冷風機技術的發展及在果蔬冷藏庫中的應用

邢振禧

摘要：冷風機作為一種制冷換熱器在冷庫及各類速凍設備里得到了廣泛的應用，但不同廠家的產品其技術性能參數和熱傳導效果卻有很大的差異。本文論述了冷風機技術的發展概況并對冷風機選型的有關問題作了分析。

關鍵詞：冷庫冷風機傳熱系數

冷風機是冷藏、貯存貨物及空氣調節的主要設備之一，它是依靠通風機將空氣通過內部約冷卻排管進行強制循環，產生熱交換將空氣冷卻從而達到降低溫度的目的。從上世紀90年代以來，國內一批有遠見廠家，借助高科技與高等院校、設計院密切合作，使產品更新，使冷風機一改過去單純的鋼管鋼片發展到鋼管鋁片、銅管鋁片和鋁管鋁片等多種型式。同時也帶來了冷風機質量的提高和性能的穩定。

1、冷風機技術發展的新特點

1.1侍熱效率高：采用變片距，或整體熱浸鋅工藝，其整機組裝焊接后在400℃以上高溫的純鋅槽內整體熱鍍鋅，使鋼管和翅片緊密接觸，管片形成一體，提高了傳熱效率。能夠大大隄高導熱系數。

1.2防腐性能優：采用熱浸鋅、鋅層厚度在50 μm以上，是電鍍的10～15倍，增強了防嘴性能，產品使用壽命長。

1.3節能，低噪：配用專利QDZ系列軸流風機，風機經先進的CAD優化設計，高效區寬，能適應多工況狀態高效運行，大量節省能耗和延長使用壽命。比其它軸流風機具有耗電省、噪音低、效率高、風量大、壓力高等優點。

1.4結構型式多：其結構型式有落地頂吹式(L式)，落地上側吹風式(LS式)，落地平吹式(LP式)，落地下側吹風式(LX式)，吊頂式(D式)，阱裝式(PP、PD)。管組型式有：鋼管鋼片，鋼管鋁片，鋁管鋁片，銅管鋁片等。

1.5采用變片距優化組裝方式：減少風阻，結霜均勻，增強傳熱效果，減少沖霜次數。

1.6適應范圍廣：品種多、規格全，可廣泛應用于肉類、瓜果、蔬菜、蛋品、食品、水產品等凍結間，凍結物冷藏間，冷卻物冷藏間，食品加工及工業生產車間的空氣調節。

2、冷風機傳熱性能的提高

我們可以從冷風機傳熱系數k與單位面積冷風機熱負荷q來進行分析，比較的條件是，冷風機基本上是在無霜條件下運行。以某生產廠家生產的結構相同，冷卻面積、配風量相似的冷風機作比較，通過低溫試驗室實際測試的結果，冷風機的傳熱系數。蒸發溫度－10℃時，鋁管鋁片冷風機的傳熱系數比鋼管鋼片冷風機高出約20～35％，顯示了鋁管鋁片的明顯優勢。但隨著蒸發溫度降低，這種優勢趨小。在實際檢測中還發現，當翅片管結霜后，并未顯示這種優勢。

但是，由于生產工藝、制造水平及冷風機結構的差異，不同廠生產的冷風機，其傳熱系數的差別也較大，另一方面，從單位面積熱負荷來看，對同一廠生產的結構類同、冷卻面積、配風量相似的冷風機，通過低溫試驗室進行性能測定的實際結果表明：“鋁管鋁片冷風機的q值比鋼管鋼片冷風機的q值高出約40％左右”。但是，產品生產質量水平較低廠家生產的鋁管鋁片冷風機q值僅比鋼管鋼片冷風機q值高出大約為14～27％。從某生產水平比較高的廠提供的產品樣本數據，對結構類同、冷卻面積、配風量相似的冷風機產品作比較可以得到：“每平方米冷卻面積的熱負荷q(kW/m²)，鋁管鋁片比鋼管鋼片的值高出約18～43％”。這一數值與低溫試驗室實際測定結果相當吻合。

不能簡單的認為由于冷風機鋁合金材料的導熱系數較鋼材料大，使金屬壁熱阻力項減小而使傳熱系數增大。其實這個因素是微不足道的。更重要的原因之一是鋁合金大的導熱系數大大提高了翅片效率，減小了空氣側熱交換的阻力，因此提高了傳熱效率使傳熱系數增大。冷風機翅片效率η＝th(mL)/(mL)，如果(mL)值大時，當熱量由翅片基部向端部傳遞時，翅片端部過余溫度較小，這表明翅片表面平均溫度較低，翅片的效率也效低。反之，如果(mL)值較小時，翅片效率較高。因此，在一定翅片高度(L)條件下，m值較小是有利的。選用導熱系數大的材料，正好能使m值減小。所以選用鋁管鋁片較之鋼管鋼片更有利于提高冷風機傳熱效果使傳熱系數增大。

例如有下列翅片盤管結構的冷風機；管子φ20×1.0，等邊三角形叉排，管子間距60mm，管子排距52mm，采用整體式平翅片，翅片厚0.23mm，翅片間距12mm。如果翅片管的材料采用鋼管鋼片或鋁管鋁片，我們根據文獻提供的方法作計算比較。假設：“冷風機在無霜工況下運行，蒸發溫度為－20℃，據某次實際測定。迎面風速為2.8m/s、進風溫度－6℃、進風相對濕度63％，計算可得制冷劑側放熱系數為500W/(m²·K)”。計算結果如下，翅片效率：鋼管鋼片為0.35，鋁管鋁片為0.58。翅片管總效率：鋼管鋼片為0.43；鋁管鋁片0.63，對傳熱系數的影響，在上述相同條件下，鋁管鋁片冷風機的傳熱系數比鋼管鋼片的高出27.8％。

3、冷風機應用中應注意的問題

由于生產工藝、制造水平及冷風機結構的差異，不同廠家生產的冷風機，其傳熱系數的差別也較大。應用中應注意以下問題。

3.1冷風機的使用場合的考慮冷風機按使用用途可分為低溫空調間、冷卻物冷藏間、凍結物冷藏間、凍結間等。近年來，結合氣調庫的實際情況，廠家專門開發了專用氣調庫的冷風機。

3.2冷風機傳熱系數K的確定冷風機的傳熱系數與制冷劑的類型、蒸發溫度、結霜情況、傳熱溫差、供液方式等有關。過去習慣與采用經驗數據按噸或面積確定冷風機的面積的做法會帶來較大的誤差。

3.2.1制冷劑的類型和供液方式的影響冷風機的供液方式主要有泵強制供液、重力供液和直接膨脹供液方式。如果采用氟利昂R22、R12直接膨脹制冷時，冷量分別比氨泵強制供液下降25％和34％左右，同時設計時需要考慮過熱面積。如果采用乙二醇強制供液。由于乙二醇的黏度增大，其傳熱系數也會下降。

3.2.2冷風機結霜的影響從不同結構冷風機，受結霜影響的結果顯示：當蒸發溫度為－10℃時，隨著結霜開始到霜層厚度達到2mm左右時，這一過程的傳熱系數下降較快；而當蒸發溫度為－30℃時，這一過程的傳熱系數下降則較慢；一般來說，從結霜開始到嚴重結霜情況(翅片間距10mm，霜層厚度≥4mm)，傳熱系數大約降低了一半。

3.2.3蒸發溫度的影響實驗表明：當蒸發溫度從－10℃變化到－20℃時，傳熱系數下降得快一些，而當蒸發溫度從－20℃變化到－30℃時，傳熱系數下降得慢一些。眾所周知，隨著蒸發溫度的降低，制冷量會不斷下降，這里當蒸發溫度從－10℃變化到－20℃時，傳熱系數下降得比較快一些，是因為這段溫區內制冷能力下降得相對快些。因此可知，在不同的蒸發溫度下其傳熱系數是不同的。

3.2.4傳熱溫差的影響我們習慣以庫房溫度與蒸發溫度之差來考察冷風機的傳熱性能，這對于自然對流空氣冷卻排管是合理的；而冷風機是一種集中裝置，所以要用對數平均溫差來考核其傳熱性能。一般來說，傳熱溫差與對數溫差是相關的，因此溫差大時其傳熱性能要好些，反之則下降。

3.2.5不同翅片材料對傳熱系數的影響實驗表明：鋁管鋁翅片冷風機的傳熱系數要比鋼管鋼翅片冷風機的傳熱系數要大。我們知道，鋁的導熱系數比鋼的導熱系數大，所以在相同結構參數下鋁管鋁翅片冷風機的傳熱性能要好些。

3.2.6冷風機風量的問題目前國內冷風機的測試手段尚不完善，生產廠家都沒有完整的測試數據。實際設計中樣本提供的軸流風機的風量與實際風量相差很大。這是因為生產廠家給定的風量是在單臺軸流風機實驗室測試的，當多臺軸流風機并聯運行時互相影響及冷風機渦旋氣流從而導致風機效率下降。筆者設計的某5000噸果品冷庫的設計中，設計出風速為8m/s，但實際測得的出風口風速為5m/s多。建議生產廠家能提供多臺軸流風機并聯下的風量測試，提供可靠的設計樣本。

4、結束語

以上對冷風機制造工藝及技術發展作了論述，針對在冷風機的選用上應注意的有關問題進行了探討。冷風機選型中的經驗數據(按冷藏噸位或庫房容積選配)要加以分析，不能一味套用。應根據實際冷負荷的計算和冷風機廠家提供的技術參數進行選擇計算。