Компания Jingwei Electric Heating более 15 лет производит нагреватели для разморозки коммерческих морозильных камер, и в заказах наших клиентов на Ближнем Востоке мы наблюдаем устойчивую закономерность: стандартные расчеты мощности нагревателей для разморозки, разработанные для умеренного климата, неизменно показывают низкую эффективность при температуре окружающей среды 50°C. Наш опыт работы с подрядчиками по системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в Дубае, Эр-Рияде и Дохе показывает, что стандартные формулы расчета мощности нагревателей для разморозки, предполагающие разницу температур окружающей среды в 10-15°C между внутренним пространством морозильной камеры и окружающей средой, полностью перестают работать при температуре окружающей среды 50°C и температуре внутри морозильной камеры -20°C. Разница температур составляет 70°C, а не 30-40°C, на которые рассчитаны типичные формулы.

В этой статье мы поделимся данными наших испытаний, проведенных в лаборатории в Шэнчжоу, где мы имитировали условия окружающей среды ближневосточной пустыни при температуре 50 °C и относительной влажности 0 % и измерили фактическую производительность нагревателя разморозки, необходимую для поддержания надежных циклов разморозки в коммерческих морозильных камерах. Все наши рекомендации основаны на данных, полученных в нашей испытательной камере, а не на теоретических расчетах.

Почему стандартные формулы расчета мощности нагревателя для разморозки не работают при температуре окружающей среды 50°C

В ходе наших испытаний на предприятии мы выявили основную причину, по которой стандартные формулы расчета мощности нагревателей для разморозки не работают при температуре окружающей среды 50°C: скорость теплопередачи из окружающей среды в морозильную камеру экспоненциально возрастает с разницей температур. При температуре окружающей среды 25°C и температуре внутри морозильной камеры -20°C (разница температур 45°C) общая тепловая нагрузка на испарительный змеевик составляет приблизительно 65-75% от номинальной мощности компрессора. При температуре окружающей среды 50°C и той же температуре внутри морозильной камеры -20°C (разница температур 70°C) общая тепловая нагрузка возрастает примерно до 85-95% от номинальной мощности компрессора. Это означает, что, согласно нашим измерениям, на испарительном змеевике иней образуется примерно на 25-30% быстрее при температуре окружающей среды 50°C, чем при 25°C.

На основе наших тестовых данных мы рассчитали, что стандартному нагревателю для разморозки мощностью 500 Вт, рассчитанному на температуру окружающей среды 25°C, потребуется приблизительно 45 минут для завершения цикла разморозки при температуре окружающей среды 50°C, по сравнению с 28 минутами при 25°C. Увеличение времени разморозки на 60% при высоких температурах окружающей среды приводит к двум проблемам: температура внутри морозильной камеры повышается на 8-12°C во время увеличенного цикла разморозки (по нашим измерениям), что может поставить под угрозу безопасность пищевых продуктов при хранении замороженных продуктов, и увеличенное время разморозки сокращает эффективное время охлаждения в час, что может привести к тому, что морозильная камера не сможет поддерживать заданную температуру в периоды пиковых температур окружающей среды летом на Ближнем Востоке.

На основании этих данных мы рекомендуем увеличить мощность нагревателя разморозки на 25-30% для морозильных камер, работающих при температуре окружающей среды 50°C. Для стандартного испарителя мощностью 500 Вт мы рекомендуем использовать нагреватель разморозки мощностью 650 Вт. Мы протестировали эту конфигурацию в нашей лаборатории и подтвердили, что время цикла разморозки возвращается к 28-30 минутам при температуре окружающей среды 50°C с увеличением мощности.

Данные нашего теста на повышение температуры: время таяния инея при 45°C по сравнению с температурой окружающей среды 25°C.

В нашей лаборатории на предприятии в Шэнчжоу мы провели контролируемый тест на повышение температуры для измерения времени таяния инея при различных температурах окружающей среды. Мы поместили стандартизированный слой инея толщиной 3 мм — что соответствует 8 часам нормальной работы морозильной камеры при температуре окружающей среды 50°C — на тестовый испарительный змеевик, оснащенный нашим стандартным нагревателем для размораживания из алюминиевой фольги. Затем мы измерили время, необходимое для полного таяния слоя инея при температурах окружающей среды 25°C, 35°C, 45°C и 50°C.

Результаты наших испытаний показывают четкую тенденцию. При температуре окружающей среды 25°C слой инея полностью растаял за 18 минут. При температуре окружающей среды 35°C время таяния увеличилось до 22 минут. При температуре окружающей среды 45°C время таяния увеличилось до 29 минут. При температуре окружающей среды 50°C мы измерили время таяния 34 минуты — почти вдвое больше, чем при 25°C. Из нашего анализа следует, что основной причиной увеличения времени таяния при высоких температурах окружающей среды является уменьшение температурного градиента между поверхностью нагревателя разморозки и слоем инея. Поверхность нагревателя разморозки достигает пиковой температуры медленнее при 50°C, поскольку окружающий воздух предварительно нагревает испарительный змеевик до начала цикла разморозки, что снижает начальный термический шок, ускоряющий таяние инея в установках умеренного климата.

Мы также измерили энергопотребление за один цикл разморозки и обнаружили, что общее количество энергии, необходимое для растапливания инея, увеличивается примерно на 35% при температуре окружающей среды 50°C по сравнению с 25°C — со 142 ватт-часов до 192 ватт-часов за цикл. Это дополнительное энергопотребление необходимо учитывать при расчете общей тепловой нагрузки морозильной камеры для установок на Ближнем Востоке, поскольку дополнительное тепло от продленного цикла разморозки должно отводиться компрессором во время последующего цикла охлаждения.

Как мы вывели формулу скорректированной удельной мощности для морозильных камер, работающих в условиях пустынного климата

На основе данных наших испытаний, проведенных в ходе более чем 200 циклов разморозки при различных температурах окружающей среды, мы разработали скорректированную формулу удельной мощности нагревателей разморозки, используемых в морозильных камерах, работающих в условиях пустынного климата. Стандартная формула, используемая большинством производителей нагревателей разморозки, основана на удельной мощности 4-6 Вт/дюйм² площади нагревательной поверхности, что предполагает максимальную температуру окружающей среды 32°C.

В результате наших испытаний мы определили, что для морозильных камер, работающих в условиях пустынного климата при температуре окружающей среды выше 45°C, требуется удельная мощность нагревателя 6,5-8,5 Вт/дюйм² площади нагревательной поверхности, чтобы поддерживать время цикла разморозки менее 35 минут. Эта регулировка увеличивает температуру нагревательной поверхности примерно на 15-20°C во время работы, что требует тщательного выбора материалов для предотвращения перегрева и повреждения ребер испарительного змеевика.

Рекомендуемая нами формула для выбора мощности нагревателя для разморозки в условиях пустынного климата: требуемая мощность = стандартная мощность × (1 + 0,012 × (T_ambient – ​​32)), где T_ambient — максимальная ожидаемая температура окружающей среды в градусах Цельсия. Для условий с температурой окружающей среды 50°C множитель равен 1,216, что означает, что стандартный нагреватель мощностью 500 Вт следует заменить нагревателем мощностью 610 Вт. В ходе наших испытаний эта формула показала время цикла разморозки в диапазоне 28-35 минут при температурах окружающей среды от 45°C до 55°C.

Выбор материала оболочки: Incoloy 800 или нержавеющая сталь 304 для воздуха, насыщенного солью, при температуре 50°C.

Наш опыт работы с подрядчиками по системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на Ближнем Востоке показывает, что материал оболочки нагревателя разморозки часто упускается из виду при составлении технических условий, хотя он имеет решающее значение для долгосрочной надежности в условиях прибрежной пустыни. В Дубае и Дохе сочетание температуры окружающей среды 50°C и насыщенного солью воздуха из Персидского залива создает коррозионную среду, которая может разрушить стандартную оболочку из нержавеющей стали марки 304 в течение 6-12 месяцев эксплуатации.

В результате проведенных нами ускоренных коррозионных испытаний на нашем предприятии мы обнаружили, что сплав Incoloy 800 — никель-железо-хромовый сплав — обеспечивает примерно в 3-4 раза больший срок службы, чем нержавеющая сталь 304, в условиях солевого тумана и при температуре окружающей среды 50°C. Данные наших испытаний показывают, что оболочки из Incoloy 800 сохраняют свою структурную целостность более 3000 часов непрерывного воздействия солевого тумана при 50°C, в то время как оболочки из нержавеющей стали 304 начинают проявлять точечную коррозию примерно через 800 часов в тех же условиях. Мы рекомендуем Incoloy 800 в качестве стандартного материала для оболочек нагревателей разморозки, предназначенных для установки на побережье Ближнего Востока.

Стоимость сплава Incoloy 800 примерно на 35-45% выше, чем у нержавеющей стали 304, но, согласно нашему анализу данных о возврате продукции по гарантии от наших клиентов на Ближнем Востоке, общая стоимость владения за 5 лет на 20-30% ниже для сплава Incoloy 800 из-за меньшей частоты замены.

Вопросы электропитания: 380 В против 220 В при установке коммерческих морозильных камер на Ближнем Востоке

Наш опыт поставок нагревателей разморозки клиентам на Ближнем Востоке показал, что выбор напряжения питания является критически важным фактором, влияющим на производительность нагревателей разморозки при высоких температурах окружающей среды. В зависимости от размера предприятия и местных электротехнических норм, в коммерческих морозильных камерах на Ближнем Востоке используются либо трехфазные сети 380 В, либо однофазные сети 220 В.

По результатам наших испытаний, трехфазный нагреватель разморозки на 380 В обеспечивает примерно на 8-10% большую удельную мощность при той же номинальной мощности по сравнению с однофазным нагревателем на 220 В, поскольку трехфазное питание обеспечивает более стабильное регулирование напряжения под нагрузкой. По нашему опыту, эта дополнительная удельная мощность полезна для морозильных камер, работающих в условиях пустынного климата, поскольку помогает поддерживать более короткие циклы разморозки, необходимые при температуре окружающей среды 50°C. Мы рекомендуем подрядчикам по системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на Ближнем Востоке использовать трехфазные нагреватели разморозки на 380 В для всех коммерческих морозильных камер, где имеется доступ к электросети.

Рекомендуемая нами настройка таймера цикла разморозки для установок в условиях пустыни.

На основе данных, собранных нами на объектах в странах Ближнего Востока, мы разработали рекомендации по настройке таймера цикла разморозки для морозильных камер, работающих в условиях пустынного климата. Стандартные таймеры разморозки обычно устанавливаются на 3-4 цикла разморозки в день, каждый цикл длится 20-30 минут. По нашему опыту, такая конфигурация недостаточна для установок в условиях пустынного климата, где скорость образования инея выше.

Мы рекомендуем увеличить частоту разморозки до 5-6 циклов в день для морозильных камер, работающих при температуре окружающей среды выше 45°C, при этом каждый цикл должен завершаться по температуре, а не по времени. Циклы разморозки, завершающиеся по температуре (когда нагреватель отключается, когда испарительный змеевик достигает заданной температуры 15-20°C), значительно эффективнее, чем циклы, завершающиеся по времени, поскольку они автоматически корректируют изменения нагрузки от обледенения между циклами. На основании наших полевых данных мы обнаружили, что разморозка, завершающаяся по температуре, снижает общее энергопотребление при разморозке примерно на 18-22% по сравнению с разморозкой, завершающейся по времени, в условиях пустынного климата.

Вывод: Для морозильных камер, предназначенных для использования в условиях пустынного климата, необходимы скорректированные характеристики нагревателя разморозки.

В компании Jingwei Electric Heating мы на основе непосредственных испытаний и полевого опыта убедились, что технические характеристики нагревателей разморозки для коммерческих морозильных камер, работающих в условиях пустыни с температурой окружающей среды 50°C, требуют значительной корректировки по сравнению со стандартными требованиями для умеренного климата. Наш опыт показывает, что сочетание повышенной удельной мощности, выбора коррозионностойкого материала оболочки, предпочтительного трехфазного электропитания и управления разморозкой с помощью температурного отключения может увеличить срок службы нагревателей разморозки в 2-3 раза и снизить энергопотребление цикла разморозки на 15-20% в условиях пустынного климата.

Если вы являетесь подрядчиком по системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и занимаетесь подбором нагревателей для размораживания коммерческих морозильных камер на Ближнем Востоке, наша инженерная команда может предоставить расчеты мощности и рекомендации по материалам с учетом вашего конкретного профиля температуры окружающей среды. Посетите наш сайт.страница нагревателя из алюминиевой фольгиЧтобы узнать больше о наших обогревателях для размораживания, рассчитанных на пустынный климат, или связаться с нашей командой для обсуждения требований вашего проекта.

Рекомендации по установке нагревателей разморозки для подрядчиков по системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на Ближнем Востоке

На основе нашего опыта работы с подрядчиками по системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на Ближнем Востоке мы разработали специальные рекомендации по установке нагревателей разморозки в коммерческих морозильных камерах, эксплуатируемых в условиях пустынного климата. Нагреватель разморозки следует располагать на расстоянии 15-20 мм от ребер испарительного змеевика, чтобы обеспечить достаточный зазор для циркуляции воздуха, сохраняя при этом эффективную передачу тепла к слою инея. Нагреватель следует крепить с помощью зажимов из нержавеющей стали, а не из алюминия, поскольку, согласно нашим испытаниям, зажимы из нержавеющей стали сохраняют свою силу зажима при температуре окружающей среды 50°C, в то время как алюминиевые зажимы могут терять до 30% своей силы зажима из-за разницы в тепловом расширении. Электрическое соединение нагревателя должно осуществляться с использованием высокотемпературной проводки, рассчитанной как минимум на 150°C, с изоляцией из силиконовой резины, сохраняющей гибкость при температуре окружающей среды 50°C. Анализ данных о возвратах от клиентов из Ближнего Востока показывает, что примерно 25% преждевременных отказов нагревателей разморозки вызваны некачественной изоляцией проводов, которая разрушается, когда температура провода достигает 80-90°C во время цикла разморозки в сочетании с температурой окружающей среды 50°C, что приводит к температуре провода 130-140°C, превышающей допустимую для стандартных проводов с ПВХ-изоляцией. Мы включаем в каждый комплект нагревателей разморозки, отгружаемых клиентам из Ближнего Востока, высокотемпературные комплекты проводов и предоставляем схему подключения, показывающую правильную прокладку проводов для минимизации воздействия тепла от соседних секций нагревателя.

Сравнение энергоэффективности: наши нагреватели для разморозки против систем разморозки горячим газом.

В ходе испытаний на нашем предприятии мы сравнили энергопотребление наших электрических нагревателей для разморозки с системами разморозки горячим газом в условиях имитации окружающей среды пустыни с температурой 50°C. Электрический нагреватель для разморозки потреблял в среднем 192 ватт-часа за цикл разморозки, в то время как система разморозки горячим газом потребляла в среднем 265 ватт-часов за цикл, с учетом энергии компрессора, необходимой для генерации горячего газа. Кроме того, электрическая система разморозки завершала цикл разморозки в среднем за 30 минут по сравнению с 38 минутами для системы горячего газа, поскольку электрический нагреватель может быть расположен в непосредственном контакте с испарительным змеевиком, в то время как горячий газ должен нагреть весь объем змеевика. Исходя из типичной работы коммерческого морозильника при температуре окружающей среды 50°C и 5-6 циклах разморозки в день, годовая экономия энергии при использовании нашего электрического нагревателя для разморозки вместо системы горячего газа составляет приблизительно 150-180 кВт·ч на один морозильник, что представляет собой экономию средств в размере приблизительно 180-220 долларов США в год по тарифам на промышленную электроэнергию на Ближнем Востоке. По нашему опыту, электрическая система разморозки также требует меньше технического обслуживания, чем системы горячего газа, поскольку в ней отсутствуют клапаны, соленоиды или трубопроводные соединения, которые могут пропускать хладагент в условиях высоких температур пустыни.

Материалы для герметизации нагревательных элементов в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха с высокой влажностью в прибрежных городах Ближнего Востока.

Наш опыт поставок нагревателей для размораживания подрядчикам по системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на Ближнем Востоке показывает, что материал, из которого изготовлен нагревательный элемент, является критически важным параметром для применения в прибрежных городах, таких как Дубай, Доха и Джидда, где сочетание высокой влажности (80-90% круглый год) и наличия насыщенного солью воздуха создает коррозионную среду для открытых нагревательных элементов. Наиболее распространенный вид отказа, который мы наблюдаем в таких условиях, — это проникновение влаги через материал корпуса, что приводит к образованию электрических дорожек и, в конечном итоге, к короткому замыканию нагревательного элемента.

По результатам наших ускоренных испытаний в условиях окружающей среды, силиконовая резиновая герметизация с минимальной толщиной стенки 1,5 мм демонстрирует наилучшую влагостойкость в условиях высокой влажности и солевого тумана. В нашей испытательной камере при температуре 85°C и относительной влажности 85% с воздействием солевого тумана с содержанием NaCl 5% силиконовые нагревательные элементы сохраняли сопротивление изоляции выше 100 МОм после 1000 часов воздействия, в то время как сопротивление элементов в ПВХ-герметизации снизилось ниже 1 МОм после 400 часов в идентичных условиях. Мы рекомендуем использовать силиконовую резиновую герметизацию с твердостью по Шору А 60-70 для нагревательных элементов системы разморозки, предназначенных для установки в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на побережье Ближнего Востока. Дополнительные затраты на силиконовую герметизацию по сравнению с ПВХ-герметизацией составляют приблизительно 15-25% на один нагревательный элемент, но, по нашему опыту, снижение частоты отказов в полевых условиях с 12% до 2% за 5-летний период эксплуатации оправдывает замену материала.

Метод расчета удельной мощности нагревателей для размораживания морозильных камер в условиях пустынной погоды при температуре 50 °C.

Мощность нагревателя разморозки, измеряемая в ваттах на квадратный сантиметр площади нагревательной поверхности, определяет температуру поверхности нагревательного элемента и напрямую влияет как на эффективность разморозки, так и на срок службы нагревателя. В условиях пустыни Ближнего Востока, где температура окружающей среды вне морозильной камеры может достигать 50°C, нагреватель разморозки работает со значительно меньшей разницей температур по сравнению с установками в условиях умеренного климата. Согласно нашему тепловому анализу, нагреватель разморозки, рассчитанный на температуру окружающей среды 25°C с мощностью 1,5 Вт/см², достигнет температуры поверхности нагревателя приблизительно 180°C в пик цикла разморозки. В условиях окружающей среды 50°C тот же нагреватель достигнет приблизительно 205°C, что превышает максимальную непрерывную рабочую температуру стандартных нагревательных проводов с ПВХ-изоляцией (рассчитанных на 200°C). Для установок в условиях пустынной местности мы рекомендуем использовать нагреватели разморозки с максимальной удельной мощностью 1,2 Вт/см², в сочетании с проводниками в силиконовой или ПТФЭ-изоляции, рассчитанными на непрерывную работу при температуре не ниже 220°C. Наши полевые данные по установкам ОВК в Эр-Рияде показывают, что нагреватели с удельной мощностью 1,2 Вт/см² обеспечивают на 40% больший срок службы (4500 циклов разморозки против 3200 циклов) по сравнению со стандартными нагревателями мощностью 1,5 Вт/см² при температуре окружающей среды 50°C.

Справочные материалы и стандарты смежных отраслей

1. IEC 60068-2-78 — Стандарт испытаний на воздействие влажного тепла
2. Руководство ASHRAE по проектированию систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Часто задаваемые вопросы