低温冷冻展示柜的电加热融霜节能分析

杜世春 太古冷链物流（上海）有限公司

低温冷冻展示柜的电加热融霜节能分析

杜世春 太古冷链物流（上海）有限公司

超市在人们生活中地位越来越重要，冷冻冷藏展示柜作为超市必备的一种制冷工具，当前正迎来快速发展时期。同时冷冻冷藏展示柜属于高耗能设备，耗电量占整个超市耗电量的30%以上，融霜作为展示柜耗电的重要环节，减少其耗电量对超市节能减排、降低运行成本具有重要意义。

展示柜；融霜；节能

1 前言

图1 大型超市设备的年平均用电量

随着以超市为代表的新型零售业的迅速发展，冷冻冷藏技术越来越受到关注［1］。通过对多家大型超市用电量统计，冷冻冷藏设备的耗电量占总耗电量的32%，超过空调系统、照明等设备［2］。

超市的冷冻冷藏系统包括冷冻（藏）库和冷冻冷藏展示柜。对于大型超市而言，冷冻展示柜数量占冷冻冷藏设备的25%，但耗电量占40%以上，其节能可从结构设计和系统运行两个方面考虑［3］。从结构方面考虑如展示柜的风幕优化设计、蒸发器的优化设计等；从系统方面考虑如优化并联机组、调整适合的制冷剂过冷、采用合适的融霜方式及融霜控制等，本文将着重分析冷冻展示柜的融霜特性，通过改进融霜控制条件达到节能效果。

2 常用的融霜方式及其特点

由于融霜是冷冻展示柜运行必须的过程，其能耗占整个制冷系统能耗比例较大，目前低温冷冻展示柜的融霜方式主要有两种：热气融霜和电加热融霜，厂家根据不同产品、不同系统分别采用不同的融霜方式。

（1）热气融霜

利用压缩机高温排气，使得高温气体在蒸发器盘管内进行传导换热，多应用于同一超市中使用中低温并联机组的系统［4］。热气融霜换热效果好，融霜时间短，柜内温升小，由于没有引入额外的热源（电源），能耗相对较小。由于中低温系统融霜交替进行，需保证有合适的热量，若热量不足导致融霜不彻底，造成系统能量浪费；若热量过多，则造成融霜过度，系统会花费多余的制冷量。同时热气融霜高压蒸气对蒸发器盘管耐压性要求较高，控制比较复杂目对柜内温度波动影响很大，再加上热气融霜系统的初期投资大，投资回报率要3年以上，系统需要增加的阀件过多，操作和维修不便等原因未能得到普及应用。

（2）电加热融霜

利用电加热丝加热蒸发器，使其上的霜融化。在一般厂家设计中，回气管路中无任何阀件，融霜过程中仅空气与蒸发器盘管上的霜层进行对流换热，换热效果较差，融霜时间较长，再次降温速度慢，柜内温升过快。由于电加热丝产生的热量仅有15%实现有效融霜，其余85%均耗散在展示柜内部，增加了压缩机的运行时间和能源的消耗［5］。考虑到安装成本以及运行维护简单，目前90%以上的超市所采用电加热融霜。

3 电加热融霜的节能措施

低温冷冻展示柜受所处的环境温湿度、展示柜前人流量以及融霜周期等诸多因素的影响，导致展示柜内蒸发器的结霜量不同。在融霜过程中，若采取较长的时间进行融霜，会导致柜内温升过快，影响储存商品的品质，目在融霜后还要除去过多的无效热量，致使耗电量增加。合理的设定融霜控制方式不仅可以减少融霜时的耗电量，并能保证展示柜内存放商品的品质。对于不同制造商而言，由于展示柜蒸发器的特性不同，融霜的设定温度和时间并不相同，为减少融霜时的耗电量，可通过如下方式以缩短融霜时间。

（1）增加回气电磁阀

在低温冷冻展示柜的回气管路增加回气电磁阀，保证电加热的热量可以充分利用。控制逻辑为展示柜开始融霜时，供液阀关闭，回气电磁阀关闭，电加热工作；融霜结束后，电加热停止工作，风机延时和滴水延时结束后回气电磁阀和供液阀打开，开始新的制冷循环。这样可保证蒸发器内的制冷剂被加热，蒸发器的盘管内外同时进行加热，霜尽快消除干净，缩短融霜时间，同时不会由于个别展示柜融霜未完成而至其他展示柜融霜过度。

（2） 融霜终止的设定

对于使用电加热融霜的低温冷冻展示柜，其终止温度的设定方式有如下3种。

1）时间终止

此种设定方式为常规的做法，无论展示柜蒸发器的结霜状态如何，在设定时间达到后终止。弊端为若盘管结霜严重，或某一次的融霜过程未能将盘管的霜消除，再加上运行条件的影响会使得蒸发器霜堵严重，蒸发器的制冷量减少，展示柜内温度升高，影响商品品质，最终只能通过人工处理解决，增加维护成本。

2）融霜温度终止

以蒸发器融霜温度作为终止温度，若由于该温度探头松动、故障或放置位置问题等原因未能及时发现，致使融霜未能终止，最终影响商品存放环境温度。

3）出风温度终止

以出风温度进行控制的主要原因是保证商品的存放环境满足要求，保证商品不存在二次结冻的情况发生，从而保证商品的卖相和质量。

要想保证商品品质的前提下，达到融霜的最佳效果，需根据不同厂家的蒸发器形式，测量蒸发器的压力，从而选择合理的融霜时间及融霜终止温度。

4 针对不同厂家低温冷冻展示柜电加热融霜性能的改进分析

（1）A厂家的低温冷冻展示柜

图2、3为无锡某超市低温冷冻展示柜的融霜特性曲线，原先采用最长融霜时间15 min作为终止时间，到融霜时间后即停止电加热，但此时蒸发器上霜未完全消除，长期运行后蒸发器经常出现冰堵，后期只能通过人工方式进行融霜。

若选择压力作为融霜终止，此时电加热已停止工作，但制冷未开启，导致展示柜的出风温度过高，如此进入化冻-制冷-化冻-……循环反复过程，严重时会导致商品变质。若选择出风温度-4℃进行控制，此时蒸发器的电加热工作终止，目蒸发器的压力在80 psig上下，蒸发器的霜可消除，故对该低温冷冻展示柜的改进措施为将融霜控制方式设为以出风温度-4℃作为融霜终止温度。

通过将A超市低温冷冻展示柜融霜控制条件由15 min改为以-4℃出风温度作为终止温度，并测量系统的用电量。通过图4看出，低温系统在调整融霜终止温度后，系统用电量减少3%以上。

图2 低温玻璃拉门柜融霜特性曲线

图3 低温岛柜融霜特性曲线

图4 融霜终止温度调整前后的日用电量曲线

（2）B厂家的低温冷冻展示柜

南京B超市低温玻璃拉门柜和低温岛柜均采用时间终止作为融霜控制条件，通过现场测量，其性能曲线如图5、6所示。该超市低温冷冻展示柜在融霜过程中蒸发器的风机不停止工作，这点与A超市的展示柜不同，所以会将融霜过程的热量送入展示柜，使展示柜内温度升高，因此，应该尽可能在保证蒸发器的霜消除干净后缩短融霜时间以保证商品质量。

由图5、6分析得知，在融霜过程中压力呈台阶状稳步上升，无明显的恒压去冰阶段，故无法采用最大的恒压时间进行时间终止。对于低温玻璃拉门柜，选择压力作为融霜终止，此时的电加热虽未停止工作，但低温玻璃拉门柜的融霜温度已接近最高值，此时对应的出风温度为-2℃，可满足食品冷藏要求。对于低温岛柜的回气电磁阀关闭后，虽然电加热停止工作，但是余热依旧通过风扇送至展示柜内。为了保证柜内商品的质量，同时保证蒸发器的霜能够消除干净，故将低温岛柜融霜控制条件更改为以融霜温度10℃作为控制目标。

调整南京店的低温冷冻展示柜融霜终止温度后系统用电量如图7所示，低温系统在调整融霜终止温度后，系统用电量在某时段内虽有升高，但总体比调整前的用电量低5%以上。

图5 低温玻璃拉门柜融霜特性曲线

图6 低温岛柜融霜特性曲线

图7 融霜终止温度调整前后的日用电量曲线

5 结语

为了降低低温冷冻展示柜的能耗，除了使用高能效的柜体本身，选择适合的融霜方式和控制参数也至关重要，不仅可以降低展示柜的能耗，还能减少因柜内温度变化而引起的货损。

［1］国内超市冷冻冷藏陈列柜节能探讨. 申江 路坤仑 刘兴华 胡开永.《第六届中国冷冻冷藏新技术、新设备研讨会论文集》2013年.

［2］王安光 卜震 朱伟峰. 大型超市用能分析及节能潜力探讨. 第九届国际绿色建筑与建筑节能大会论文集.2013.

［3］王亮 姜忠龄. 浅谈超市冷冻冷藏陈列柜的节能技术应用. 中国制冷学会学术年会，2009

［4］李玉红 陈天及 余克志. 超市冷藏陈列柜的节能探讨. 制冷. 2003年1期.

［5］张建一 黄毅铭 詹鋆. 大型超市冷冻冷藏陈列柜应用现状和节能分析.制冷与空调. 2011年10月第5期.

节能信息与动态

浦东新区人民医院创建绿色智慧医院

近期，上海市浦东新区人民医院开展综合性节能改造，努力创建“绿色智慧医院”。本次改造全面采用高效绿色照明系统，并在保证舒适度情况下，最大限度降低病房空调能耗；在热水系统优化方面，充分利用夜间谷电，削峰填谷，以降低运行费用。并优化能源切换控制策略，充分利用新能源（如太阳能），减少使用电加热，以达到降低能耗。

同时，建立了能源监测管理系统。该项目在互联网+的思维下，利用远程监控、数值模拟和大数据挖掘等智慧手段进行集成创新。开发能耗监测平台提升对医院的能效监管能力，并开发设备层和系统层能效数值模拟工具提高节能技改水平，通过指标体系、定额管理，促进各科室节能，实现人人节能、处处节能。

（浦东新区）

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，硕士，高级技术主管，主要从事超市展示柜系统、冷库系统设计及工程施工。