摘要：面向超市、酒店等大型机构的冷藏冷冻设备除在体积和规模上比家用冰箱做的更大以外，其类型和结构也有较大区别，相对来说商用冷柜的种类更多，家用电冰箱基本上都是立式发泡门，而商用冷柜有立式与卧式之分，更有发泡门、玻璃门及敞开式的区别，对于一个规模比较大的超市来说，需要采购上百台的冷柜，而每个冷柜的硬件结构都基本相同，都采用基本相同的控制器控制运行，核心控制器和操作面板的成本占冷柜绝大部分，这无疑是一种巨大的浪费。
关键词：商用冷柜；控制系统；节能设计；
随着生活水平的提高，商用冷柜已经成为人们的生活必备。人们对商用冷柜的类越来越细，储存食物的要求越来越高，且温度精确的要求越来越高、节能降噪也有新的要求。
一、产品的预选方案
冷柜能耗的降低主要从四个方面入手：①提高制冷循环的效率；②减小冰箱的热负荷；③减少额外的耗电；④减少循环的开/停损失。这种具有冷藏冷冻功能的高效低噪双温卧式冷柜的设计，根据其组成分为四个部分。
1.箱体结构。台阶式结构即压机室在箱内壳底板处形成一个台阶。该结构优点是能够充分利用整个冷柜的结构空间，缺点是非压机室侧深度相对较深，不利于取放物品；平底式结构即内壳底板处于一个平面，箱体较浅，取放物品方便，不足之处是箱体空间利用不够充分。选择了平底的箱体结构，并把箱体从中间隔开分为冷藏室和冷冻室，两者容积相同。
2.门体。顶掀门的缺点是每次开门时冷气泄露量大，为降低产品能耗，选用蝶形门，其下面设计两个推拉玻璃门。取放物品时，打开一扇发泡门，然后将玻璃门推开适当的间隙即可取放物品，在一定程度上减少了冷气的泄露。设计推拉玻璃门的另一个优点就是，当蝶形门去掉时，卧式冷柜又可作为一个卧式展示柜使用。
3.电器。该产品温度要求在（-18～10）℃范围内能连续调节温度，其中（-18～-12）℃为冷冻区，（-12～0）℃为微冻区，（0～10）℃为冷藏区。通过实验选出一个最佳的感温点，由温控器来实现对不同温区的控制。同时增设温控器速冻档，以达到快速制冷的目的。
4.冷凝器。常用的冷凝器中，翅片式散热效果好，但须有风扇配合使用，成本很高，一般只在400立升以上的大冰柜上使用；.丝管式散热面积和通风环境都比较好，结构简单、价格低廉，不足之处在于占用空间较大并难清洁；将冷凝盘管直接贴附在箱体外壳内侧的内藏式冷凝器，节省空间，无需清理，但是工艺成本高，实现有一定难度。
二、集成控制系统的硬件设计
冷柜内传感器、压缩机控制设备及节流用电子膨胀阀驱动，冷柜内的温度检测是温度控制的基础，蒸发器的温度检测则是融霜控制的基础，采用AM2303型温度采集模块作为系统的温度传感器，在检测温度时的精度能够达到±0.3℃，对商用冷柜的温度检测，这样的精度完全能够满足设计要求。STM32F103RCT6单片机最小系统拥有16通道的12位模数转换器、7通道的DMA控制器、16位定时器、USART接口、CAN接口（2.0B）和USB2.0全速接口（12Mbps）等功能接口。其通过内部的定时器TIM1和TIM2可以产生6路带死区控制的PWM型号，可以直接控制压缩机。电子膨胀阀是一种新型的节流机构，由阀体、阀芯、波纹管、传动机构和脉冲步进电机等组成，控制器通过对蒸发压力、蒸发器回气管温度等多项参数的检测和数据采集，经微处理器处理后，控制步进电机的旋转，通过螺纹的传动，带动阀针作轴向运动，从而调节阀口的流通面积，调节制冷剂的流量和过热度。早期电子膨胀阀只是用在变频空调上面，只能与变频压缩机联合使用，而商用冷柜都是通过柜温控制压缩机的开、停，由于压缩机的频繁启动会影响压缩机的寿命，也导致柜内温度波动较大，压缩机如此频繁启停，也浪费了很多的电能，为解决商用冷柜上述技术问题，采用了带电子膨胀阀的冷柜，并采用定频压缩机，电子膨胀阀由经特殊设计的控制器、阀体、和与控制器连接的可控驱动装置、温度传感器构成，温度传感器用于检测柜体内的温度、蒸发器进液管温度、蒸发器回气管温度并将这些温度信号传输给控制器来控制阀体的开度，冷柜上应用电子膨胀阀后，当柜温降下来时，只需要通过温度传感器检测柜体内的温度，根据柜温自动将电子膨胀阀开到一定的开度从而控制定频压缩机的冷量输出，就能维持柜内温度恒定，而不需要频繁地启动压缩机，延长了压缩机的使用寿命。
三、节能和降噪的方案确认
1.节能设计。（1）该卧式冷柜采用以自然对流冷却为主导传热的双层丝管式冷凝器散热系统，散热钢丝间距较大，冷凝管的折弯半径较小，经过改进把冷凝器的散热钢丝间距减小3 0%，冷凝管的折弯半径增大25%。这样散热钢丝数量增加，散热面积增大，同时折弯半径增大后，相邻的冷凝管间距增大，使高温的冷凝管之间温度梯度增大，分散高温热源，提高散热效率。以容积188升的卧式冷柜为例，改进前后产品的耗电量对比见表1。
表1冷凝器改进前后耗电量对比表
（2）箱内采用在箱体内部同时制冷的立体冷冻系统，可以在较短的时间内使箱体内的温度达到设定值，温度梯度小、均匀。建立温度与时间坐标系，在传热温差相同的条件下，可以看出立体制冷方式的制冷速度比非立体制冷的快。（3）压缩机的选择根据制冷系统设计工况下的制冷量来确定，同时考虑压缩机的安装，连接管的焊接以及批量生产情况。在保证生产成本的前提下，尽可能匹配cop值更大的高效压缩机，根据工程经验，cop值应在1.65以上。（4）由传热学的知识，冷藏室和冷冻室的漏热是一个典型的传热过程。根据传热学的热流量计算公式，冷藏室和冷冻室的漏热量可表示为
Φ=kA（t-t0）（1）
式中，Φ表示热负荷，k是传热系数，t为冷藏室或冷冻室温度，t0为环境温度，
A代表换热表面面积。
（2）
这里hi和h0为箱内和箱外的表面传热系数，h1＝5.08W/（m2•K），h0＝5.32
W/（m2•K），λ为箱体材料导热系数，λ=0.022W/（m•K），δ为箱体宽度（m）。F为箱体各个传热面面积。对箱体计算漏热量Φ总，取各个传热面中间层作平均值，所以，冷柜总的热负荷：
=35.07kcal/h
=40.79Wl/h
=40.79W（3）
选用压缩机1/5hp在相应的条件下制冷量：Φ0=195W压缩开停比：40.79/（195-40.79）=1：3.77大于普通冰柜的开停比一般取1：2。蒸发面积的计算：由于冷柜是靠箱内壳轧花铝板作为制冷的传热面，故蒸发器的面积应为箱内壳围板的面积之和。即
（4）
冷凝器散热面积的设计计算：由于该冷柜是靠箱下底外挂丝管式冷凝器作为散热面，故冷凝器的面积应为盘管和钢丝的表面积之和。即
（5）
根据热力学定律和制冷循环的两器匹配原则，
（6）
根据经验n取值为1.2比较合理。验证
判断匹配合理。
2. 降低噪音设计。经过现场检测，发现了冷柜运行时噪音发出的部位（见表2），
表2改进前在实验室测得的噪音值
具体如下：（1）在毛细管与蒸发器管的连接处，半高压的液体制冷剂进入蒸发管式时的喷射声；（2）在低压管箱体出口端，绕在低压管外表面上的毛细管由机器运行时的震动而发出的毛细管的震动声和摩擦声；（3）压缩机运行时底座的震动声；（4）压缩机吸气管内制冷剂的流动声和震动
声。降噪音解决方案分别如下：
问题（1）（2）：在毛细管与蒸发器管的连接处管路外表面和低压管的出箱端，各包裹一个特制阻尼减震块；问题（3）：在压缩机的四个底角固定螺栓处各增加一个高弹性的减震垫；问题（4）：在压缩机的吸气管上增加一段流线型弯度为R 3 0圆弧过渡的回气连接管。通过对制冷系统的管道的走向及布局进行了科学的优化设计，同时采用阻尼减震装置，大大降低了该冷柜运行时的噪音，达到了国家先进水平。噪声值符合国标。
无论是企业还是个人都应当承担起这个责任，在制冷系统上积极推进和采用新技术，推动我国制冷行业的迅速发展。
参考文献：
[1]周兴国，浅谈一种节能低噪卧式冷柜的设计.2016.
[2]李翠萍，探讨商用冷柜节能设计的研究.2017.
论文作者:胡确华
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/18
标签：冷柜论文; 压缩机论文; 箱体论文; 温度论文; 冷凝器论文; 蒸发器论文; 卧式论文; 《基层建设》2018年第23期论文;