冷风机技术的发展及在果蔬冷藏库中的应用

邢振禧

摘要：冷风机作为一种制冷换热器在冷库及各类速冻设备里得到了广泛的应用，但不同厂家的产品其技术性能参数和热传导效果却有很大的差异。本文论述了冷风机技术的发展概况并对冷风机选型的有关问題作了分析。

关键词：冷库冷风机传热系数

冷风机是冷藏、贮存货物及空气调节的主要设备之一，它是依靠通风机将空气通过内部约冷却排管进行强制循环，产生热交换将空气冷却从而达到降低温度的目的。从上世纪90年代以来，国内一批有远见厂家，借助高科技与高等院校、设计院密切合作，使产品更新，使冷风机一改过去单纯的钢管钢片发展到钢管铝片、铜管铝片和铝管铝片等多种型式。同时也带来了冷风机质量的提高和性能的稳定。

1、冷风机技术发展的新特点

1.1侍热效率高：采用变片距，或整体热浸锌工艺，其整机组装焊接后在400℃以上高温的纯锌槽内整体热镀锌，使钢管和翅片紧密接触，管片形成一体，提高了传热效率。能够大大隄高导热系数。

1.2防腐性能优：采用热浸锌、锌层厚度在50 μm以上，是电镀的10～15倍，增强了防嘴性能，产品使用寿命长。

1.3节能，低噪：配用专利QDZ系列轴流风机，风机经先进的CAD优化设计，高效区宽，能适应多工况状态高效运行，大量节省能耗和延长使用寿命。比其它轴流风机具有耗电省、噪音低、效率高、风量大、压力高等优点。

1.4结构型式多：其结构型式有落地顶吹式(L式)，落地上侧吹风式(LS式)，落地平吹式(LP式)，落地下侧吹风式(LX式)，吊顶式(D式)，阱装式(PP、PD)。管组型式有：钢管钢片，钢管铝片，铝管铝片，铜管铝片等。

1.5采用变片距优化组装方式：减少风阻，结霜均匀，增强传热效果，减少冲霜次数。

1.6适应范围广：品种多、规格全，可广泛应用于肉类、瓜果、蔬菜、蛋品、食品、水产品等冻结间，冻结物冷藏间，冷却物冷藏间，食品加工及工业生产车间的空气调节。

2、冷风机传热性能的提高

我们可以从冷风机传热系数k与单位面积冷风机热负荷q来进行分析，比较的条件是，冷风机基本上是在无霜条件下运行。以某生产厂家生产的结构相同，冷却面积、配风量相似的冷风机作比较，通过低温试验室实际测试的结果，冷风机的传热系数。蒸发温度－10℃时，铝管铝片冷风机的传热系数比钢管钢片冷风机高出约20～35％，显示了铝管铝片的明显优势。但随着蒸发温度降低，这种优势趋小。在实际检测中还发现，当翅片管结霜后，并未显示这种优势。

但是，由于生产工艺、制造水平及冷风机结构的差异，不同厂生产的冷风机，其传热系数的差别也较大，另一方面，从单位面积热负荷来看，对同一厂生产的结构类同、冷却面积、配风量相似的冷风机，通过低温试验室进行性能测定的实际结果表明：“铝管铝片冷风机的q值比钢管钢片冷风机的q值高出约40％左右”。但是，产品生产质量水平较低厂家生产的铝管铝片冷风机q值仅比钢管钢片冷风机q值高出大约为14～27％。从某生产水平比较高的厂提供的产品样本数据，对结构类同、冷却面积、配风量相似的冷风机产品作比较可以得到：“每平方米冷却面积的热负荷q(kW/m²)，铝管铝片比钢管钢片的值高出约18～43％”。这一数值与低温试验室实际测定结果相当吻合。

不能简单的认为由于冷风机铝合金材料的导热系数较钢材料大，使金属壁热阻力项减小而使传热系数增大。其实这个因素是微不足道的。更重要的原因之一是铝合金大的导热系数大大提高了翅片效率，减小了空气侧热交换的阻力，因此提高了传热效率使传热系数增大。冷风机翅片效率η＝th(mL)/(mL)，如果(mL)值大时，当热量由翅片基部向端部传递时，翅片端部过余温度较小，这表明翅片表面平均温度较低，翅片的效率也效低。反之，如果(mL)值较小时，翅片效率较高。因此，在一定翅片高度(L)条件下，m值较小是有利的。选用导热系数大的材料，正好能使m值减小。所以选用铝管铝片较之钢管钢片更有利于提高冷风机传热效果使传热系数增大。

例如有下列翅片盘管结构的冷风机；管子φ20×1.0，等边三角形叉排，管子间距60mm，管子排距52mm，采用整体式平翅片，翅片厚0.23mm，翅片间距12mm。如果翅片管的材料采用钢管钢片或铝管铝片，我们根据文献提供的方法作计算比较。假设：“冷风机在无霜工况下运行，蒸发温度为－20℃，据某次实际测定。迎面风速为2.8m/s、进风温度－6℃、进风相对湿度63％，计算可得制冷剂侧放热系数为500W/(m²·K)”。计算结果如下，翅片效率：钢管钢片为0.35，铝管铝片为0.58。翅片管总效率：钢管钢片为0.43；铝管铝片0.63，对传热系数的影响，在上述相同条件下，铝管铝片冷风机的传热系数比钢管钢片的高出27.8％。

3、冷风机应用中应注意的问題

由于生产工艺、制造水平及冷风机结构的差异，不同厂家生产的冷风机，其传热系数的差别也较大。应用中应注意以下问题。

3.1冷风机的使用场合的考虑冷风机按使用用途可分为低温空调间、冷却物冷藏间、冻结物冷藏间、冻结间等。近年来，结合气调库的实际情况，厂家专门开发了专用气调库的冷风机。

3.2冷风机传热系数K的确定冷风机的传热系数与制冷剂的类型、蒸发温度、结霜情况、传热温差、供液方式等有关。过去习惯与采用经验数据按吨或面积确定冷风机的面积的做法会带来较大的误差。

3.2.1制冷剂的类型和供液方式的影响冷风机的供液方式主要有泵强制供液、重力供液和直接膨胀供液方式。如果采用氟利昂R22、R12直接膨胀制冷时，冷量分别比氨泵强制供液下降25％和34％左右，同时设计时需要考虑过热面积。如果采用乙二醇强制供液。由于乙二醇的黏度增大，其传热系数也会下降。

3.2.2冷风机结霜的影响从不同结构冷风机，受结霜影响的结果显示：当蒸发温度为－10℃时，随着结霜开始到霜层厚度达到2mm左右时，这一过程的传热系数下降较快；而当蒸发温度为－30℃时，这一过程的传热系数下降则较慢；一般来说，从结霜开始到严重结霜情况(翅片间距10mm，霜层厚度≥4mm)，传热系数大约降低了一半。

3.2.3蒸发温度的影响实验表明：当蒸发温度从－10℃变化到－20℃时，传热系数下降得快一些，而当蒸发温度从－20℃变化到－30℃时，传热系数下降得慢一些。众所周知，随着蒸发温度的降低，制冷量会不断下降，这里当蒸发温度从－10℃变化到－20℃时，传热系数下降得比较快一些，是因为这段温区内制冷能力下降得相对快些。因此可知，在不同的蒸发温度下其传热系数是不同的。

3.2.4传热温差的影响我们习惯以库房温度与蒸发温度之差来考察冷风机的传热性能，这对于自然对流空气冷却排管是合理的；而冷风机是一种集中装置，所以要用对数平均温差来考核其传热性能。一般来说，传热温差与对数温差是相关的，因此温差大时其传热性能要好些，反之则下降。

3.2.5不同翅片材料对传热系数的影响实验表明：铝管铝翅片冷风机的传热系数要比钢管钢翅片冷风机的传热系数要大。我们知道，铝的导热系数比钢的导热系数大，所以在相同结构参数下铝管铝翅片冷风机的传热性能要好些。

3.2.6冷风机风量的问题目前国内冷风机的测试手段尚不完善，生产厂家都没有完整的测试数据。实际设计中样本提供的轴流风机的风量与实际风量相差很大。这是因为生产厂家给定的风量是在单台轴流风机实验室测试的，当多台轴流风机并联运行时互相影响及冷风机涡旋气流从而导致风机效率下降。笔者设计的某5000吨果品冷库的设计中，设计出风速为8m/s，但实际测得的出风口风速为5m/s多。建议生产厂家能提供多台轴流风机并联下的风量测试，提供可靠的设计样本。

4、结束语

以上对冷风机制造工艺及技术发展作了论述，针对在冷风机的选用上应注意的有关问题进行了探讨。冷风机选型中的经验数据(按冷藏吨位或库房容积选配)要加以分析，不能一味套用。应根据实际冷负荷的计算和冷风机厂家提供的技术参数进行选择计算。