減濕預冷器對冷藏陳列柜風幕送回風狀態(tài)的影響分析

張文慧 龔 毅 呂彥力

(鄭州輕工業(yè)學院機電工程學院 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食品溫度產生不良影響，也會造成陳列柜負荷增加［2－4］。

為了延緩蒸發(fā)器結霜，保證食品品質，對立式敞開式冷藏陳列柜進行改造，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冷器，對風幕回風進行預冷，第二級蒸發(fā)器為主蒸發(fā)器，承擔冷卻柜內食品溫度和內層風幕的任務。這樣不僅可以延緩蒸發(fā)器結霜速度，減少融霜次數(shù)，從而減少融霜加熱量，降低陳列柜負荷;并且使能量梯級利用，在達到節(jié)能目的的同時，提高陳列柜的性能［5－8］。

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

1 實驗裝置

此方案采用減濕預冷器來預冷空氣，對風幕回風進行預冷除濕。系統(tǒng)改造后陳列柜制冷系統(tǒng)的系統(tǒng)流程圖及其結構布置圖如圖1和圖2所示［3］。

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

圖2結構布置圖Fig．2 Framework of the cabinet

2 實驗結果分析

在測試環(huán)境溫度為25℃，環(huán)境相對濕度為60%條件下，增設減濕預冷器后，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，因此風幕的送回風溫度、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 減濕預冷器對風幕送回風溫度的影響分析

由于實驗樣柜為兩層風幕，內風幕送風溫度越低，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，由此產生的壓差也越大，傳熱傳質的驅動力增強，更容易使得內層風幕和外層風幕、外層風幕和周圍環(huán)境空間的熱質交換加劇。

圖4為傳統(tǒng)冷藏陳列柜一個融霜周期(6 h)風幕的送回風溫度隨時間的變化圖。實驗結果表明:傳統(tǒng)冷藏陳列柜(改造前)在系統(tǒng)運行4 h后，內層風幕送風溫度急劇上升，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為使用減濕預冷器后風幕的送回風溫度隨時間的變化圖。實驗結果表明:內層風幕送風溫度雖然前期略有增加，但是整個周期內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。改造前后外層風幕送風溫度在基本保持不變，但是使用預冷器后回風溫度下降5℃?；仫L溫度的降低將大大減小風幕卷吸系數(shù)［9］，有利于保持風幕的封閉敞口能力，這在一定程度上會降低風幕與柜外環(huán)境的熱質交換，從而降低陳列柜的熱負荷。

圖4改造前陳列柜風幕送回風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 減濕預冷器對風幕送回風相對濕度的影響分析

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

減濕預冷器對風幕有一定的除濕作用，因此，冷藏陳列柜改造后，風幕的送回風相對濕度會發(fā)生相應的變化，從而影響風幕的性能，進而會影響陳列柜負荷。

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

圖6傳統(tǒng)陳列柜風幕送回風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使用預冷器后陳列柜風幕送回風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 減濕預冷器對風幕送回風焓值的影響分析

冷藏陳列柜的負荷可以由風幕送回風焓差計算得出［10］:

式中:Qinlet為風幕送風口空氣帶來的熱量;Qoutlet為風幕回風口帶走的熱量;Q為陳列柜負荷;V為風量;ρi，ρo為風幕送風口、回風口空氣密度;hi，ho為風幕送風口、回風口空氣焓值。

實驗結果如圖8、圖9所示。使用減濕預冷器前后，一個周期內內層風幕送風焓值基本保持不變，外層風幕的送風焓值降低了4.8%，而回風焓值降低了21.4%。由于風幕送風口、回風口空氣密度基本保持不變，所以回風焓值的降低可以大大降低陳列柜的負荷。研究結果表明，陳列柜負荷降低19.2%［5］。陳列柜負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冷器后，一個周期內風幕的送風溫度穩(wěn)定性增強，從而其封閉敞口能力有了提高，因此通過風幕滲透的熱負荷減少;2)系統(tǒng)通過改造使用減濕預冷器后，蒸發(fā)器結霜速度降低，從而減少了融霜加熱量，同時也減少了融霜時滲透熱負荷。

圖8傳統(tǒng)后陳列柜風幕送回風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使用預冷器后陳列柜風幕送回風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冷器對風幕送回風狀態(tài)的影響。研究結果表明:1)使用減濕預冷器后內層風幕的送風溫度在整個周期內其基本保持不變，這在一定程度上有利于提高風幕性能和保持食品溫度的穩(wěn)定;2)使用預冷器后回風溫度下降比較明顯，因此風幕卷吸系數(shù)減小，有利于保持風幕的封閉敞口能力;3)使用減濕預冷器前后，一個周期內內層風幕、外層風幕送風焓值變化不大，而回風焓值降低了21.4%，因此陳列柜負荷會大大降低。

［1］中國制冷標準化技術委員會．GB/T 21001.2—2007冷藏陳列柜［S］．北京:中國標準出版社，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，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．結霜工況下翅片變片距管蒸發(fā)器的改進［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．冷藏陳列柜減濕預冷器對蒸發(fā)器性能的影響分析［J］．制冷學報，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冷器性能的影響［J］．制冷學報，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．減濕預冷器對冷藏陳列柜風幕性能的影響分析［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］陳蘊光，袁秀玲．冷藏陳列柜風幕卷吸特性的數(shù)值分析［J］．西安交通大學學報，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，陳蘊光，等．確定陳列柜熱負荷新方法的研究［J］．制冷空調與電力機械，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．