商用冷冻展示柜除霜技术研究及应用现状

杨 永

（松下冷链（大连）有限公司 大连 116600）

引言

随着我国餐饮行业的迅速发展，行业消费不断升级，品牌规模持续扩大，为了更好的适应广大消费者的需求，餐饮行业的各大品牌厂家也在积极创新，本着节能低碳、绿色环保的发展理念，推动品牌策略创新与优化运营成本的战略转型。商用冷冻展示柜集制冷存储与商品展示功能于一体，不但可以节省店铺的存储空间，减轻商家的资产投入，同时也可以满足消费者对品牌商品的购买需求，逐渐成为了品牌商品销售的新渠道。

1 商用冷冻展示柜

商用冷冻展示柜是一种具有制冷功能，同时可以通过展示窗口（通常为玻璃门）进行商品展示的一种商用冷冻柜，主要用来存储雪糕、冰激凌、冷冻肉类、以及品牌预制菜等需要冷冻保存的食品。

目前市场上所使用的商用冷冻展示柜主要采用压缩制冷的方式，通过制冷剂在蒸发器中的汽化相变的方式吸收周边环境的热量，再通过直冷或者风冷的方式，实现柜内空气降温，从而为食品提供适宜的冷冻环境。

商用冷冻展示柜从产品结构上可分为卧式冷冻展示柜和立式冷冻展示柜。

卧式冷冻展示柜主要用来存放冰激凌、水饺、肉类等冷冻食品。冷柜可以单独靠墙摆放，也可以组装成环岛的形状进行摆放，商品展示面位于顾客的视线以下。

立式冷冻展示柜主要用于存放单品价值相对较高、具有品牌展示需求的商品，如冰激凌蛋糕、进口牛肉、品牌预制菜等冷冻食品，能够满足商家展示商品品牌形象的需求。立式冷冻展示柜可以单独使用，也可以通过并排摆放组成品牌墙的方式使用，商品展示面位于顾客视线的正前方，延伸了吸引消费者注意的有效距离，提升品牌商品的展示效果，促进品牌商品的销售。

2 商用冷冻展示柜的结霜

在冷冻展示柜的使用过程中，反复的开关门操作会使冷柜内外产生冷热负荷交换， 湿空气中的水分会逐渐析出并吸附在蒸发器表面，从而形成蒸发器表面的结霜现象，霜层的累积会降低蒸发器的换热效果，影响制冷系统性能。Faramarzi认为，冰层不仅会减少蒸发器表面的换热系数，而且会增加空气流过蒸发盘管的阻力，从而减少空气的流量，这对陈列柜的性能危害极大[1]。因此，如何进行高效的化霜处理，减少化霜过程中所产生的冷量损失和能耗的增加，以及避免化霜过程中温升对商品品质的影响，选择合理的除霜方式十分重要。

3 商用冷冻展示柜的除霜方式及特点

商用冷冻展示柜常用的除霜方式有三种，分别是自然除霜、电加热管加热除霜和热氟融霜。

3.1 自然除霜和人工手动除霜

自然除霜和人工手动除霜主要应用于采用直冷方式制冷的卧式冷冻柜，除霜时需要将柜内商品转移，冷柜断电，采用除霜铲或者外界升温的方式促使冷柜表面的霜层逐渐融化，化霜水通过排水管排出柜外。

自然化霜（手动除霜）的特点：通过观察冷柜内壁霜层的厚度来判断是否需要除霜，通常在5 mm以上时需要手动化霜。由于化霜时间较长，除霜前需要将商品取出并放在备用冷柜中存储，再通过除霜铲进行手动除霜。采用这种除霜方式，系统设计无需增加材料成本，但除霜过程存在损坏冰柜内壁的隐患，化霜后的冷柜需要预冷较长时间后才能放入商品，导致耗电量上升，人工成本增加。

3.2 电加热管加热除霜

电加热管加热除霜主要应用于采用翅片式蒸发器通过冷风循环制冷的冷冻柜，除霜时通过控制器使制冷系统停止运行，电加热管启动,以位置如图1所示的电加热管为例，通过电加热管产生的热量提升霜层周边的空气温度，由图2可知，热量从蒸发器外部开始向蒸发器内部传递，逐渐融化蒸发器翅片和管路表面的霜层，从而完成化霜。

图1 加热管位置示意图

图2 热辐射除霜示意图

电加热管的化霜方式可以通过控制器的设计实现定时化霜。定时化霜是根据冷柜的容积、摆放的商品以及开关门的次数设定合理的化霜间隔时间，以满足冷柜的正常使用需求。

以1 000 L的双玻璃门冷冻柜为例，柜内温度要求在（-20±2）℃，采用电加热管的化霜方式，在环境温度27 ℃，相对湿度70 %的环境中，按照每6 min开门1次，每次开门10 s的操作反复进行8 h，之后关门16 h。系统设计的化霜时间间隔为12 h，每次化霜时间不超过45 min，即可满足使用需求。

关于定时化霜的时间的优化方面，Cai J等提出将融霜能耗与食品质量损失作为优化目标，不断寻找最佳融霜时间间隔方法，结果表示，不同环境条件对应一个最优融霜时间间隔，在柜外环境干球温度/相对湿度为25 ℃/50 %下最佳融霜时间间隔为6 h，若按融霜时间间隔为9 h计，则每日能耗增加126.4 %[3]。

电加热管的位置设计通常有2种式样，一种是设置在蒸发器的四周，另外一种则是贯穿于蒸发器的翅片中间。相比于将电加热管设置在蒸发器四周的方式而言，将其贯穿于蒸发器中间的除霜方式速度更快，但这种除霜方式在加工工艺上难度较高，而且售后操作复杂，维修成本较高。

电加热管化霜的特点：无需人工操作化霜，无需转移柜内商品，可以通过控制器进行定时化霜，是大多数冷冻柜所采用的化霜方式。

电加热化霜对柜内温升影响较大，据研究表明：化霜时所产生的热量仅有15 %有效，其余耗散在冷柜内部，增加了制冷负荷[4]。通过1 000 L双门冷冻展示柜的实验数据分析，化霜所需要的电能占冷冻柜总能耗的15 %，化霜后负荷温度恢复到化霜前温度所需耗电量占系统运行耗电量的7 %，每日化霜的耗电量占总能耗的22 %。

电加热管化霜系统的设计需要增加电加热管及其高温保护装置，用于防止由于加热管持续高温导致冷柜以及商品的损坏，因此冷柜设计的材料成本略有增加。

3.3 热氟融霜

热氟融霜适用范围比较广泛，直冷和风冷的冷冻展示柜均可采用热氟融霜。热氟融霜是通过系统管路中的电磁阀装置控制管路的阻断和开通，将压缩机排出的高温气体引入到需要除霜的蒸发器里，利用热气的显热和潜热来加热融化蒸发器外表面的霜，从而达到除霜的目的[5]。由图3可以得知，热氟融霜是从管路内部加热升温，热量逐渐从管路内壁向外传递，因此化霜的过程由内向外进行，这种融霜方式使蒸发器表面的霜层融化的更加彻底，也能缩短化霜时间。

图3 热氟融霜热辐射示意图

热氟化霜方式的特点：无需人工操作化霜，无需转移柜内商品，可以通过控制器进行定时化霜，化霜效率高，融霜时间短，可以有效的控制柜内温升。

图4是采用电加热管化霜和热氟系统化霜时的温度曲线，从曲线中可以看出，采用电加热化霜时，出风口的温度升高到15 ℃左右，而采用热氟融霜系统化霜时，出风口的温度升高到0 ℃左右，热氟化霜所带来的温度损失要小于电加热化霜。

图4 化霜时出风口温度变化曲线

本文通过1 000 L双门冷冻展示柜的实验数据进行能耗方面的分析。采用热氟融霜系统化霜所需要的电能占冷冻柜总能耗的1.15 %，化霜后负荷温度恢复到化霜前温度所需耗电量占系统运行中耗电量的4.7 %，每日化霜的耗电量占总能耗的5.8 %，热氟融霜系统的耗电量要小于电加热化霜。

热氟化霜可以应用在卧式冷冻柜和立式冷冻展示柜上，是目前解决冷冻展示柜化霜的优化方案之一，但是鉴于系统中电磁阀等部件和管路系统的增加，成本略有升高，通常使用在对温度要求严格、存放高端食材的冷冻展示柜上。

4 结论

商用冷冻展示柜可以根据不同的使用场景和使用需求选择适宜的化霜方式，随着商家对提升品牌商品的展示效果、降低人工费用、减少经营成本和节能等多方面的要求，热氟融霜技术将会进一步得到优化并被广泛推广。