低溫冷凍展示柜的電加熱融霜節能分析

杜世春 太古冷鏈物流（上海）有限公司

低溫冷凍展示柜的電加熱融霜節能分析

杜世春 太古冷鏈物流（上海）有限公司

超市在人們生活中地位越來越重要，冷凍冷藏展示柜作為超市必備的一種制冷工具，當前正迎來快速發展時期。同時冷凍冷藏展示柜屬于高耗能設備，耗電量占整個超市耗電量的30%以上，融霜作為展示柜耗電的重要環節，減少其耗電量對超市節能減排、降低運行成本具有重要意義。

展示柜；融霜；節能

1 前言

圖1 大型超市設備的年平均用電量

隨著以超市為代表的新型零售業的迅速發展，冷凍冷藏技術越來越受到關注［1］。通過對多家大型超市用電量統計，冷凍冷藏設備的耗電量占總耗電量的32%，超過空調系統、照明等設備［2］。

超市的冷凍冷藏系統包括冷凍（藏）庫和冷凍冷藏展示柜。對于大型超市而言，冷凍展示柜數量占冷凍冷藏設備的25%，但耗電量占40%以上，其節能可從結構設計和系統運行兩個方面考慮［3］。從結構方面考慮如展示柜的風幕優化設計、蒸發器的優化設計等；從系統方面考慮如優化并聯機組、調整適合的制冷劑過冷、采用合適的融霜方式及融霜控制等，本文將著重分析冷凍展示柜的融霜特性，通過改進融霜控制條件達到節能效果。

2 常用的融霜方式及其特點

由于融霜是冷凍展示柜運行必須的過程，其能耗占整個制冷系統能耗比例較大，目前低溫冷凍展示柜的融霜方式主要有兩種：熱氣融霜和電加熱融霜，廠家根據不同產品、不同系統分別采用不同的融霜方式。

（1）熱氣融霜

利用壓縮機高溫排氣，使得高溫氣體在蒸發器盤管內進行傳導換熱，多應用于同一超市中使用中低溫并聯機組的系統［4］。熱氣融霜換熱效果好，融霜時間短，柜內溫升小，由于沒有引入額外的熱源（電源），能耗相對較小。由于中低溫系統融霜交替進行，需保證有合適的熱量，若熱量不足導致融霜不徹底，造成系統能量浪費；若熱量過多，則造成融霜過度，系統會花費多余的制冷量。同時熱氣融霜高壓蒸氣對蒸發器盤管耐壓性要求較高，控制比較復雜目對柜內溫度波動影響很大，再加上熱氣融霜系統的初期投資大，投資回報率要3年以上，系統需要增加的閥件過多，操作和維修不便等原因未能得到普及應用。

（2）電加熱融霜

利用電加熱絲加熱蒸發器，使其上的霜融化。在一般廠家設計中，回氣管路中無任何閥件，融霜過程中僅空氣與蒸發器盤管上的霜層進行對流換熱，換熱效果較差，融霜時間較長，再次降溫速度慢，柜內溫升過快。由于電加熱絲產生的熱量僅有15%實現有效融霜，其余85%均耗散在展示柜內部，增加了壓縮機的運行時間和能源的消耗［5］。考慮到安裝成本以及運行維護簡單，目前90%以上的超市所采用電加熱融霜。

3 電加熱融霜的節能措施

低溫冷凍展示柜受所處的環境溫濕度、展示柜前人流量以及融霜周期等諸多因素的影響，導致展示柜內蒸發器的結霜量不同。在融霜過程中，若采取較長的時間進行融霜，會導致柜內溫升過快，影響儲存商品的品質，目在融霜后還要除去過多的無效熱量，致使耗電量增加。合理的設定融霜控制方式不僅可以減少融霜時的耗電量，并能保證展示柜內存放商品的品質。對于不同制造商而言，由于展示柜蒸發器的特性不同，融霜的設定溫度和時間并不相同，為減少融霜時的耗電量，可通過如下方式以縮短融霜時間。

（1）增加回氣電磁閥

在低溫冷凍展示柜的回氣管路增加回氣電磁閥，保證電加熱的熱量可以充分利用。控制邏輯為展示柜開始融霜時，供液閥關閉，回氣電磁閥關閉，電加熱工作；融霜結束后，電加熱停止工作，風機延時和滴水延時結束后回氣電磁閥和供液閥打開，開始新的制冷循環。這樣可保證蒸發器內的制冷劑被加熱，蒸發器的盤管內外同時進行加熱，霜盡快消除干凈，縮短融霜時間，同時不會由于個別展示柜融霜未完成而至其他展示柜融霜過度。

（2） 融霜終止的設定

對于使用電加熱融霜的低溫冷凍展示柜，其終止溫度的設定方式有如下3種。

1）時間終止

此種設定方式為常規的做法，無論展示柜蒸發器的結霜狀態如何，在設定時間達到后終止。弊端為若盤管結霜嚴重，或某一次的融霜過程未能將盤管的霜消除，再加上運行條件的影響會使得蒸發器霜堵嚴重，蒸發器的制冷量減少，展示柜內溫度升高，影響商品品質，最終只能通過人工處理解決，增加維護成本。

2）融霜溫度終止

以蒸發器融霜溫度作為終止溫度，若由于該溫度探頭松動、故障或放置位置問題等原因未能及時發現，致使融霜未能終止，最終影響商品存放環境溫度。

3）出風溫度終止

以出風溫度進行控制的主要原因是保證商品的存放環境滿足要求，保證商品不存在二次結凍的情況發生，從而保證商品的賣相和質量。

要想保證商品品質的前提下，達到融霜的最佳效果，需根據不同廠家的蒸發器形式，測量蒸發器的壓力，從而選擇合理的融霜時間及融霜終止溫度。

4 針對不同廠家低溫冷凍展示柜電加熱融霜性能的改進分析

（1）A廠家的低溫冷凍展示柜

圖2、3為無錫某超市低溫冷凍展示柜的融霜特性曲線，原先采用最長融霜時間15 min作為終止時間，到融霜時間后即停止電加熱，但此時蒸發器上霜未完全消除，長期運行后蒸發器經常出現冰堵，后期只能通過人工方式進行融霜。

若選擇壓力作為融霜終止，此時電加熱已停止工作，但制冷未開啟，導致展示柜的出風溫度過高，如此進入化凍-制冷-化凍-……循環反復過程，嚴重時會導致商品變質。若選擇出風溫度-4℃進行控制，此時蒸發器的電加熱工作終止，目蒸發器的壓力在80 psig上下，蒸發器的霜可消除，故對該低溫冷凍展示柜的改進措施為將融霜控制方式設為以出風溫度-4℃作為融霜終止溫度。

通過將A超市低溫冷凍展示柜融霜控制條件由15 min改為以-4℃出風溫度作為終止溫度，并測量系統的用電量。通過圖4看出，低溫系統在調整融霜終止溫度后，系統用電量減少3%以上。

圖2 低溫玻璃拉門柜融霜特性曲線

圖3 低溫島柜融霜特性曲線

圖4 融霜終止溫度調整前后的日用電量曲線

（2）B廠家的低溫冷凍展示柜

南京B超市低溫玻璃拉門柜和低溫島柜均采用時間終止作為融霜控制條件，通過現場測量，其性能曲線如圖5、6所示。該超市低溫冷凍展示柜在融霜過程中蒸發器的風機不停止工作，這點與A超市的展示柜不同，所以會將融霜過程的熱量送入展示柜，使展示柜內溫度升高，因此，應該盡可能在保證蒸發器的霜消除干凈后縮短融霜時間以保證商品質量。

由圖5、6分析得知，在融霜過程中壓力呈臺階狀穩步上升，無明顯的恒壓去冰階段，故無法采用最大的恒壓時間進行時間終止。對于低溫玻璃拉門柜，選擇壓力作為融霜終止，此時的電加熱雖未停止工作，但低溫玻璃拉門柜的融霜溫度已接近最高值，此時對應的出風溫度為-2℃，可滿足食品冷藏要求。對于低溫島柜的回氣電磁閥關閉后，雖然電加熱停止工作，但是余熱依舊通過風扇送至展示柜內。為了保證柜內商品的質量，同時保證蒸發器的霜能夠消除干凈，故將低溫島柜融霜控制條件更改為以融霜溫度10℃作為控制目標。

調整南京店的低溫冷凍展示柜融霜終止溫度后系統用電量如圖7所示，低溫系統在調整融霜終止溫度后，系統用電量在某時段內雖有升高，但總體比調整前的用電量低5%以上。

圖5 低溫玻璃拉門柜融霜特性曲線

圖6 低溫島柜融霜特性曲線

圖7 融霜終止溫度調整前后的日用電量曲線

5 結語

為了降低低溫冷凍展示柜的能耗，除了使用高能效的柜體本身，選擇適合的融霜方式和控制參數也至關重要，不僅可以降低展示柜的能耗，還能減少因柜內溫度變化而引起的貨損。

［1］國內超市冷凍冷藏陳列柜節能探討. 申江 路坤侖 劉興華 胡開永.《第六屆中國冷凍冷藏新技術、新設備研討會論文集》2013年.

［2］王安光 卜震 朱偉峰. 大型超市用能分析及節能潛力探討. 第九屆國際綠色建筑與建筑節能大會論文集.2013.

［3］王亮 姜忠齡. 淺談超市冷凍冷藏陳列柜的節能技術應用. 中國制冷學會學術年會，2009

［4］李玉紅 陳天及 余克志. 超市冷藏陳列柜的節能探討. 制冷. 2003年1期.

［5］張建一 黃毅銘 詹鋆. 大型超市冷凍冷藏陳列柜應用現狀和節能分析.制冷與空調. 2011年10月第5期.

節能信息與動態

浦東新區人民醫院創建綠色智慧醫院

近期，上海市浦東新區人民醫院開展綜合性節能改造，努力創建“綠色智慧醫院”。本次改造全面采用高效綠色照明系統，并在保證舒適度情況下，最大限度降低病房空調能耗；在熱水系統優化方面，充分利用夜間谷電，削峰填谷，以降低運行費用。并優化能源切換控制策略，充分利用新能源（如太陽能），減少使用電加熱，以達到降低能耗。

同時，建立了能源監測管理系統。該項目在互聯網+的思維下，利用遠程監控、數值模擬和大數據挖掘等智慧手段進行集成創新。開發能耗監測平臺提升對醫院的能效監管能力，并開發設備層和系統層能效數值模擬工具提高節能技改水平，通過指標體系、定額管理，促進各科室節能，實現人人節能、處處節能。

（浦東新區）

Energy Saving Analysis of Electrical Heating Defrosting in Low Temperature Refrigerated Display Cabinet

Du Shichun Swire Cold Chain Logistics （Shanghai） Co.，Ltd

Supermarket is important to humans life. Refrigerated display cabinet is an necessary refrigeration tools in supermarket， which is ushered in rapid development period. Meanwhile refrigerated display cabinet belongs to high energy consumption equipment， whose electricity consumption is above 30% of whole electricity consumption in supermarket. Defrosting is key part of refrigerated display cabinet electricity consumption. Reducing defrosting electricity consumption plays an important role in energy saving and emission reducing and decreasing operation cost.

Refrigerated Display Cabinet， Defrosting， Energy Saving

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.10.007

杜世春，（1977—），女，碩士，高級技術主管，主要從事超市展示柜系統、冷庫系統設計及工程施工。