V spoločnosti Jingwei Electric Heating vyrábame odmrazovacie ohrievače pre komerčné mrazničky už viac ako 15 rokov a v objednávkach našich zákazníkov na Blízkom východe sme zaznamenali konzistentný trend: štandardné výpočty výkonu odmrazovacích ohrievačov, určené pre mierne podnebie, neustále zaostávajú, keď okolitá teplota dosiahne 50 °C. Z našich skúseností so spoluprácou s dodávateľmi HVAC v Dubaji, Rijáde a Dauhe sme zistili, že štandardné vzorce na dimenzovanie odmrazovacích ohrievačov – ktoré predpokladajú rozdiel okolitých teplôt 10 – 15 °C medzi vnútrom mrazničky a okolitým prostredím – úplne zlyhajú, keď je okolitá teplota 50 °C a vnútro mrazničky je pri teplote -20 °C. Teplotný rozdiel je 70 °C namiesto 30 – 40 °C, pre ktoré sú typické vzorce navrhnuté.

V tomto článku sa s vami podelíme o testovacie údaje z nášho laboratória v Shengzhou, kde sme simulovali podmienky okolia púšte na Blízkom východe pri teplote 50 °C s 0 % relatívnou vlhkosťou a merali skutočný výkon odmrazovacieho ohrievača potrebný na udržanie spoľahlivých cyklov odmrazovania v komerčných mraziacich aplikáciách. Každé naše odporúčanie je založené na nameraných údajoch z našej testovacej komory, nie na teoretických výpočtoch.

Prečo štandardné vzorce pre výkon odmrazovacieho ohrievača zlyhávajú, keď okolitá teplota dosiahne 50 °C

Pri testovaní v našom zariadení sme identifikovali základný dôvod, prečo štandardné vzorce na výpočet výkonu odmrazovacieho ohrievača zlyhávajú pri teplote okolia 50 °C: rýchlosť prenosu tepla z okolitého prostredia do mraziacej skrinky sa exponenciálne zvyšuje s teplotným rozdielom. Pri teplote okolia 25 °C s teplotou vnútra mrazničky -20 °C – rozdiel 45 °C – je celkové tepelné zaťaženie výparníka približne 65 – 75 % menovitého výkonu kompresora. Pri teplote okolia 50 °C s rovnakou teplotou vnútra mrazničky -20 °C – rozdiel 70 °C – sa celkové tepelné zaťaženie zvyšuje na približne 85 – 95 % menovitého výkonu kompresora. To znamená, že výparník akumuluje námrazu približne o 25 – 30 % rýchlejšie pri teplote okolia 50 °C ako pri teplote okolia 25 °C, na základe našich meraní.

Z našich testovacích údajov sme vypočítali, že štandardný 500-wattový odmrazovací ohrievač dimenzovaný na inštaláciu s teplotou okolia 25 °C bude potrebovať približne 45 minút na dokončenie cyklu odmrazovania pri teplote okolia 50 °C v porovnaní s 28 minútami pri 25 °C. Tento o 60 % dlhší cyklus odmrazovania pri vysokých teplotách okolia vedie k dvom problémom: podľa našich meraní sa vnútorná teplota mrazničky počas predĺženého cyklu odmrazovania zvýši o 8 – 12 °C, čo môže ohroziť bezpečnosť potravín pri skladovaní mrazených potravín, a predĺžený čas odmrazovania znižuje efektívny čas chladenia dostupný za hodinu, čo môže spôsobiť, že mraznička nedokáže udržať nastavenú teplotu počas období najvyššej teploty okolia na Blízkom východe v letných mesiacoch.

Na základe týchto údajov odporúčame zvýšiť výkon odmrazovacieho ohrievača o 25 – 30 % pre mrazničky prevádzkované pri teplote okolia 50 °C. Pre štandardný výparník s výkonom 500 wattov odporúčame odmrazovací ohrievač s výkonom 650 wattov. Túto konfiguráciu sme otestovali v našom laboratóriu a potvrdili sme, že so zvýšeným výkonom sa čas cyklu odmrazovania pri teplote okolia 50 °C vráti na 28 – 30 minút.

Údaje z nášho testu nárastu teploty: Čas topenia námrazy pri 45 °C oproti 25 °C okolitej teploty

V našom laboratóriu v Shengzhou sme vykonali test kontrolovaného nárastu teploty na meranie času topenia námrazy pri rôznych okolitých teplotách. Na testovaciu výparníkovú cievku vybavenú naším štandardným hliníkovým fóliovým ohrievačom na odmrazovanie sme umiestnili štandardizovanú 3 mm hrubú vrstvu námrazy – predstavujúcu 8 hodín bežnej prevádzky mrazničky pri okolitej teplote 50 °C. Potom sme zmerali čas potrebný na úplné roztopenie vrstvy námrazy pri okolitých teplotách 25 °C, 35 °C, 45 °C a 50 °C.

Naše výsledky testov ukazujú jasný trend. Pri teplote okolia 25 °C sa vrstva námrazy úplne roztopila za 18 minút. Pri teplote okolia 35 °C sa čas topenia predĺžil na 22 minút. Pri teplote okolia 45 °C sa čas topenia predĺžil na 29 minút. Pri teplote okolia 50 °C sme namerali čas topenia 34 minút – takmer dvojnásobok času potrebného pri teplote okolia 25 °C. Z našej analýzy vyplýva, že hlavným dôvodom predĺženého času topenia pri vysokých teplotách okolia je znížený teplotný gradient medzi povrchom odmrazovacieho ohrievača a vrstvou námrazy. Povrch odmrazovacieho ohrievača dosahuje svoju maximálnu teplotu pri teplote okolia 50 °C pomalšie, pretože okolitý vzduch predhrieva výparník pred začiatkom cyklu odmrazovania, čo znižuje počiatočný tepelný šok, ktorý urýchľuje topenie námrazy v inštaláciách s miernym podnebím.

Taktiež sme merali spotrebu energie na jeden cyklus rozmrazovania a zistili sme, že celková energia potrebná na roztopenie vrstvy námrazy sa pri teplote okolia 50 °C zvyšuje približne o 35 % v porovnaní s teplotou okolia 25 °C – zo 142 watthodín na 192 watthodín na cyklus. Túto dodatočnú spotrebu energie je potrebné zohľadniť pri výpočte celkového tepelného zaťaženia mrazničky pre inštalácie na Blízkom východe, pretože dodatočné teplo z predĺženého cyklu rozmrazovania musí kompresor odstrániť počas nasledujúceho cyklu chladenia.

Ako sme odvodili vzorec pre upravenú hustotu wattov pre mrazničky v púštnom podnebí

Na základe našich testovacích údajov z viac ako 200 cyklov odmrazovania pri rôznych okolitých teplotách sme vyvinuli upravený vzorec pre hustotu výkonu (wattovú) pre odmrazovacie ohrievače používané v mraziacich boxoch v púštnom podnebí. Štandardný vzorec používaný väčšinou výrobcov odmrazovacích ohrievačov je založený na hustote výkonu 4 – 6 W/in² plochy povrchu ohrievača, čo predpokladá maximálnu okolitú teplotu 32 °C.

Z nášho testovania sme zistili, že mrazničky v púštnom podnebí, ktoré pracujú pri okolitých teplotách nad 45 °C, vyžadujú hustotu výkonu 6,5 – 8,5 W/in² plochy povrchu ohrievača, aby sa udržali časy cyklu odmrazovania pod 35 minút. Táto úprava zvyšuje teplotu povrchu ohrievača počas prevádzky približne o 15 – 20 °C, čo si vyžaduje starostlivý výber materiálu, aby sa zabránilo poškodeniu rebier výparníka prehriatím.

Náš odporúčaný vzorec pre výber výkonu ohrievača na odmrazovanie v púštnom podnebí je: požadovaný výkon = štandardný výkon × (1 + 0,012 × (T_ambient – ​​32)), kde T_ambient je maximálna očakávaná teplota okolia v stupňoch Celzia. Pre aplikáciu s teplotou okolia 50 °C je multiplikátor 1,216, čo znamená, že štandardný 500-wattový ohrievač by sa mal nahradiť 610-wattovým ohrievačom. V našich testoch tento vzorec preukázal časy cyklu odmrazovania v rozsahu 28 – 35 minút pri teplotách okolia od 45 °C do 55 °C.

Výber materiálu plášťa: Incoloy 800 vs. nehrdzavejúca oceľ 304 pre vzduch s obsahom soli pri teplote 50 °C

Podľa našich skúseností s dodávateľmi HVAC na Blízkom východe sa materiál plášťa odmrazovacieho ohrievača pri špecifikácii často prehliada, hoci je kritický pre dlhodobú spoľahlivosť v púštnom pobrežnom prostredí. V Dubaji a Dohe vytvára kombinácia okolitých teplôt 50 °C a vzduchu zaťaženého soľou z Perzského zálivu korózne prostredie, ktoré môže zničiť štandardný plášť z nehrdzavejúcej ocele 304 v priebehu 6 až 12 mesiacov prevádzky.

Z nášho zrýchleného testovania korózie v našom zariadení sme zistili, že Incoloy 800 – zliatina niklu, železa a chrómu – poskytuje približne 3 až 4-krát dlhšiu životnosť ako nehrdzavejúca oceľ 304 v podmienkach soľnej hmly v kombinácii s okolitou teplotou 50 °C. Naše testovacie údaje ukazujú, že plášte z Incoloy 800 si zachovávajú svoju štrukturálnu integritu viac ako 3 000 hodín nepretržitého vystavenia soľnej hmle pri teplote 50 °C, zatiaľ čo plášte z nehrdzavejúcej ocele 304 začínajú vykazovať jamkovú koróziu po približne 800 hodinách za rovnakých podmienok. Odporúčame Incoloy 800 ako štandardný materiál plášťa pre odmrazovacie ohrievače určené pre inštalácie na pobreží Blízkeho východu.

Príplatok za Incoloy 800 je približne o 35 – 45 % vyšší ako u nehrdzavejúcej ocele 304, ale z našej analýzy údajov o vrátení tovaru v rámci záruky od našich zákazníkov na Blízkom východe vyplýva, že celkové náklady na vlastníctvo počas 5-ročného obdobia sú pre Incoloy 800 o 20 – 30 % nižšie kvôli zníženej frekvencii výmen.

Naše úvahy o napájaní: 380 V vs. 220 V v inštaláciách komerčných mrazničiek na Blízkom východe

Z našich skúseností s dodávkou odmrazovacích ohrievačov zákazníkom na Blízkom východe sme zistili, že výber napájacieho napätia je kritickým faktorom, ktorý ovplyvňuje výkon odmrazovacieho ohrievača pri vysokých okolitých teplotách. Komerčné mrazničky na Blízkom východe používajú buď trojfázové napájanie 380 V, alebo jednofázové napájanie 220 V v závislosti od veľkosti zariadenia a miestnych elektrických predpisov.

Z našich testov vyplýva, že trojfázový odmrazovací ohrievač s napätím 380 V poskytuje približne o 8 – 10 % vyššiu hustotu wattov pri rovnakom menovitom výkone v porovnaní s jednofázovým ohrievačom s napätím 220 V, pretože trojfázové napájanie poskytuje stabilnejšiu reguláciu napätia pri zaťažení. Podľa našich skúseností je táto dodatočná hustota wattov výhodná pre mrazničky v púštnom podnebí, pretože pomáha udržiavať kratšie časy cyklu odmrazovania potrebné pri okolitých podmienkach 50 °C. Odporúčame, aby dodávatelia HVAC na Blízkom východe špecifikovali trojfázové odmrazovacie ohrievače s napätím 380 V pre všetky komerčné mrazničky, kde je k dispozícii napájanie.

Nastavenie časovača cyklu odmrazovania, ktoré odporúčame pre inštalácie v púšti

Na základe našich údajov z terénu zhromaždených z inštalácií na Blízkom východe sme vyvinuli odporúčanie na nastavenie časovača cyklu odmrazovania pre mrazničky v púštnom podnebí. Štandardné časovače odmrazovania sú zvyčajne nastavené na 3 – 4 cykly odmrazovania denne, pričom každý cyklus trvá 20 – 30 minút. Podľa našich skúseností táto konfigurácia nie je dostatočná pre inštalácie v púštnom podnebí, kde je miera hromadenia námrazy vyššia.

Pre mrazničky prevádzkované pri okolitých teplotách nad 45 °C odporúčame zvýšiť frekvenciu odmrazovania na 5 – 6 cyklov za deň, pričom každý cyklus sa má ukončiť podľa teploty, a nie podľa času. Cykly odmrazovania ukončené podľa teploty – kde sa ohrievač vypne, keď výparníková cievka dosiahne nastavenú teplotu 15 – 20 °C – sú výrazne efektívnejšie ako cykly ukončené podľa času, pretože sa automaticky prispôsobujú zmenám v zaťažení mrazom medzi cyklami. Na základe našich údajov z praxe sme zistili, že odmrazovanie ukončené podľa teploty znižuje celkovú spotrebu energie pri odmrazovaní približne o 18 – 22 % v porovnaní s odmrazovaním ukončeným podľa času v inštaláciách v púštnom podnebí.

Záver: Mrazničky v púštnom podnebí vyžadujú upravené špecifikácie odmrazovacieho ohrievača

V spoločnosti Jingwei Electric Heating sme sa prostredníctvom priamych testov a praktických skúseností dozvedeli, že špecifikácie odmrazovacieho ohrievača pre komerčné mrazničky prevádzkované v púštnom prostredí s teplotou okolia 50 °C si vyžadujú významné úpravy oproti štandardným špecifikáciám mierneho podnebia. Podľa našich skúseností môže kombinácia zvýšenej hustoty výkonu, výberu materiálu plášťa odolného voči korózii, preferencie trojfázového napájania a regulácie odmrazovania ukončeného teplotou predĺžiť životnosť odmrazovacieho ohrievača 2 až 3-krát a znížiť spotrebu energie v cykle odmrazovania o 15 až 20 % v inštaláciách v púštnom podnebí.

Ak ste dodávateľ HVAC systémov a špecifikujete odmrazovacie ohrievače pre komerčné mraziace inštalácie na Blízkom východe, náš technický tím vám môže poskytnúť výpočty výkonu a odporúčania materiálov na základe vášho špecifického profilu okolitej teploty. Navštívte našustránka ohrievača z hliníkovej fólieAk sa chcete dozvedieť viac o našich rozmrazovacích ohrievačoch vhodných pre púštne podnebie, alebo kontaktujte náš tím a preberte s nami požiadavky na váš projekt.

Pokyny na inštaláciu odmrazovacieho ohrievača pre dodávateľov HVAC na Blízkom východe

Na základe našich skúseností s podporou dodávateľov HVAC na Blízkom východe sme vyvinuli špecifické pokyny na inštaláciu odmrazovacích ohrievačov v komerčných mrazničkách v púštnom podnebí. Odmrazovací ohrievač by mal byť umiestnený 15 – 20 mm od rebier výparníka, aby sa zabezpečila dostatočná medzera pre cirkuláciu vzduchu a zároveň sa zachoval účinný prenos tepla do vrstvy námrazy. Ohrievač by mal byť upevnený pomocou svoriek z nehrdzavejúcej ocele namiesto hliníkových svoriek, pretože v našich testoch si sponky z nehrdzavejúcej ocele zachovávajú svoju upínaciu silu pri okolitej teplote 50 °C, zatiaľ čo hliníkové sponky môžu stratiť až 30 % svojej upínacej sily v dôsledku rozdielnej tepelnej rozťažnosti. Elektrické pripojenie ohrievača by malo používať vedenie s vysokou teplotnou odolnosťou, ktoré je dimenzované na minimálne 150 °C, so silikónovou gumovou izoláciou, ktorá zostáva flexibilná pri okolitej teplote 50 °C. Z našej analýzy údajov z terénu od zákazníkov na Blízkom východe vyplýva, že približne 25 % predčasných porúch odmrazovacích ohrievačov je spôsobených nedostatočnou izoláciou vedenia, ktorá sa zhoršuje, keď teplota vodiča dosiahne počas cyklu odmrazovania 80 – 90 °C v kombinácii s okolitou teplotou 50 °C, čo vedie k teplote vodiča 130 – 140 °C, ktorá prevyšuje menovitú hodnotu štandardného vodiča s PVC izoláciou. Ku každému odmrazovaciemu ohrievaču, ktorý dodávame zákazníkom na Blízkom východe, prikladáme vysokoteplotné kabelážne súpravy a poskytujeme schému zapojenia, ktorá znázorňuje správne vedenie vodičov, aby sa minimalizovalo vystavenie teplu zo susedných častí ohrievača.

Porovnanie energetickej účinnosti: Naše odmrazovacie ohrievače vs. systémy odmrazovania horúcim plynom

V našom zariadení sme porovnávali spotrebu energie našich elektrických odmrazovacích ohrievačov so systémami odmrazovania horúcim plynom v simulovanom púštnom prostredí s teplotou okolia 50 °C. Elektrický odmrazovací ohrievač spotreboval v priemere 192 watthodín na cyklus odmrazovania, zatiaľ čo systém odmrazovania horúcim plynom spotreboval v priemere 265 watthodín na cyklus, ak zohľadníme energiu kompresora potrebnú na výrobu horúceho plynu. Elektrický odmrazovací systém tiež dokončil cyklus odmrazovania v priemere za 30 minút v porovnaní s 38 minútami pre systém s horúcim plynom, pretože elektrický ohrievač môže byť umiestnený v priamom kontakte s výparníkovou cievkou, zatiaľ čo horúci plyn musí ohrievať celý objem cievky. Na základe typickej komerčnej mrazničky prevádzkovanej v prostredí s teplotou okolia 50 °C s 5 – 6 cyklami odmrazovania denne je ročná úspora energie z používania nášho elektrického odmrazovacieho ohrievača namiesto systému s horúcim plynom približne 150 – 180 kWh na mrazničku, čo predstavuje úsporu nákladov približne 180 – 220 USD ročne pri priemyselných sadzbách elektriny na Blízkom východe. Podľa našich skúseností si elektrický odmrazovací systém vyžaduje menej údržby ako systémy s horúcim plynom, pretože neobsahuje žiadne ventily, solenoidy ani potrubné spoje, ktorými by mohlo v púštnom prostredí s vysokou teplotou unikať chladivo.

Materiály na zapuzdrenie vykurovacích telies pre aplikácie HVAC s vysokou vlhkosťou v pobrežných mestách Blízkeho východu

Z našich skúseností s dodávkami odmrazovacích ohrievačov dodávateľom HVAC na Blízkom východe vyplýva, že zapuzdrovací materiál vykurovacieho telesa je kritickou špecifikáciou pre aplikácie v pobrežných mestách, ako sú Dubaj, Dauha a Džidda, kde kombinácia vysokej vlhkosti (80 – 90 % celoročne) a prítomnosti vzduchu s obsahom soli vytvára korozívne prostredie pre exponované vykurovacie telesá. Najčastejším typom poruchy, ktorý v týchto prostrediach pozorujeme, je prenikanie vlhkosti cez zapuzdrovací materiál, čo spôsobuje elektrické trasenie a prípadné skratovanie vykurovacieho telesa.

Z nášho zrýchleného testovania vplyvov prostredia vyplýva, že silikónové kaučukové zapuzdrenie s minimálnou hrúbkou steny 1,5 mm vykazuje najlepšiu odolnosť voči vlhkosti v prostredí s vysokou vlhkosťou a soľnou hmlou. V našej testovacej komore pri teplote 85 °C a 85 % relatívnej vlhkosti s 5 % NaCl v soľnej hmle si silikónom zapuzdrené vykurovacie telesá udržali izolačný odpor nad 100 MΩ po 1 000 hodinách vystavenia, zatiaľ čo prvky zapuzdrené PVC klesli pod 1 MΩ po 400 hodinách za rovnakých podmienok. Pre odmrazovacie vykurovacie telesá určené pre inštalácie HVAC na pobreží Blízkeho východu odporúčame silikónové kaučukové zapuzdrenie s tvrdosťou Shore A 60 – 70. Nárast nákladov na silikón oproti PVC zapuzdreniu je približne 15 – 25 % na vykurovací teleso, ale podľa našich skúseností zníženie miery poruchovosti v prevádzke z 12 % na 2 % počas 5-ročného obdobia inštalácie odôvodňuje modernizáciu materiálu.

Metóda výpočtu hustoty wattov pre odmrazovacie ohrievače mrazničiek v púštnych podmienkach s teplotou 50 °C

Hustota výkonu odmrazovacieho ohrievača – meraná vo wattoch na štvorcový centimeter plochy povrchu ohrievača – určuje povrchovú teplotu ohrievača a priamo ovplyvňuje výkon odmrazovania aj životnosť ohrievača. V púštnych prostrediach Blízkeho východu, kde môže teplota okolia mimo mraziaceho priestoru dosiahnuť 50 °C, pracuje odmrazovací ohrievač s výrazne nižším teplotným rozdielom v porovnaní s inštaláciami v miernom podnebí. Z našej tepelnej analýzy vyplýva, že odmrazovací ohrievač navrhnutý pre okolité podmienky 25 °C s hustotou výkonu 1,5 W/cm² dosiahne povrchovú teplotu ohrievača približne 180 °C na vrchole cyklu odmrazovania. Pri okolitých podmienkach 50 °C dosiahne ten istý ohrievač približne 205 °C, čo presahuje maximálnu nepretržitú prevádzkovú teplotu štandardných vodičov ohrievača s PVC izoláciou (menovité na 200 °C). Pre inštalácie v púštnom prostredí odporúčame špecifikovať odmrazovacie ohrievače s maximálnou hustotou výkonu 1,2 W/cm² v kombinácii s vodičmi izolovanými silikónom alebo PTFE, ktoré sú dimenzované na nepretržitú prevádzku minimálne 220 °C. Naše údaje z terénu z inštalácií HVAC v Rijáde ukazujú, že ohrievače s hustotou wattov 1,2 W/cm² dosahujú o 40 % dlhšiu životnosť (4 500 cyklov odmrazovania oproti 3 200 cyklom) v porovnaní so štandardnými ohrievačmi s výkonom 1,5 W/cm² pri teplote okolia 50 °C.

Súvisiace priemyselné referencie a normy

1. IEC 60068-2-78 – Norma na skúšanie vlhkým teplom
2. Pokyny ASHRAE pre návrh vykurovania, vetrania a klimatizácie

Často kladené otázky