtain without pre-cooler

圖9使用預(yù)冷器后陳列柜風(fēng)幕送回風(fēng)焓值隨運行時間變化圖Fig．9 Supply and return air enthalpy of air curtain with pre-cooler

3 結(jié)論

以一臺上海通用富士DEI-107型立式敞開式冷藏陳列柜為研究對象，通過實驗研究減濕預(yù)冷器對風(fēng)幕送回風(fēng)狀態(tài)的影響。研究結(jié)果表明:1)使用減濕預(yù)冷器后內(nèi)層風(fēng)幕的送風(fēng)溫度在整個周期內(nèi)其基本保持不變，這在一定程度上有利于提高風(fēng)幕性能和保持食品溫度的穩(wěn)定;2)使用預(yù)冷器后回風(fēng)溫度下降比較明顯，因此風(fēng)幕卷吸系數(shù)減小，有利于保持風(fēng)幕的封閉敞口能力;3)使用減濕預(yù)冷器前后，一個周期內(nèi)內(nèi)層風(fēng)幕、外層風(fēng)幕送風(fēng)焓值變化不大，而回風(fēng)焓值降低了21.4%，因此陳列柜負(fù)荷會大大降低。

［1］中國制冷標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會．GB/T 21001.2—2007冷藏陳列柜［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007．

［2］李玉紅，陳天及，余克志．冷凍冷藏陳列柜的節(jié)能探討［J］．制冷與空調(diào)，2003，3(6):20-23．(Li Hongyu，Chen Tianji，Yu Kezhi．Study on improving efficiency of refrigerated merchandisers［J］．Refrigeration and Air-condition，2003，3(6):20-23．)

［3］郎群英，申江，楊鑷．結(jié)霜工況下翅片變片距管蒸發(fā)器的改進(jìn)［J］．制冷，2003，22(3):47-51．(Lang Qunying，Shen Jiang，Yang Nie．Improvement of finned tube evaporator under frosting condition［J］．Refrigeration，2003，22(3):47-51．)

［4］Giovanni Cortella，Marco Manzan，Gianni Comini．CFD simulation of refrigerated display cabinets［J］．International Journal of Refrigeration，2001，24(3):250-260．

［5］張文慧，龔毅，呂彥力．冷藏陳列柜減濕預(yù)冷器對蒸發(fā)器性能的影響分析［J］．制冷學(xué)報，2012，33(1):57-59．(Zhang Wenhui，Gong Yi，Lü Yanli．Effect of pre-cooler on performance of evaporator in display cabinet［J］．Journal of Refrigeration，2012，33(1):57-59．)

［6］張文慧，龔毅，呂彥力．環(huán)境溫濕度對冷藏陳列柜空氣預(yù)冷器性能的影響［J］．制冷學(xué)報，2008，29(6):57-60．(Zhang Wenhui，Gong Yi，Lü Yanli．Effect of ambient temperature and humidity on performance of pre-cooler in display cabinet［J］．Journal of Refrigeration，2008，29(6):57-60．)

［7］Lü Yanli，Zhang Wenhui，Yuan Pei，et al．Experimental study of heat transfer intensification by using a novel combined shelf in food refrigerated display cabinets［J］．Applied Thermal Engineering，2010，30(2):85-91．

［8］楊曉明，張文慧，龔毅．減濕預(yù)冷器對冷藏陳列柜風(fēng)幕性能的影響分析［J］．制冷，2007，26(3):40-44．(Yang Xiaoming，Zhang Wenhui，Gong Yi．The Effect of precooler to air-curtains in refrigerated display cabinets［J］．Refrigeration，2007，26(3):40-44．)

［9］陳蘊(yùn)光，袁秀玲．冷藏陳列柜風(fēng)幕卷吸特性的數(shù)值分析［J］．西安交通大學(xué)學(xué)報，2004，38(9):943-946．(Chen Yunguang，Yuan Xiuling．Numerical analyses of entrainment characteristics of air curtains in multi-deck refrigerated display cases［J］．Journal of Xi’an Jiaotong U-niversity，2004，38(9):943-946．)

［10］鄧詠梅，徐正本，陳蘊(yùn)光，等．確定陳列柜熱負(fù)荷新方法的研究［J］．制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2003，24(5):7-9．(Deng Yongmei，Xu Zhengben，Chen Yunguang，et al．Research on a new method of calculating heat load of display cases［J］．Refrigeration Air Condition ＆ Electric Power Machinery，2003，24(5):7-9．