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        立式玻璃門冷凍陳列柜熱負(fù)荷分析

        2013-05-30 04:52:44陳軍
        關(guān)鍵詞:穩(wěn)態(tài)

        陳軍

        【摘 要】陳列柜的熱負(fù)荷計(jì)算是陳列柜設(shè)計(jì)和制冷機(jī)組選配的基礎(chǔ),因此對(duì)陳列柜熱負(fù)荷定性定量地分析有著非常重要的意義。立式玻璃門陳列柜熱負(fù)荷可以分為兩個(gè)區(qū)間分別分析:穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間和非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間;其中穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間的熱負(fù)荷包括傳導(dǎo)熱負(fù)荷和環(huán)境輻射熱負(fù)荷和陳列柜自身熱負(fù)荷三部分,非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間的熱負(fù)荷包括裝卸貨熱負(fù)荷和融霜熱負(fù)荷兩部分; 在此基礎(chǔ)上,對(duì)各部分熱負(fù)荷分別測定和計(jì)算。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,說明該分析方法是可行的并具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

        【關(guān)鍵詞】立式玻璃門陳列柜;熱負(fù)荷;穩(wěn)態(tài);非穩(wěn)態(tài)

        0.引言

        陳列柜通常用于商店和超級(jí)市場,它即具有低溫保存易腐敗商品和食品的功能,同時(shí)具有展示和銷售商品或食品的功能。陳列柜的熱負(fù)荷不僅是陳列柜設(shè)計(jì)和制冷機(jī)組選配的基礎(chǔ),而且通過對(duì)熱負(fù)荷組成部分的定量分析,能夠?yàn)殛惲泄竦墓?jié)能和優(yōu)化提供依據(jù)。

        1.概述

        由于影響敞開式陳列柜和封閉式陳列柜熱負(fù)荷的因素不同,需對(duì)這兩種柜型分別討論。

        首先,對(duì)于敞開式陳列柜而言,外界環(huán)境卷入的滲透熱量是其主要部分,其次是外界的輻射熱量;而封閉式陳列柜更類似冷凍冷藏箱,熱負(fù)荷的主要部分集中在傳導(dǎo)熱負(fù)荷和陳列柜自身熱負(fù)荷。

        其次,由于陳列柜熱負(fù)荷的主要部分都與環(huán)境有關(guān),可見超市或商場的環(huán)境參數(shù)(溫度和濕度)對(duì)陳列柜的熱負(fù)荷影響很大。對(duì)于敞開式陳列柜而言,環(huán)境的濕度不僅對(duì)熱負(fù)荷有很大影響,而且會(huì)影響蒸發(fā)器的結(jié)霜問題,因而控制環(huán)境的相對(duì)濕度對(duì)敞開式陳列柜的節(jié)能更具意義。對(duì)于封閉式陳列柜的熱負(fù)荷,環(huán)境參數(shù)的影響相對(duì)較小,陳列柜的循環(huán)風(fēng)量影響比較大;過大的循環(huán)風(fēng)量會(huì)導(dǎo)致陳列柜熱負(fù)荷增大,冷藏食品的干耗增大,但過小的循環(huán)風(fēng)量也會(huì)使陳列柜降溫緩慢,因而應(yīng)選擇合適的循環(huán)風(fēng)量。

        本文僅針對(duì)4門封閉式陳列柜熱負(fù)荷展開研究,以24小時(shí)作為一個(gè)周期,對(duì)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行兩個(gè)區(qū)間分別計(jì)算;其中包括1次裝貨和每小時(shí)每扇門開6次來卸貨(每次開門持續(xù)6秒鐘,共持續(xù)12小時(shí)),4次化霜(每次化霜持續(xù)0.58小時(shí));最后匯總得出陳列柜24小時(shí)的總負(fù)荷。

        2.玻璃門陳列柜的熱負(fù)荷分析

        本文將陳列柜的熱負(fù)荷分為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間和非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間分別研究。

        2.1陳列柜穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的熱負(fù)荷

        陳列柜穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的熱負(fù)荷Q4包括傳導(dǎo)熱負(fù)荷Q1,環(huán)境輻射熱負(fù)荷Q2和陳列柜自身熱負(fù)荷Q3。

        2.1.1傳導(dǎo)熱負(fù)荷

        柜壁與外界傳導(dǎo)熱負(fù)荷Q1是指柜內(nèi)外空氣通過柜壁的導(dǎo)熱量,主要換熱形式為熱傳導(dǎo)。它的大小與很多因素有關(guān),包括:柜壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)、柜壁的厚度、柜壁外表面積、柜外環(huán)境空氣溫度、柜內(nèi)空氣平均溫度等。Q1可由下式估算而得:

        Q1=KF1(T1-T2)

        式中:K—柜壁的總傳熱系數(shù),kW/(M2·K);

        F1—柜壁外表面積,M2;

        T1—柜外環(huán)境空氣溫度,K;

        T2—柜內(nèi)空氣平均溫度,K。

        2.1.2環(huán)境輻射熱負(fù)荷

        從玻璃門進(jìn)入的輻射熱負(fù)荷Q2則主要與柜內(nèi)食品及柜內(nèi)壁的黑度、陳列柜玻璃門面積、柜外環(huán)境空氣溫度、柜內(nèi)陳列物或柜內(nèi)壁的表面溫度等參數(shù)相關(guān)。Q2可由下式估算而得:

        Q2=ε?C0F2[(T1/100)4-(T3/100)4]

        式中:ε—柜內(nèi)陳列物及柜內(nèi)壁的黑度;

        ?—輻射角系數(shù);

        C0—絕對(duì)黑物體的吸收系數(shù),kW/(M2·K);

        F2—陳列柜玻璃門面積,M2;

        T1—柜外環(huán)境空氣溫度,K;

        T3—柜內(nèi)陳列物或柜內(nèi)壁的表面溫度,K。

        2.1.3陳列柜自身熱負(fù)荷

        陳列柜自身熱負(fù)荷Q3來自柜內(nèi)照明和蒸發(fā)器風(fēng)扇電機(jī)。主要包括風(fēng)機(jī)發(fā)熱量Qf、防露加熱器發(fā)熱量Qj和照明發(fā)熱量Qz等,均可由各自功率計(jì)算而得。Q3可由下式估算而得:

        Q3=2Qf+2Qj+Qz=2n1Nf+2k1Nj+n2Nz

        式中:n1—陳列柜內(nèi)風(fēng)機(jī)數(shù)量;

        Nf—風(fēng)機(jī)電機(jī)消耗的電功率,kW;

        k1—散入系數(shù)(電阻絲熱量散入柜內(nèi)的比率),%;

        Nj—電阻絲的功率,kW;

        n2—陳列柜內(nèi)日光燈數(shù);

        Nz—日光燈的功率,kW。

        綜上可得24小時(shí)內(nèi)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的熱負(fù)荷Q4:

        Q4=24(Q1+Q2)+12Q3

        2.2陳列柜非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的熱負(fù)荷

        在陳列柜裝卸貨和融霜的非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間,還有非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的熱負(fù)荷Q8,包括裝卸貨熱負(fù)荷Q5、Q6和融霜熱負(fù)荷Q7。

        2.2.1裝卸貨熱負(fù)荷

        裝貨熱負(fù)荷Q5 是指當(dāng)裝入貨物溫度比陳列柜柜內(nèi)空氣平均溫度高時(shí),將其溫度降到柜內(nèi)空氣平均溫度的熱負(fù)荷:

        Q5=mCl(T4-T2)Δt

        式中:m—裝入貨物質(zhì)量,kg;

        Cl—貨物比熱容,kW/(kg*k);

        T4—貨物絕對(duì)溫度,K;

        T2—柜內(nèi)空氣平均溫度,K;

        Δt—降溫時(shí)間,h。

        卸貨熱負(fù)荷Q6 是指開門取貨時(shí)環(huán)境中的熱濕空氣通過風(fēng)幕滲入柜內(nèi)的熱負(fù)荷,由顯熱部分和潛熱部分組成:

        Q6=ρVCp(T1-T2)+ρVCp(W1-W2)hw

        式中:ρ—空氣密度,kg/m3;

        V—卷入陳列柜的空氣體積流量,m3/h;

        Cp—空氣比熱容,kW/(kg*k);

        W1—環(huán)境濕度;

        W2—柜內(nèi)濕度;

        hw—水蒸氣潛熱,kJ/kg。

        2.2.2融霜熱負(fù)荷

        本文僅針對(duì)電熱融霜進(jìn)行熱負(fù)荷計(jì)算:

        Q7=W-Qm

        式中:W—融霜輸入功率,kW;

        Qm—霜融解所需熱量,kW。

        綜上可得24小時(shí)內(nèi)非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的熱負(fù)荷Q8:

        Q8=Q5+12*6*6*Q6/3600+4*0.58*Q7

        2.3陳列柜的總熱負(fù)荷

        陳列柜的總熱負(fù)荷Q0等于穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間的熱負(fù)荷Q4、 Q8之和。

        Q0=Q4+Q8

        3.陳列柜熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)制冷量結(jié)果的比較分析

        3.1陳列柜熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果Q0=Q4+Q8=43.2kW·h

        3.2陳列柜實(shí)驗(yàn)制冷量結(jié)果

        Q0'=(24-4*0.58)*η*mr*Δh=50.75kW·h

        式中:η—陳列柜電磁閥開啟率;

        mr—制冷劑流量,kg/h;

        Δh—陳列柜進(jìn)出口焓差,kJ/kg。

        4.結(jié)論

        本文對(duì)立式玻璃門冷凍陳列柜的熱負(fù)荷進(jìn)行分析,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,通過與陳列柜實(shí)驗(yàn)制冷量結(jié)果的比較可以得出,該分析方法具有實(shí)際操作的可行性和應(yīng)用價(jià)值。因此可以為新設(shè)計(jì)的陳列柜熱負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測,同時(shí)為陳列柜設(shè)計(jì)、機(jī)組匹配以及陳列柜性能分析提供可靠的理論基礎(chǔ)。

        【參考文獻(xiàn)】

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