商用冷凍展示柜除霜技術研究及應用現狀

楊 永

（松下冷鏈（大連）有限公司 大連 116600）

引言

隨著我國餐飲行業的迅速發展，行業消費不斷升級，品牌規模持續擴大，為了更好的適應廣大消費者的需求，餐飲行業的各大品牌廠家也在積極創新，本著節能低碳、綠色環保的發展理念，推動品牌策略創新與優化運營成本的戰略轉型。商用冷凍展示柜集制冷存儲與商品展示功能于一體，不但可以節省店鋪的存儲空間，減輕商家的資產投入，同時也可以滿足消費者對品牌商品的購買需求，逐漸成為了品牌商品銷售的新渠道。

1 商用冷凍展示柜

商用冷凍展示柜是一種具有制冷功能，同時可以通過展示窗口（通常為玻璃門）進行商品展示的一種商用冷凍柜，主要用來存儲雪糕、冰激凌、冷凍肉類、以及品牌預制菜等需要冷凍保存的食品。

目前市場上所使用的商用冷凍展示柜主要采用壓縮制冷的方式，通過制冷劑在蒸發器中的汽化相變的方式吸收周邊環境的熱量，再通過直冷或者風冷的方式，實現柜內空氣降溫，從而為食品提供適宜的冷凍環境。

商用冷凍展示柜從產品結構上可分為臥式冷凍展示柜和立式冷凍展示柜。

臥式冷凍展示柜主要用來存放冰激凌、水餃、肉類等冷凍食品。冷柜可以單獨靠墻擺放，也可以組裝成環島的形狀進行擺放，商品展示面位于顧客的視線以下。

立式冷凍展示柜主要用于存放單品價值相對較高、具有品牌展示需求的商品，如冰激凌蛋糕、進口牛肉、品牌預制菜等冷凍食品，能夠滿足商家展示商品品牌形象的需求。立式冷凍展示柜可以單獨使用，也可以通過并排擺放組成品牌墻的方式使用，商品展示面位于顧客視線的正前方，延伸了吸引消費者注意的有效距離，提升品牌商品的展示效果，促進品牌商品的銷售。

2 商用冷凍展示柜的結霜

在冷凍展示柜的使用過程中，反復的開關門操作會使冷柜內外產生冷熱負荷交換， 濕空氣中的水分會逐漸析出并吸附在蒸發器表面，從而形成蒸發器表面的結霜現象，霜層的累積會降低蒸發器的換熱效果，影響制冷系統性能。Faramarzi認為，冰層不僅會減少蒸發器表面的換熱系數，而且會增加空氣流過蒸發盤管的阻力，從而減少空氣的流量，這對陳列柜的性能危害極大[1]。因此，如何進行高效的化霜處理，減少化霜過程中所產生的冷量損失和能耗的增加，以及避免化霜過程中溫升對商品品質的影響，選擇合理的除霜方式十分重要。

3 商用冷凍展示柜的除霜方式及特點

商用冷凍展示柜常用的除霜方式有三種，分別是自然除霜、電加熱管加熱除霜和熱氟融霜。

3.1 自然除霜和人工手動除霜

自然除霜和人工手動除霜主要應用于采用直冷方式制冷的臥式冷凍柜，除霜時需要將柜內商品轉移，冷柜斷電，采用除霜鏟或者外界升溫的方式促使冷柜表面的霜層逐漸融化，化霜水通過排水管排出柜外。

自然化霜（手動除霜）的特點：通過觀察冷柜內壁霜層的厚度來判斷是否需要除霜，通常在5 mm以上時需要手動化霜。由于化霜時間較長，除霜前需要將商品取出并放在備用冷柜中存儲，再通過除霜鏟進行手動除霜。采用這種除霜方式，系統設計無需增加材料成本，但除霜過程存在損壞冰柜內壁的隱患，化霜后的冷柜需要預冷較長時間后才能放入商品，導致耗電量上升，人工成本增加。

3.2 電加熱管加熱除霜

電加熱管加熱除霜主要應用于采用翅片式蒸發器通過冷風循環制冷的冷凍柜，除霜時通過控制器使制冷系統停止運行，電加熱管啟動,以位置如圖1所示的電加熱管為例，通過電加熱管產生的熱量提升霜層周邊的空氣溫度，由圖2可知，熱量從蒸發器外部開始向蒸發器內部傳遞，逐漸融化蒸發器翅片和管路表面的霜層，從而完成化霜。

圖1 加熱管位置示意圖

圖2 熱輻射除霜示意圖

電加熱管的化霜方式可以通過控制器的設計實現定時化霜。定時化霜是根據冷柜的容積、擺放的商品以及開關門的次數設定合理的化霜間隔時間，以滿足冷柜的正常使用需求。

以1 000 L的雙玻璃門冷凍柜為例，柜內溫度要求在（-20±2）℃，采用電加熱管的化霜方式，在環境溫度27 ℃，相對濕度70 %的環境中，按照每6 min開門1次，每次開門10 s的操作反復進行8 h，之后關門16 h。系統設計的化霜時間間隔為12 h，每次化霜時間不超過45 min，即可滿足使用需求。

關于定時化霜的時間的優化方面，Cai J等提出將融霜能耗與食品質量損失作為優化目標，不斷尋找最佳融霜時間間隔方法，結果表示，不同環境條件對應一個最優融霜時間間隔，在柜外環境干球溫度/相對濕度為25 ℃/50 %下最佳融霜時間間隔為6 h，若按融霜時間間隔為9 h計，則每日能耗增加126.4 %[3]。

電加熱管的位置設計通常有2種式樣，一種是設置在蒸發器的四周，另外一種則是貫穿于蒸發器的翅片中間。相比于將電加熱管設置在蒸發器四周的方式而言，將其貫穿于蒸發器中間的除霜方式速度更快，但這種除霜方式在加工工藝上難度較高，而且售后操作復雜，維修成本較高。

電加熱管化霜的特點：無需人工操作化霜，無需轉移柜內商品，可以通過控制器進行定時化霜，是大多數冷凍柜所采用的化霜方式。

電加熱化霜對柜內溫升影響較大，據研究表明：化霜時所產生的熱量僅有15 %有效，其余耗散在冷柜內部，增加了制冷負荷[4]。通過1 000 L雙門冷凍展示柜的實驗數據分析，化霜所需要的電能占冷凍柜總能耗的15 %，化霜后負荷溫度恢復到化霜前溫度所需耗電量占系統運行耗電量的7 %，每日化霜的耗電量占總能耗的22 %。

電加熱管化霜系統的設計需要增加電加熱管及其高溫保護裝置，用于防止由于加熱管持續高溫導致冷柜以及商品的損壞，因此冷柜設計的材料成本略有增加。

3.3 熱氟融霜

熱氟融霜適用范圍比較廣泛，直冷和風冷的冷凍展示柜均可采用熱氟融霜。熱氟融霜是通過系統管路中的電磁閥裝置控制管路的阻斷和開通，將壓縮機排出的高溫氣體引入到需要除霜的蒸發器里，利用熱氣的顯熱和潛熱來加熱融化蒸發器外表面的霜，從而達到除霜的目的[5]。由圖3可以得知，熱氟融霜是從管路內部加熱升溫，熱量逐漸從管路內壁向外傳遞，因此化霜的過程由內向外進行，這種融霜方式使蒸發器表面的霜層融化的更加徹底，也能縮短化霜時間。

圖3 熱氟融霜熱輻射示意圖

熱氟化霜方式的特點：無需人工操作化霜，無需轉移柜內商品，可以通過控制器進行定時化霜，化霜效率高，融霜時間短，可以有效的控制柜內溫升。

圖4是采用電加熱管化霜和熱氟系統化霜時的溫度曲線，從曲線中可以看出，采用電加熱化霜時，出風口的溫度升高到15 ℃左右，而采用熱氟融霜系統化霜時，出風口的溫度升高到0 ℃左右，熱氟化霜所帶來的溫度損失要小于電加熱化霜。

圖4 化霜時出風口溫度變化曲線

本文通過1 000 L雙門冷凍展示柜的實驗數據進行能耗方面的分析。采用熱氟融霜系統化霜所需要的電能占冷凍柜總能耗的1.15 %，化霜后負荷溫度恢復到化霜前溫度所需耗電量占系統運行中耗電量的4.7 %，每日化霜的耗電量占總能耗的5.8 %，熱氟融霜系統的耗電量要小于電加熱化霜。

熱氟化霜可以應用在臥式冷凍柜和立式冷凍展示柜上，是目前解決冷凍展示柜化霜的優化方案之一，但是鑒于系統中電磁閥等部件和管路系統的增加，成本略有升高，通常使用在對溫度要求嚴格、存放高端食材的冷凍展示柜上。

4 結論

商用冷凍展示柜可以根據不同的使用場景和使用需求選擇適宜的化霜方式，隨著商家對提升品牌商品的展示效果、降低人工費用、減少經營成本和節能等多方面的要求，熱氟融霜技術將會進一步得到優化并被廣泛推廣。