立式冷藏陳列柜的節能設計

魏華鋒,程 凱

(海信容聲(廣東)冷柜有限公司,佛山順德528303)

0 引 言

立式冷藏陳列柜主要作為冷藏飲料、啤酒、乳制品等的制冷設備,為食品的流通終端,承擔著極其重要的作用。隨著社會的發展,人民生活水平的提高,冷藏陳列柜的使用量越來越大,其在日常使用中的電量消耗也越來越大,占據很大一部分電能消耗。大幅度降低冷藏陳列柜能耗,不僅直接降低使用者的經濟負擔,更為國家的節能環保建設作出重要貢獻,因此冷藏陳列柜的節能越發顯得重要,隨著節能政策的深入,對于冷藏陳列柜的節能設計會越來越被重視,冷藏陳列柜的節能設計是陳列柜的發展趨勢。

本文提出冷藏陳列柜的節能設計的一些措施,如控制系統的設計優化、結構設計的優化、制冷系統的設計優化和新工質R290的應用等,實驗驗證上述節能措施對冷藏陳列柜的節能效果顯著,同時提高了冷藏陳列柜的可靠性。

1 結構設計優化

1.1 箱體優化

箱體發泡厚度的優化,對箱體底部、背部泡層加厚設計。由于壓縮機在箱體底部,壓縮機的溫度較高,與箱體底部換熱強烈,增加底部泡層厚度,有利于減少冷量的散失;蒸發器在箱體背部,溫度很低,與外界的溫差較大,換熱量大,增加背部泡層厚度,減少與外界的散熱,減小熱負荷,降低耗電量。

1.2 門封優化

冷藏陳列柜的門封漏冷量占箱體熱負荷的10%～15%,門封設計的優劣,對陳列柜耗電量的影響很大。門封優化設計有兩種方法:一是增加門封的氣囊數,優化氣囊結構,減小冷量散失,二是增加門封與箱體搭接量,增加門封與箱內膽的接觸面,避免因門封接觸不良造成的冷量散失。

1.3 門體優化

冷藏陳列柜具有展示效果,采用普通鋼化玻璃保溫性能差,冷量通過玻璃門流失到外界。因此增強玻璃門的絕熱性能,有利于減少柜內冷量的散失。對鋼化玻璃門鍍低熱反射膜處理,降低玻璃門的輻射散熱和對流換熱,增強絕熱性能。實驗驗證鋼化玻璃門鍍膜和不鍍膜耗電量差異在4%～8%,測試數據如下表1。

表1 玻璃門對耗電量的影響

2 控制系統設計的優化

2.1 蒸發電機并聯設計

冷藏陳列柜熱負荷Q包括蒸發電機發熱Q1和日光燈發熱Q2。目前冷藏陳列柜的冷凝單機和壓縮機并聯設計,蒸發電機和溫控器是并聯設計,溫控器與壓縮機串聯設計,故蒸發電機是常開控制。蒸發電機常開提高柜內溫度的均勻性,但消耗電能,其發熱也增加柜內熱負荷。將冷凝電機、蒸發電機和壓縮機并聯設計,溫控器控制其開停,減少蒸發電機的工作時間,降低了耗電量。以科龍SC-382WL產品為例,測試耗電量,節約電能12%,測試數據如表2。

表2 蒸發電機連接方式耗電量

2.2 溫控器設計的優化

耗電量受壓縮機開停影響較大,一是壓縮機開機時功率較大,消耗電能,二是壓縮機停機期間,制冷劑遷移現象,當再次開機重新建立壓差時壓縮機消耗額外電能。對溫控器優化設計,合理增加溫控器的開停機溫差,延長壓縮機的工作時間和停機時間,降低壓縮機的開機率,同時避免壓縮機開停頻繁造成的制冷劑遷移產生的電能消耗。

3 LED燈的應用

目前陳列柜照明主要采用日光燈,其功率大,發熱量大,壽命短,增加了陳列柜的電能消耗和柜內熱負荷。LED燈為冷光源,其功率小,發熱小,超長壽命,綠色環保,安全系數高,最大限度降低電能消耗。

以科龍SC-382WL產品為例,日光燈為30W(柜內)+15W(燈箱),LED燈為 8W(柜內)+4W(燈箱),實驗驗證 LED燈較日光燈節約電能19%,測試數據如表3。

表3 照明燈對于耗電量的影響

4 制冷系統的優化設計

4.1 冷凝水的利用

陳列柜使用過程中,開門次數頻繁,產生大量的冷凝水。冷凝水溫度較低,同時冷凝水累積又影響客戶的使用,合理利用處理冷凝水,作為散熱的冷源,降低冷凝溫度,提高制冷量。因此在接水盤內布置冷凝蛇形盤管,蒸發冷凝水,降低冷凝溫度,增加制冷量。

4.2 雙毛細管的應用

采用單根毛細管的蒸發器換熱效率低,換熱系數K=1/(1/α1+δ/λ+1/α2)其中導熱部分的熱阻可以忽略,則傳熱系數近似等于 k=α1α2/(α1+α2),提高系數必須提高 α1和α2。雙毛細管并聯節流進入蒸發器后形成兩條射流并相互干涉,增強了蒸發器內部流體的擾動,強化了傳熱,減弱了蒸發器內制冷劑在管壁形成的熱流邊界層和流動邊界層,減小熱阻。同時雙毛細管和回氣管的接觸面A增加一倍,增加了過冷度,其中Q=kA△t,增大了制冷量,加強制冷劑和管內壁之間的換熱量,提高了蒸發器的換熱效率,提升制冷系統的性能,降低了耗電量。

5 R290的應用

目前冷藏陳列柜采用 R134a作為制冷工質,R290制冷劑應用在陳列柜上具有很好的優勢,一是R290制冷劑較R134a絕熱指數低,在相同壓縮比時,R290系統功率低,排氣溫度低,有利于冷凝器的散熱和減小制冷劑的無效過熱,減小傳熱不可逆損失;二是R290分子量和粘度比 R134a小,減少了回路阻力損失;三是R290的汽化潛熱高,是R134a的1.97倍,因此R290制冷劑可大大減少冷媒的灌注量;四是R290導熱系數比R134a高,壓縮機的散熱條件好,提高冷凝器和蒸發器的換熱系數。R290和R134a兩種制冷劑的物性參數對比數據如表4,以科龍SC-382WL為例,實驗驗證耗電量降低9%,測試數據如表5。

表4 R290和 R134a物性參數對比

表5 R290和R134a耗電量對比

6 結論

(1)本文主要介紹立式冷藏陳列柜的節能趨勢及節能設計措施,通過試驗驗證節能設計措施的綜合應用,實現節約電能40～50%的顯著節能效果,具有很好的社會價值和經濟效益。

(2)蒸發電機的并聯設計,減少電機的工作時間,溫控器設計的優化,延長壓縮機的工作的時間和停機時間,減少制冷劑遷移造成的電能損耗和因壓縮機開機頻繁造成的電能消耗,提高產品的可靠性。

(3)LED燈替代日光燈,降低冷藏陳列柜的功率,減少了日光燈的發熱量,降低了耗電量,LED燈的超長壽命,降低了維修費用。

(4)箱體泡層厚度的合理設計,冷凝水的重復利用,雙毛細管并聯節流,減少冷量損失,降低了冷凝溫度,增加了過冷度,提高了制冷量,對冷藏陳列柜具有節能效果。

(5)R290相對于R134a的溫室效應潛能值要低的很多,是一種綠色環保高效制冷劑。R290替代R134a,提高了兩器的換熱效率,冷媒灌注量節省55%,耗電量降低9%,具有很好的應用前景。

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