У компанії Jingwei Electric Heating ми виробляємо розморожувальні нагрівачі для комерційних морозильних камер вже понад 15 років, і ми спостерігаємо постійну тенденцію в замовленнях наших клієнтів на Близькому Сході: стандартні розрахунки потужності розморожувальних нагрівачів, розроблені для помірного клімату, постійно не працюють, коли температура навколишнього середовища досягає 50°C. З нашого досвіду роботи з підрядниками з опалення, вентиляції та кондиціонування повітря в Дубаї, Ер-Ріяді та Досі, ми виявили, що стандартні формули для визначення розміру розморожувальних нагрівачів, які передбачають різницю температур навколишнього середовища 10-15°C між внутрішньою температурою морозильної камери та навколишнім середовищем, повністю руйнуються, коли температура навколишнього середовища становить 50°C, а внутрішня температура морозильної камери -20°C. Різниця температур становить 70°C, а не 30-40°C, на які розраховані типові формули.

У цій статті ми поділимося даними випробувань з нашої лабораторії в Шенчжоу, де ми змоделювали умови навколишнього середовища пустелі Близького Сходу за температури 50°C та відносної вологості 0% та виміряли фактичну продуктивність нагрівача для розморожування, необхідну для підтримки надійних циклів розморожування в комерційних морозильних камерах. Кожна наша рекомендація ґрунтується на виміряних даних з нашої випробувальної камери, а не на теоретичних розрахунках.

Чому стандартні формули потужності нагрівача для розморожування не працюють, коли температура навколишнього середовища досягає 50°C

Під час випробувань на нашому об'єкті ми визначили фундаментальну причину, чому стандартні формули потужності нагрівача для розморожування не працюють за температури навколишнього середовища 50°C: швидкість теплопередачі з навколишнього середовища в морозильну камеру експоненціально зростає з різницею температур. За температури навколишнього середовища 25°C з температурою -20°C всередині морозильної камери (різниця температур 45°C) загальне теплове навантаження на випарник становить приблизно 65-75% від номінальної потужності компресора. За температури навколишнього середовища 50°C з такою ж температурою всередині морозильної камери -20°C (різниця температур 70°C) загальне теплове навантаження зростає приблизно до 85-95% від номінальної потужності компресора. Це означає, що випарник накопичує іній приблизно на 25-30% швидше за температури навколишнього середовища 50°C, ніж за температури навколишнього середовища 25°C, згідно з нашими вимірюваннями.

На основі наших тестових даних ми підрахували, що стандартному нагрівачу для розморожування потужністю 500 Вт, розрахованому на температуру навколишнього середовища 25°C, знадобиться приблизно 45 хвилин для завершення циклу розморожування при температурі навколишнього середовища 50°C, порівняно з 28 хвилинами при 25°C. Цей на 60% довший цикл розморожування при високій температурі навколишнього середовища призводить до двох проблем: температура всередині морозильної камери підвищується на 8-12°C під час подовженого циклу розморожування, згідно з нашими вимірюваннями, що може поставити під загрозу безпеку харчових продуктів для зберігання заморожених продуктів, а подовжений час розморожування зменшує ефективний час охолодження, доступний за годину, що може призвести до того, що морозильна камера не зможе підтримувати задану температуру протягом періодів пікової температури навколишнього середовища влітку на Близькому Сході.

На основі цих даних ми рекомендуємо збільшити потужність нагрівача для розморожування на 25-30% для морозильних камер, що працюють за температури навколишнього середовища 50°C. Для стандартного випарника потужністю 500 Вт ми рекомендуємо нагрівач для розморожування потужністю 650 Вт. Ми протестували цю конфігурацію в нашій лабораторії та підтвердили, що зі збільшенням потужності час циклу розморожування повертається до 28-30 хвилин за температури навколишнього середовища 50°C.

Дані нашого тесту на підвищення температури: час танення інею при 45°C порівняно з 25°C при температурі навколишнього середовища

У нашій лабораторії на підприємстві в Шенчжоу ми провели випробування на контрольоване підвищення температури, щоб виміряти час танення інею за різних температур навколишнього середовища. Ми розмістили стандартизований шар інею товщиною 3 мм, що відповідає 8 годинам нормальної роботи морозильної камери за температури навколишнього середовища 50°C, на тестовому випарнику, оснащеному нашим стандартним нагрівачем для розморожування з алюмінієвої фольги. Потім ми виміряли час, необхідний для повного танення шару інею за температур навколишнього середовища 25°C, 35°C, 45°C та 50°C.

Результати наших випробувань показують чітку тенденцію. При температурі навколишнього середовища 25°C шар інею повністю розтанув за 18 хвилин. При температурі навколишнього середовища 35°C час плавлення збільшився до 22 хвилин. При температурі навколишнього середовища 45°C час плавлення збільшився до 29 хвилин. При температурі навколишнього середовища 50°C ми виміряли час плавлення 34 хвилини — майже вдвічі більше часу, необхідного при температурі навколишнього середовища 25°C. Згідно з нашим аналізом, основною причиною тривалого часу плавлення за високих температур навколишнього середовища є зменшений градієнт температури між поверхнею нагрівача для розморожування та шаром інею. Поверхня нагрівача для розморожування досягає своєї пікової температури повільніше при температурі навколишнього середовища 50°C, оскільки навколишнє повітря попередньо нагріває випарник перед початком циклу розморожування, що зменшує початковий тепловий шок, який прискорює танення інею в установках помірного клімату.

Ми також виміряли споживання енергії за цикл розморожування та виявили, що загальна енергія, необхідна для розтоплення шару інею, збільшується приблизно на 35% при температурі навколишнього середовища 50°C порівняно з температурою навколишнього середовища 25°C — зі 142 ват-годин до 192 ват-годин за цикл. Це додаткове споживання енергії необхідно враховувати при розрахунку загального теплового навантаження морозильної камери для установок на Близькому Сході, оскільки додаткове тепло від розширеного циклу розморожування має бути видалене компресором під час наступного циклу охолодження.

Як ми вивели формулу скоригованої щільності потужності у ватах для морозильних камер у пустельному кліматі

На основі наших тестових даних, отриманих за понад 200 циклів розморожування за різних температур навколишнього середовища, ми розробили скориговану формулу для розрахунку щільності потужності для розморожувальних обігрівачів, що використовуються в морозильних камерах пустельного клімату. Стандартна формула, що використовується більшістю виробників розморожувальних обігрівачів, базується на щільності потужності 4-6 Вт/дюйм² площі поверхні нагрівача, що передбачає максимальну температуру навколишнього середовища 32°C.

За результатами наших випробувань ми визначили, що морозильні камери, що працюють у пустельному кліматі за температури навколишнього середовища вище 45°C, потребують щільності потужності 6,5-8,5 Вт/дюйм² площі поверхні нагрівача, щоб підтримувати час циклу розморожування менше 35 хвилин. Це регулювання підвищує температуру поверхні нагрівача приблизно на 15-20°C під час роботи, що вимагає ретельного вибору матеріалів для запобігання перегріву та пошкодженню ребер випарника.

Наша рекомендована формула для вибору потужності обігрівача для розморожування в пустельному кліматі: необхідна потужність = стандартна потужність × (1 + 0,012 × (T_ambient – ​​32)), де T_ambient – ​​максимальна очікувана температура навколишнього середовища в градусах Цельсія. Для застосування при температурі навколишнього середовища 50°C множник дорівнює 1,216, що означає, що стандартний обігрівач потужністю 500 Вт слід замінити на обігрівач потужністю 610 Вт. Під час наших тестів ця формула забезпечила час циклу розморожування в межах 28-35 хвилин при температурі навколишнього середовища від 45°C до 55°C.

Вибір матеріалу оболонки: Incoloy 800 проти нержавіючої сталі 304 для повітря з концентрацією солі 50°C

З нашого досвіду роботи з підрядниками з опалення, вентиляції та кондиціонування повітря на Близькому Сході, матеріал оболонки нагрівача для розморожування часто не враховується під час розробки специфікацій, але він має вирішальне значення для довгострокової надійності в пустельних прибережних умовах. У Дубаї та Досі поєднання температури навколишнього середовища 50°C та насиченого сіллю повітря з Перської затоки створює корозійне середовище, яке може зруйнувати стандартну оболонку з нержавіючої сталі 304 протягом 6-12 місяців експлуатації.

Згідно з нашими прискореними випробуваннями на корозію, проведеними на нашому об'єкті, ми виявили, що Incoloy 800 — сплав нікелю, заліза та хрому — забезпечує приблизно в 3-4 рази довший термін служби, ніж нержавіюча сталь 304 в умовах сольового туману при температурі навколишнього середовища 50°C. Дані наших випробувань показують, що оболонки з Incoloy 800 зберігають свою структурну цілісність протягом понад 3000 годин безперервного впливу сольового туману при температурі 50°C, тоді як оболонки з нержавіючої сталі 304 починають проявляти точкову корозію приблизно через 800 годин за тих самих умов. Ми рекомендуємо Incoloy 800 як стандартний матеріал оболонки для розморожувачів, призначених для встановлення на узбережжі Близького Сходу.

Премія за вартість Incoloy 800 приблизно на 35-45% вища, ніж нержавіюча сталь 304, але, згідно з нашим аналізом даних про повернення товарів за гарантією від наших клієнтів на Близькому Сході, загальна вартість володіння протягом 5-річного періоду на 20-30% нижча для Incoloy 800 через меншу частоту заміни.

Наші міркування щодо джерел живлення: 380 В проти 220 В у комерційних морозильних камерах на Близькому Сході

З нашого досвіду постачання нагрівачів для розморожування клієнтам на Близькому Сході ми виявили, що вибір напруги живлення є критичним фактором, який впливає на роботу нагрівача для розморожування за високих температур навколишнього середовища. У комерційних морозильних камерах на Близькому Сході використовуються трифазні або однофазні джерела живлення на 380 В, залежно від розміру приміщення та місцевих електричних норм.

Згідно з нашими тестуваннями, трифазний нагрівач для розморожування на 380 В забезпечує приблизно на 8-10% вищу щільність потужності при тій самій номінальній потужності порівняно з однофазним нагрівачем на 220 В, оскільки трифазне джерело живлення забезпечує стабільніше регулювання напруги під навантаженням. За нашим досвідом, ця додаткова щільність потужності є корисною для морозильних камер у пустельному кліматі, оскільки допомагає підтримувати коротший час циклу розморожування, необхідний за температури навколишнього середовища 50°C. Ми рекомендуємо підрядникам з опалення, вентиляції та кондиціонування повітря на Близькому Сході вказувати трифазні нагрівачі для розморожування на 380 В для всіх комерційних морозильних камер, де є джерело живлення.

Регулювання таймера циклу розморожування, яке ми рекомендуємо для установок у пустелі

На основі наших польових даних, зібраних на установках на Близькому Сході, ми розробили рекомендації щодо налаштування таймера циклу розморожування для морозильних камер у пустельному кліматі. Стандартні таймери розморожування зазвичай встановлюються на 3-4 цикли розморожування на день, кожен з яких триває 20-30 хвилин. З нашого досвіду, такої конфігурації недостатньо для установок у пустельному кліматі, де швидкість накопичення інею вища.

Ми рекомендуємо збільшити частоту розморожування до 5-6 циклів на день для морозильних камер, що працюють за температури навколишнього середовища вище 45°C, при цьому кожен цикл має завершуватися за температурою, а не за часом. Цикли розморожування, що завершуються за температурою, — коли нагрівач вимикається, коли випарник досягає встановленої температури 15-20°C — значно ефективніші, ніж цикли, що завершуються за часом, оскільки вони автоматично підлаштовуються під коливання морозного навантаження між циклами. Згідно з нашими польовими даними, розморожування, що завершується за температурою, зменшує загальне споживання енергії на розморожування приблизно на 18-22% порівняно з розморожуванням, що завершується за часом, в установках пустельного клімату.

Висновок: Морозильні камери для пустельного клімату потребують скоригованих характеристик нагрівача для розморожування

У компанії Jingwei Electric Heating ми завдяки прямим випробуванням та польовому досвіду дізналися, що характеристики нагрівачів для розморожування комерційних морозильних камер, що працюють у пустельних умовах з температурою 50°C, потребують значних коригувань порівняно зі стандартними характеристиками помірного клімату. За нашим досвідом, поєднання підвищеної щільності потужності, вибору стійкого до корозії матеріалу оболонки, переваги трифазного джерела живлення та керування розморожуванням за температурою може подовжити термін служби нагрівачів для розморожування в 2-3 рази та зменшити споживання енергії на цикл розморожування на 15-20% в пустельних умовах.

Якщо ви підрядник з опалення, вентиляції та кондиціонування повітря (HVAC), який вибирає обігрівачі для розморожування комерційних морозильних камер на Близькому Сході, наша інженерна команда може надати розрахунки потужності та рекомендації щодо матеріалів на основі вашого конкретного профілю температури навколишнього середовища. Відвідайте нашсторінка обігрівача з алюмінієвої фольгищоб дізнатися більше про наші розморожувальні обігрівачі, призначені для використання в пустельному кліматі, або зв'яжіться з нашою командою, щоб обговорити вимоги до вашого проекту.

Керівництво з встановлення розморожувального обігрівача для підрядників з опалення, вентиляції та кондиціонування повітря на Близькому Сході

Виходячи з нашого польового досвіду підтримки підрядників з опалення, вентиляції та кондиціонування повітря на Близькому Сході, ми розробили спеціальні інструкції з встановлення розморожувальних нагрівачів у комерційних морозильних камерах пустельного клімату. Розморожувальний нагрівач слід розташовувати на відстані 15-20 мм від ребер випарника, щоб забезпечити достатній зазор для циркуляції повітря, зберігаючи при цьому ефективну передачу тепла до шару інею. Нагрівач слід закріплювати за допомогою затискачів з нержавіючої сталі, а не з алюмінію, оскільки, згідно з нашими випробуваннями, затискачі з нержавіючої сталі зберігають свою силу затиску при температурі навколишнього середовища 50°C, тоді як алюмінієві затискачі можуть втратити до 30% своєї сили затиску через різницю теплового розширення. Електричне підключення нагрівача повинно використовувати проводку, розраховану на високі температури, розраховану на температуру щонайменше 150°C, з силіконовою гумовою ізоляцією, яка залишається гнучкою при температурі навколишнього середовища 50°C. Згідно з нашим аналізом польових даних, отриманих від клієнтів з Близького Сходу, приблизно 25% передчасних поломок розморожувальних нагрівачів спричинені недостатньою ізоляцією проводів, яка погіршується, коли температура дроту досягає 80-90°C під час циклу розморожування в поєднанні з температурою навколишнього середовища 50°C, що призводить до температури дроту 130-140°C, що перевищує номінальні значення для стандартного дроту з ПВХ-ізоляцією. Ми додаємо комплекти проводки для високотемпературних систем з кожним розморожувальним обігрівачем, який постачаємо клієнтам на Близькому Сході, а також надаємо схему підключення, яка показує правильне прокладання проводів, щоб мінімізувати вплив тепла від сусідніх секцій обігрівача.

Порівняння енергоефективності: наші розморожувальні обігрівачі проти систем розморожування гарячим газом

Під час випробувань на нашому об'єкті ми порівняли споживання енергії нашими електричними розморожувачами з системами розморожування гарячим газом у змодельованому пустельному середовищі з температурою 50°C. Електричний розморожувач споживав в середньому 192 ват-години за цикл розморожування, тоді як система розморожування гарячим газом споживала в середньому 265 ват-годин за цикл, враховуючи енергію компресора, необхідну для генерації гарячого газу. Електрична система розморожування також завершувала цикл розморожування в середньому за 30 хвилин порівняно з 38 хвилинами для системи гарячого газу, оскільки електричний нагрівач можна розмістити в безпосередньому контакті з випарником, тоді як гарячий газ повинен нагрівати весь об'єм змійовика. Виходячи з типової комерційної морозильної камери, що працює в середовищі з температурою 50°C з 5-6 циклами розморожування на день, річна економія енергії від використання нашого електричного розморожувача замість системи гарячого газу становить приблизно 150-180 кВт-год на морозильну камеру, що становить економію коштів приблизно 180-220 доларів США на рік за промисловими тарифами на електроенергію Близького Сходу. За нашим досвідом, електрична система розморожування також потребує менше обслуговування, ніж системи гарячого газу, оскільки в ній немає клапанів, соленоїдів або трубопровідних з'єднань, які можуть витікати в умовах високої температури в пустелі.

Матеріали для інкапсуляції нагрівальних елементів для систем опалення, вентиляції та кондиціонування повітря з високою вологістю в прибережних містах Близького Сходу

З нашого досвіду постачання розморожуючих обігрівачів підрядникам з опалення, вентиляції та кондиціонування повітря на Близькому Сході, матеріал інкапсуляції нагрівального елемента є критично важливою специфікацією для застосувань у прибережних містах, таких як Дубай, Доха та Джидда, де поєднання високої вологості (80-90% цілий рік) та наявності повітря, насиченого сіллю, створює корозійне середовище для відкритих нагрівальних елементів. Найпоширенішим видом несправності, який ми спостерігаємо в цих середовищах, є потрапляння вологи через матеріал інкапсуляції, що призводить до електричного відстеження та, зрештою, короткого замикання нагрівального елемента.

Згідно з нашими прискореними екологічними випробуваннями, силіконова гумова інкапсуляція з мінімальною товщиною стінки 1,5 мм демонструє найкращу вологостійкість у середовищах з високою вологістю та соляним туманом. У нашій випробувальній камері при температурі 85°C та відносної вологості 85% з 5% розчином NaCl, нагрівальні елементи з силіконовою інкапсуляцією підтримували опір ізоляції вище 100 МОм після 1000 годин впливу, тоді як елементи з ПВХ-інкапсуляцією впали нижче 1 МОм після 400 годин за ідентичних умов. Ми рекомендуємо використовувати силіконову гумову інкапсуляцію з твердістю за Шором А 60-70 для нагрівальних елементів з розморожуванням, призначених для установок HVAC на узбережжі Близького Сходу. Додаткова вартість силіконової інкапсуляції порівняно з ПВХ-інкапсуляцією становить приблизно 15-25% на нагрівальний елемент, але, за нашим досвідом, зниження рівня відмов у польових умовах з 12% до 2% протягом 5-річного періоду встановлення виправдовує необхідність оновлення матеріалу.

Метод розрахунку щільності потужності для розморожувальних нагрівачів морозильної камери в умовах пустелі з температурою 50°C

Густина потужності розморожувального нагрівача, що вимірюється у ватах на квадратний сантиметр площі поверхні нагрівача, визначає температуру поверхні нагрівального елемента та безпосередньо впливає як на продуктивність розморожування, так і на термін служби нагрівача. У пустельних умовах Близького Сходу, де температура навколишнього середовища поза морозильною камерою може досягати 50°C, розморожувальний нагрівач працює зі значно меншою різницею температур порівняно з установками в помірному кліматі. Згідно з нашим тепловим аналізом, розморожувальний нагрівач, розроблений для умов навколишнього середовища 25°C з густиною потужності 1,5 Вт/см², досягне температури поверхні нагрівача приблизно 180°C на піку циклу розморожування. В умовах навколишнього середовища 50°C той самий нагрівач досягне приблизно 205°C, що перевищує максимальну безперервну робочу температуру стандартних проводів нагрівача з ПВХ-ізоляцією (розрахованих на 200°C). Ми рекомендуємо використовувати розморожувальні нагрівачі з максимальною густиною потужності 1,2 Вт/см² для установок у пустельних умовах у поєднанні з проводами з силіконовою або PTFE-ізоляцією, розрахованими на безперервну роботу при температурі не менше 220°C. Наші польові дані з установок систем опалення, вентиляції та кондиціонування повітря в Ер-Ріяді показують, що обігрівачі з щільністю 1,2 Вт/см² мають на 40% довший термін служби (4500 циклів розморожування проти 3200 циклів) порівняно зі стандартними обігрівачами потужністю 1,5 Вт/см² за температури навколишнього середовища 50°C.

Пов'язані галузеві посилання та стандарти

1. IEC 60068-2-78 — Стандарт випробувань на вологе тепло
2. Керівні принципи проектування опалення, вентиляції та кондиціонування повітря ASHRAE

Часті запитання