冷風(fēng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展及在果蔬冷藏庫(kù)中的應(yīng)用

邢振禧

摘要：冷風(fēng)機(jī)作為一種制冷換熱器在冷庫(kù)及各類速凍設(shè)備里得到了廣泛的應(yīng)用，但不同廠家的產(chǎn)品其技術(shù)性能參數(shù)和熱傳導(dǎo)效果卻有很大的差異。本文論述了冷風(fēng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展概況并對(duì)冷風(fēng)機(jī)選型的有關(guān)問題作了分析。

關(guān)鍵詞：冷庫(kù)冷風(fēng)機(jī)傳熱系數(shù)

冷風(fēng)機(jī)是冷藏、貯存貨物及空氣調(diào)節(jié)的主要設(shè)備之一，它是依靠通風(fēng)機(jī)將空氣通過內(nèi)部約冷卻排管進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，產(chǎn)生熱交換將空氣冷卻從而達(dá)到降低溫度的目的。從上世紀(jì)90年代以來，國(guó)內(nèi)一批有遠(yuǎn)見廠家，借助高科技與高等院校、設(shè)計(jì)院密切合作，使產(chǎn)品更新，使冷風(fēng)機(jī)一改過去單純的鋼管鋼片發(fā)展到鋼管鋁片、銅管鋁片和鋁管鋁片等多種型式。同時(shí)也帶來了冷風(fēng)機(jī)質(zhì)量的提高和性能的穩(wěn)定。

1、冷風(fēng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的新特點(diǎn)

1.1侍熱效率高：采用變片距，或整體熱浸鋅工藝，其整機(jī)組裝焊接后在400℃以上高溫的純鋅槽內(nèi)整體熱鍍鋅，使鋼管和翅片緊密接觸，管片形成一體，提高了傳熱效率。能夠大大隄高導(dǎo)熱系數(shù)。

1.2防腐性能優(yōu)：采用熱浸鋅、鋅層厚度在50 μm以上，是電鍍的10～15倍，增強(qiáng)了防嘴性能，產(chǎn)品使用壽命長(zhǎng)。

1.3節(jié)能，低噪：配用專利QDZ系列軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)經(jīng)先進(jìn)的CAD優(yōu)化設(shè)計(jì)，高效區(qū)寬，能適應(yīng)多工況狀態(tài)高效運(yùn)行，大量節(jié)省能耗和延長(zhǎng)使用壽命。比其它軸流風(fēng)機(jī)具有耗電省、噪音低、效率高、風(fēng)量大、壓力高等優(yōu)點(diǎn)。

1.4結(jié)構(gòu)型式多：其結(jié)構(gòu)型式有落地頂吹式(L式)，落地上側(cè)吹風(fēng)式(LS式)，落地平吹式(LP式)，落地下側(cè)吹風(fēng)式(LX式)，吊頂式(D式)，阱裝式(PP、PD)。管組型式有：鋼管鋼片，鋼管鋁片，鋁管鋁片，銅管鋁片等。

1.5采用變片距優(yōu)化組裝方式：減少風(fēng)阻，結(jié)霜均勻，增強(qiáng)傳熱效果，減少?zèng)_霜次數(shù)。

1.6適應(yīng)范圍廣：品種多、規(guī)格全，可廣泛應(yīng)用于肉類、瓜果、蔬菜、蛋品、食品、水產(chǎn)品等凍結(jié)間，凍結(jié)物冷藏間，冷卻物冷藏間，食品加工及工業(yè)生產(chǎn)車間的空氣調(diào)節(jié)。

2、冷風(fēng)機(jī)傳熱性能的提高

我們可以從冷風(fēng)機(jī)傳熱系數(shù)k與單位面積冷風(fēng)機(jī)熱負(fù)荷q來進(jìn)行分析，比較的條件是，冷風(fēng)機(jī)基本上是在無霜條件下運(yùn)行。以某生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)相同，冷卻面積、配風(fēng)量相似的冷風(fēng)機(jī)作比較，通過低溫試驗(yàn)室實(shí)際測(cè)試的結(jié)果，冷風(fēng)機(jī)的傳熱系數(shù)。蒸發(fā)溫度－10℃時(shí)，鋁管鋁片冷風(fēng)機(jī)的傳熱系數(shù)比鋼管鋼片冷風(fēng)機(jī)高出約20～35％，顯示了鋁管鋁片的明顯優(yōu)勢(shì)。但隨著蒸發(fā)溫度降低，這種優(yōu)勢(shì)趨小。在實(shí)際檢測(cè)中還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)翅片管結(jié)霜后，并未顯示這種優(yōu)勢(shì)。

但是，由于生產(chǎn)工藝、制造水平及冷風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的差異，不同廠生產(chǎn)的冷風(fēng)機(jī)，其傳熱系數(shù)的差別也較大，另一方面，從單位面積熱負(fù)荷來看，對(duì)同一廠生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)類同、冷卻面積、配風(fēng)量相似的冷風(fēng)機(jī)，通過低溫試驗(yàn)室進(jìn)行性能測(cè)定的實(shí)際結(jié)果表明：“鋁管鋁片冷風(fēng)機(jī)的q值比鋼管鋼片冷風(fēng)機(jī)的q值高出約40％左右”。但是，產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量水平較低廠家生產(chǎn)的鋁管鋁片冷風(fēng)機(jī)q值僅比鋼管鋼片冷風(fēng)機(jī)q值高出大約為14～27％。從某生產(chǎn)水平比較高的廠提供的產(chǎn)品樣本數(shù)據(jù)，對(duì)結(jié)構(gòu)類同、冷卻面積、配風(fēng)量相似的冷風(fēng)機(jī)產(chǎn)品作比較可以得到：“每平方米冷卻面積的熱負(fù)荷q(kW/m²)，鋁管鋁片比鋼管鋼片的值高出約18～43％”。這一數(shù)值與低溫試驗(yàn)室實(shí)際測(cè)定結(jié)果相當(dāng)吻合。

不能簡(jiǎn)單的認(rèn)為由于冷風(fēng)機(jī)鋁合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)較鋼材料大，使金屬壁熱阻力項(xiàng)減小而使傳熱系數(shù)增大。其實(shí)這個(gè)因素是微不足道的。更重要的原因之一是鋁合金大的導(dǎo)熱系數(shù)大大提高了翅片效率，減小了空氣側(cè)熱交換的阻力，因此提高了傳熱效率使傳熱系數(shù)增大。冷風(fēng)機(jī)翅片效率η＝th(mL)/(mL)，如果(mL)值大時(shí)，當(dāng)熱量由翅片基部向端部傳遞時(shí)，翅片端部過余溫度較小，這表明翅片表面平均溫度較低，翅片的效率也效低。反之，如果(mL)值較小時(shí)，翅片效率較高。因此，在一定翅片高度(L)條件下，m值較小是有利的。選用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料，正好能使m值減小。所以選用鋁管鋁片較之鋼管鋼片更有利于提高冷風(fēng)機(jī)傳熱效果使傳熱系數(shù)增大。

例如有下列翅片盤管結(jié)構(gòu)的冷風(fēng)機(jī)；管子φ20×1.0，等邊三角形叉排，管子間距60mm，管子排距52mm，采用整體式平翅片，翅片厚0.23mm，翅片間距12mm。如果翅片管的材料采用鋼管鋼片或鋁管鋁片，我們根據(jù)文獻(xiàn)提供的方法作計(jì)算比較。假設(shè)：“冷風(fēng)機(jī)在無霜工況下運(yùn)行，蒸發(fā)溫度為－20℃，據(jù)某次實(shí)際測(cè)定。迎面風(fēng)速為2.8m/s、進(jìn)風(fēng)溫度－6℃、進(jìn)風(fēng)相對(duì)濕度63％，計(jì)算可得制冷劑側(cè)放熱系數(shù)為500W/(m²·K)”。計(jì)算結(jié)果如下，翅片效率：鋼管鋼片為0.35，鋁管鋁片為0.58。翅片管總效率：鋼管鋼片為0.43；鋁管鋁片0.63，對(duì)傳熱系數(shù)的影響，在上述相同條件下，鋁管鋁片冷風(fēng)機(jī)的傳熱系數(shù)比鋼管鋼片的高出27.8％。

3、冷風(fēng)機(jī)應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

由于生產(chǎn)工藝、制造水平及冷風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的差異，不同廠家生產(chǎn)的冷風(fēng)機(jī)，其傳熱系數(shù)的差別也較大。應(yīng)用中應(yīng)注意以下問題。

3.1冷風(fēng)機(jī)的使用場(chǎng)合的考慮冷風(fēng)機(jī)按使用用途可分為低溫空調(diào)間、冷卻物冷藏間、凍結(jié)物冷藏間、凍結(jié)間等。近年來，結(jié)合氣調(diào)庫(kù)的實(shí)際情況，廠家專門開發(fā)了專用氣調(diào)庫(kù)的冷風(fēng)機(jī)。

3.2冷風(fēng)機(jī)傳熱系數(shù)K的確定冷風(fēng)機(jī)的傳熱系數(shù)與制冷劑的類型、蒸發(fā)溫度、結(jié)霜情況、傳熱溫差、供液方式等有關(guān)。過去習(xí)慣與采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)按噸或面積確定冷風(fēng)機(jī)的面積的做法會(huì)帶來較大的誤差。

3.2.1制冷劑的類型和供液方式的影響冷風(fēng)機(jī)的供液方式主要有泵強(qiáng)制供液、重力供液和直接膨脹供液方式。如果采用氟利昂R22、R12直接膨脹制冷時(shí)，冷量分別比氨泵強(qiáng)制供液下降25％和34％左右，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮過熱面積。如果采用乙二醇強(qiáng)制供液。由于乙二醇的黏度增大，其傳熱系數(shù)也會(huì)下降。

3.2.2冷風(fēng)機(jī)結(jié)霜的影響從不同結(jié)構(gòu)冷風(fēng)機(jī)，受結(jié)霜影響的結(jié)果顯示：當(dāng)蒸發(fā)溫度為－10℃時(shí)，隨著結(jié)霜開始到霜層厚度達(dá)到2mm左右時(shí)，這一過程的傳熱系數(shù)下降較快；而當(dāng)蒸發(fā)溫度為－30℃時(shí)，這一過程的傳熱系數(shù)下降則較慢；一般來說，從結(jié)霜開始到嚴(yán)重結(jié)霜情況(翅片間距10mm，霜層厚度≥4mm)，傳熱系數(shù)大約降低了一半。

3.2.3蒸發(fā)溫度的影響實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)蒸發(fā)溫度從－10℃變化到－20℃時(shí)，傳熱系數(shù)下降得快一些，而當(dāng)蒸發(fā)溫度從－20℃變化到－30℃時(shí)，傳熱系數(shù)下降得慢一些。眾所周知，隨著蒸發(fā)溫度的降低，制冷量會(huì)不斷下降，這里當(dāng)蒸發(fā)溫度從－10℃變化到－20℃時(shí)，傳熱系數(shù)下降得比較快一些，是因?yàn)檫@段溫區(qū)內(nèi)制冷能力下降得相對(duì)快些。因此可知，在不同的蒸發(fā)溫度下其傳熱系數(shù)是不同的。

3.2.4傳熱溫差的影響我們習(xí)慣以庫(kù)房溫度與蒸發(fā)溫度之差來考察冷風(fēng)機(jī)的傳熱性能，這對(duì)于自然對(duì)流空氣冷卻排管是合理的；而冷風(fēng)機(jī)是一種集中裝置，所以要用對(duì)數(shù)平均溫差來考核其傳熱性能。一般來說，傳熱溫差與對(duì)數(shù)溫差是相關(guān)的，因此溫差大時(shí)其傳熱性能要好些，反之則下降。

3.2.5不同翅片材料對(duì)傳熱系數(shù)的影響實(shí)驗(yàn)表明：鋁管鋁翅片冷風(fēng)機(jī)的傳熱系數(shù)要比鋼管鋼翅片冷風(fēng)機(jī)的傳熱系數(shù)要大。我們知道，鋁的導(dǎo)熱系數(shù)比鋼的導(dǎo)熱系數(shù)大，所以在相同結(jié)構(gòu)參數(shù)下鋁管鋁翅片冷風(fēng)機(jī)的傳熱性能要好些。

3.2.6冷風(fēng)機(jī)風(fēng)量的問題目前國(guó)內(nèi)冷風(fēng)機(jī)的測(cè)試手段尚不完善，生產(chǎn)廠家都沒有完整的測(cè)試數(shù)據(jù)。實(shí)際設(shè)計(jì)中樣本提供的軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與實(shí)際風(fēng)量相差很大。這是因?yàn)樯a(chǎn)廠家給定的風(fēng)量是在單臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的，當(dāng)多臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)互相影響及冷風(fēng)機(jī)渦旋氣流從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率下降。筆者設(shè)計(jì)的某5000噸果品冷庫(kù)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)出風(fēng)速為8m/s，但實(shí)際測(cè)得的出風(fēng)口風(fēng)速為5m/s多。建議生產(chǎn)廠家能提供多臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)并聯(lián)下的風(fēng)量測(cè)試，提供可靠的設(shè)計(jì)樣本。

4、結(jié)束語

以上對(duì)冷風(fēng)機(jī)制造工藝及技術(shù)發(fā)展作了論述，針對(duì)在冷風(fēng)機(jī)的選用上應(yīng)注意的有關(guān)問題進(jìn)行了探討。冷風(fēng)機(jī)選型中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)(按冷藏噸位或庫(kù)房容積選配)要加以分析，不能一味套用。應(yīng)根據(jù)實(shí)際冷負(fù)荷的計(jì)算和冷風(fēng)機(jī)廠家提供的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行選擇計(jì)算。