韦自妍 刘霞 刘忠宝
北京工业大学环境与生命学部
摘要
Abstract
随着环境保护的要求和节能减排技术的发展，商超冷柜的节能问题受到了广泛关注 。相变蓄冷技术能实现能量的空间和时间的转移，将其应用在商超冷柜的蒸发器方面，具有一定的节能价值 。选择相变温度和相变潜热合适的NaCl溶液作为相变蓄冷材料，通过热负荷计算确定蓄冷材料的添加量 。在不同工况下，实验对比添加蓄冷材料前后运行过程中试验包温度波动、冷柜功率及耗电量的变化，从而分析系统的节能性和经济性 。结果表明，添加蓄冷材料的冷柜在环境温度25℃和0℃下可以延缓温升幅度，最高可达42.17%，节省能耗最高可达4.87% 。
关键词
Keywords
相变蓄冷材料；商超冷柜；节能
DOI:10.19784/j.cnki.issn1672-0172.2021.05.013
1 引言
冷柜广泛应用于超市、酒店和餐厅等行业，起到冷藏保鲜、延长食物保存期限的作用 。由于海外疫情蔓延，人们居家隔离的需求给冰箱和冷柜的出口带来了新的机遇 ， 出口增量明显[1] 。冷柜产品在2020年累计收入在由疫情受到冲击的家电市场中实现了正增长 ， 线上市场销量为451万台，同比增长22.8% 。在冷柜得到广泛应用时 ， 其能耗带来的影响也不能被忽略 。与冰箱相比，商超冷柜具有展示性好、耗电量大、冷冻温度低等特点 。目前我国碳排放总量居全球第一，为了减少二氧化碳的排放，实现“碳中和”，研究商超冷柜的节能问题具有重要意义 。相变蓄冷技术能实现能量的时间和空间的转移 ， 在可持续能量使用方面有关键作用，故将相变蓄冷技术与冷柜结合利用能起到较好的节能效果 。关于相变蓄冷技术的研究大多是基于空调和冰箱方面，在商超冷柜的应用研究基本没有 。而商用冷柜与冰箱的工作原理类似，故关于相变蓄冷技术在冰箱方面的研究[2,3] ， 应用在冷柜方面有一定的借鉴意义 。陈英姿[4]在冰箱上采用了两种蓄冷材料作为组合式相变蓄冷材料的蓄冷方法，有效的延长了冰箱的保温时间 。张月[5]选取相变温度在-3℃的蓄冷材料，测试分析冰箱运行阶段以及化霜期间温度波动对比，结果表明蓄冷剂能有效地减缓冰箱温度波动 。
【冰柜怎么调节温度 海容冰柜怎么调节温度】所以本文在商超冷柜应用相变蓄冷材料，将相变蓄冷材料集成在蒸发器侧 。当系统运行时蓄冷材料储存冷量，压缩机停机时，由蓄冷材料释冷，使蒸发器侧由于压缩机启停的间歇换热变为连续换热，提高了换热能力，并能在压缩机停机期间保持冷柜内部温度的稳定，保证冷柜内部食品的储藏效果 。本文在不同运行模式下进行停机温升实验和连续运行的温度波动实验和能耗测试，从而进行分析 。
2 实验方案
2.1 相变蓄冷材料的选取
对实验用冷柜运行时柜内温度进行采集，室温下冷柜柜内设定温度为-25℃且冰箱空载，运行时蒸发器平均温度在-23.8℃左右 。由于试验测试温度传感器与冷柜自带温度传感器放置位置不同，在冷柜温控器设置-25℃时，测得柜内温度范围在-23℃～-18℃之间 。
为了使蓄冷材料可以完全冻结相变，考虑传热温差等因素，选取浓度为15%的NaCl溶液 ， 其相变温度为-11℃，相变潜热为153kJ/kg 。无机盐溶液作为蓄冷材料时，在长期重复使用的过程中会出现结晶盐析出的现象，从而会降低蓄冷材料的浓度，影响使用效果，添加适量的增稠剂可以起到减小蓄冷材料流动的作用，故添加5％的高吸水树脂SAP 。同时为了降低蓄冷材料的过冷度，添加0.03％的成核剂硅藻土 。对实验所用相变蓄冷材料进行冻结实验，将质量为550g相变材料置于环境温度-25℃条件下，降温冻结相变，如图1a）和b）所示 。测得相变过程中溶液的温度变化曲线，其结果如图2所示 。从图2可以看出，15%的NaCl溶液从4000s后达到过冷最低温度-11.4℃，实验经过5250s后到达相变温度-11℃，其过冷度为0.4℃ 。相变初始温度为-10.1℃，相变温度平均值为-10.9℃ 。
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