超大型低溫自動化冷庫的節能分析

時間：2022-12-29 02:53:08來源：food欄目：冷鏈新聞閱讀：

隨著冷庫建設規模的擴大，冷藏行業的節能降耗引起業界高度關注。本文詳細介紹了臨港普菲斯億達冷庫的建筑情況和制冷系統構成，并從冷庫庫體設計、制冷系統設計和冷庫的操作管理等方面，具體分析了加大冷庫節能降耗效果的有效措施與應用效果，值得借鑒。

隨著經濟的快速發展，我國的新建冷藏庫越來越多，物流型冷藏庫的規模也不斷向大型化發展。冷凍、冷藏是能量消耗較大的行業，我國是一個能源短缺的國家，能源的緊張是制約我國經濟發展的一個重要因素。因此節能、降耗必然引起業界的高度重視，通過節能技術的應用，可以加速制冷設備的更新換代，促進制冷技術、工藝的改革和創新，帶動整個制冷行業的發展和水平提升。

近年來，筆者參與了上海臨港普菲斯億達冷庫和上海外高橋普菲斯億達冷庫的制冷機組安裝、調試工作，這是引進美國最新制冷設計理念的超大型單座裝配式、自動化低溫物流冷庫，在國內處于領先水平。臨港普菲斯冷庫運行一年來情況良好，節能效果明顯。該冷庫在設計方面有許多新的理念、方法值得學習和借鑒，筆者就其節能情況結合建筑熱工計算和制冷工藝設計、配置逐項作簡要分析、說明。

冷庫概況
1 建筑規模與格局

臨港普菲斯冷庫單座單層裝配式低溫自動化物流配送冷庫，總容量約為8 萬噸，冷庫的建筑承重結構采用輕金屬結構內支承方式，冷庫建筑面積19390m2，凈庫容積393882m3，庫溫為-20℃。整個冷庫沿長度方向隔成三間（A、B、C 三庫），冷庫外圍護結構墻面采用雙面彩鋼聚氨酯隔熱板，厚度δ=180mm，超長制作（板長21m），庫內隔墻采用結構巖棉防火板，厚度δ=200mm。地坪和庫頂隔熱層都選用三層擠塑型聚苯乙烯板（EPS），每層厚度δ=75mm。恒溫卸貨區建筑面積4100m2，平均高度9.5m，外圍護結構采用雙面彩鋼聚氨酯隔熱板，厚度δ=100mm，溫度為5℃ ~7℃。制冷機房和輔助設備間設在二層建筑的設備樓，二層樓內長24.1m，寬15.2m，平均高4.5m，建筑面積366m2，機房地面高度3.8m。

2 冷庫制冷系統主要設備配置

（1）制冷壓縮機

JZVLG268D3 臺，制冷量Q 機=707.4kw/ 臺（2960 轉/ 分），帶微機自控型

JZVLG268D1 臺，制冷量Q 機=350kw/ 臺（1450 轉/ 分），帶微機自控型

（2）冷庫冷風機

D091-450H/108-A-G，22臺，制冷量Q 設=57.3kw/ 臺

蒸發器面積F=448m2/ 臺，風量：31520m3/h，風壓靜壓：200Pa

電動功率：3.36kw+0.49kw（風筒加熱）=3.85kw/ 臺，面風速=2.2m/s

（3）主要輔助設備

a) 低壓循環桶泵機組：

貯液桶：1 臺，桶體容積=6.5m3

氨泵：R42-317C4BM-0405U1B1-F，2 臺

流量=5.5m3/h，揚程=92m，功率=6.6kw/臺

b) 氣液分離器：（-6.7℃，閃蒸桶）1 臺，桶體容積=2m3

c) 氨液冷卻器：SM-22-L-06-UM-120，1 臺

流量6.5t/h，進液+32 ℃，出液-1.1℃

d) 蒸發式冷凝器：VC2-642，2 臺

排熱量QK=2765kw/ 臺

3 卸貨區制冷設置

冷風機D080-395H/106-A-G，6 臺

制冷量Q 設=74kw/ 臺，風量=27000m3/h，面風速3.1m/s

4 地坪防凍系統設備

（1）閑式冷卻塔：FXVLQ661-LM，1 臺，制冷量=820kw/ 臺

（2）丙二醇水溶液循環泵：7 臺

（3）丙二醇水溶液貯水箱：1 臺，25m3

冷庫建筑、制冷系統的節能分析

1 庫體設計節能、外圍護隔

熱結構熱工計算及減少冷庫門洞滲入熱流的簡要說明

Q1— 外圍護隔熱結構熱流（W）

Q5—操作、照明物流、開門滲入熱（W）

（1）超大型單座高庫體設計，其m2/m3 值（外圍護隔熱結構面積與單位凈庫容積的比值）小于其他冷藏庫

增加冷庫的凈容積規模、減少外圍護結構建筑面積是冷庫建筑節能設計中重點考慮的因素之一。因為冷庫的外圍護結構的熱流量往往占冷庫總負荷的30%~40%，在同樣庫內外溫差條件下，小型冷庫比大型冷庫的單位容積耗電量高數倍。m2/m3值越小，冷庫的建筑節能越明顯，這也是冷藏庫規模向大型化發展的原因之一。幾座不同庫容的單體低溫冷庫的建筑情況分析對比見表2。

從表2 中可以看出，臨港普菲斯冷庫的m2/m3 值僅0.125，比其他冷庫低得多，說明在同樣隔熱結構、相同單位凈庫容下，該冷庫通過外圍護結構進入庫內的熱流值Q1 比其他冷庫減少30%。

（2）Q1—外圍護結構熱流量計算（忽略隔氣層熱阻）

a) 計算條件：室外設計計算溫度tW=30 ℃，室內計算溫度tN=-20℃，濕球溫度27.8℃，外圍護結構墻面：雙面彩鋼聚氨酯隔熱板δ=180mm。

b) 圍護結構熱流Q1 計算匯總見表3。

通過計算可見，雖然該冷庫單位凈容積的外圍護結構熱流有很大的優勢，但其隔熱外墻Q1 為11w/m2·h，庫頂Q1 為15.3w/m2·h，這兩項指標距當前冷庫設計中節能的要求還存在較大的差距。

（3）低溫庫庫外設置恒溫卸貨區，選用先進的快速啟閉冷庫門，加強庫門開啟的管理，減少從冷庫門洞滲入的熱量，減少熱濕負荷對冷庫的影響

在低溫庫外設置封閉式恒溫卸貨區，一方面使低溫庫和外界大氣之間有了溫濕度緩沖區域，在較大程度上減少了外界熱濕空氣帶入低溫庫的水分和熱負荷，減少了庫溫的波動和冷風機的結霜量。另一方面使進出冷凍貨物在卸貨區暫停期間大大減少，防止了貨物的溫升，有利于保持商品的冷凍質量，減少了進入冷庫的貨物熱流量。

大型物流冷庫的進出貨十分頻繁，冷庫門洞也比一般的冷庫高大，尤其不要忽略開門時產生的換氣率，因為換氣率在一個冷庫的熱平衡中的影響比它在總熱負荷的操作成本費用中的影響大。通過庫門的換氣量是與庫門開啟的時間、門洞的面積、外界的熱濕空氣和冷藏間內空氣密度差成正比的。據日本資料提供，當冷庫內外溫差達30~70℃時，開門換氣的耗冷量占總熱負荷的10％~15％。因此忽視冷庫門的開啟管理不僅僅使冷庫耗能和蒸發器結霜量大大增加，而且影響到冷庫的使用壽命。

臨港普菲斯冷庫（A 庫是由自動巷道式裝卸機作業，進出貨物從較小的進出倉口傳送）B、C 庫的門洞高4.5m，寬2.7m，如此高大的門洞如果用手動或電動平移門會產生門扇的密閉性、啟閉庫門時的速度減慢和穩定性等問題。所以該冷庫選用了進口的快速電動卷簾門，門扇的材質由一種柔性封閉式發泡料制成，隔熱和密封效果不錯，配上快速垂直起降的電動機構，啟閉時的最快速度可達4.5m/s，現調整在3S。除此之外在冷庫門洞兩側裝有感應元件，只要運貨叉車進入感應區，冷藏門就會自動快速啟閉，縮短了叉車進出庫門時的等候時間，確保了庫門的及時關閉。該庫冷凍貨物的裝卸運輸，依靠回轉半徑小、移動速度快的小噸位叉車，庫內碼、落貨物由“高臂”型門架式提升機完成，提高了工作效率，避免了大型裝卸機械頻繁進出冷庫門洞因速度慢所造成的換氣率增加的問題。

（4）目前冷庫實際運行的指標情況

臨港普菲斯冷庫制冷設計了兩臺主機投入運行（一臺JZVLG268D，707.4kw/ 為主運行，另一臺JZVLG268D，350kw/ 作機動投入運行），從該冷庫投產運行以來，目前僅一臺主機JZVLG268D 全天運行，從未出現兩臺機運行的情況。按照該庫393882m3 凈庫容，實際配置冷風機設備負荷：1260.6kw，主機運行冷量707.4kw。計算得到：每立方凈庫容配設備負荷為3.2w，每立方凈庫容配主機負荷為1.8w。由此可以看出，該超大型冷庫的單位容積耗冷遠遠小于其他冷庫。

2 制冷系統設計、操作管理上的節能情況

（1）充分利用冷、熱源的能量互補

該大型冷庫的占地面積大，地下防凍措施也是值得關注的。冷藏庫的地下防凍加熱方法有多種，無論采用架空或通風道機械通風，都將使土建投資費用增加，而在這么大的面積上用電加熱防凍，顯然也不切實際。因為按該冷庫19000m2 的地下防凍加熱面積計算，每小時的加熱量約在180kw。另外，制冷壓縮機的潤滑油在運轉過程中溫度會不斷升高，需要利用其他冷卻介質消耗相應的能量來滿足冷卻要求，如果以上兩方面都單獨設置冷卻設備和加熱設備，不僅土建、設備的投資費用將增加，還要消耗大量電能。

為了達到節能的目的，該冷庫制冷設計上巧妙地利用了系統內在的冷熱源（采用丙二醇水溶液加熱防凍循環系統）。具體做法是：在冷庫地坪隔熱層下的鋼筋混凝土層中埋設直徑32×3.5的多路PE 管加熱管道，每路PE 管在冷庫地坪下為整根（沒有接頭），穿出地坪后設單路調節閥和液流顯示儀，然后連接至供、回集管，并由循環水泵、貯水箱、系統連接管路和螺桿機油冷卻器等設備組成一個開式循環加熱系統。冷庫地坪下丙二醇水溶液的加熱熱源由運行中的螺桿制冷壓縮機冷凍油提供，而制冷壓縮機冷凍油的冷卻冷源由出地坪冷卻后的丙二醇水溶液提供，在不另外增加設備的情況下，利用系統本身的條件，能量充分利用互補，節能效果達到每小時360kw（見圖1）。

（2）利用冷風機的自動熱氣除霜

冷庫冷風機的除霜是制冷系統運行中必不可少的一項工作，尤其是低溫冷藏庫中的冷風機，除霜的方法有：電熱化霜、水沖霜、熱氣除霜、水和熱氣同時除霜、不凍液除霜等等。目前國內大中型低溫冷庫以冷風機作為換熱設備的，在設計中大都采用水沖霜、水加熱氣除霜、熱氣除霜這三種融霜方式。臨港普菲斯冷庫設計利用制冷螺桿壓縮機排油的氣體熱量為熱源，在制冷自動化系統軟件的設定和監測下實現全自動的定時除霜，實現了三個方面的節能：①無需泵等動力消耗和其他土建、設備的基建投資。②熱氣除霜過程將冷風機蒸發盤管中的積油及時清除，使冷風機始終保持最佳的換熱性能，相應提高了蒸發溫度，縮小了蒸發溫度和庫溫之間的溫差。③減小了冷庫的溫度波動，除霜后減少了制冷壓縮機的動力消耗。

（3）利用螺桿制冷機的可調內容積比改善壓縮機的運行性能，達到節能目的

該冷庫除了一個低溫庫-29℃蒸發系統外，還配有一個中溫-6.7℃蒸發系統，肩負著卸貨區冷風機和高壓常溫制冷液體的過冷負荷（卸貨區制冷設備負荷444kw/h 高壓液體過冷器負荷約80kw/h）。為了達到節能目的、節約設備投資，不另外增設獨立的中溫制冷系統，利用螺桿壓縮機的工作容積在壓縮過程的某一轉角位置開設進氣口（即中間補氣口），將以上兩個方面的制冷負荷引入，在不影響-29℃低溫蒸發系統吸氣量的情況下，降低了主機由于過壓縮或欠壓縮造成的附加功耗，提高了制冷壓縮機的效率，節約-6.7℃庫溫蒸發制冷系統的基建設備投資和所需的能量消耗。

（4）制冷系統低溫換熱設備采用高壓液體直接供液方式，減少了氨泵的功力消耗

國內外的絕大多數大中型低溫冷庫在制冷設計中都應用了液泵來向蒸發器輸送制冷劑液體，制冷劑的液體量是蒸發量的數倍。為了實現以消耗的電動機功率來滿足最佳換熱要求，有的設計人員在以上設計基礎上，另外增加一路高壓液體并聯連接到泵出液總管或支管上，目的在于當液泵出現故障，短時間難于修復時啟動高壓液體直供以不影響冷藏庫降溫的應急方法。而臨港普菲斯冷庫采用高壓液體過冷后直接向冷風機供液的方式，（低壓循環桶只作為汽液分離和暫存液體之用），雖然液泵6.6kw/ 臺的功率消耗相比整個制冷系統消耗的總功率來講只是很小一部分電能，但從節能角度對制冷劑系統進一步挖掘節能潛力的思路來講的確是一種較好的選擇。

（5）應用電子計算機進行程序控制，實現整個制冷系統的全自動化

制冷系統的自動化不僅僅提高工作效率，節省人力，確保冷凍商品質量，使制冷系統設備在安全可靠的工況下運行，并且能通過自動監控系統對各運轉設備的液位、溫度、壓力、電流等等進行及時、準確、連續不斷的監視，使系統處在最佳的工作狀態，實現最優控制，避免一些人為的不恰當操作和管理造成的能量浪費和損失，從而達到安全運行和節能的目的。

臨港普菲斯冷庫的制冷系統是由上位機加組態元件和下位機共同組成的自動化監控系統，選用了丹佛斯公司先進的壓力、液位、溫度等自動化信號元件和閥門，基本做到了全自動化控制、操作，滿足了制冷系統從庫房溫度和冷凍機能量的自動調節，各容器設備的液位、壓力、溫度調控和安全保護、冷風機自動熱氣除霜、地坪防凍系統的自動控制等等全自動的操作管理。

結論

1. 臨港普菲斯億達冷庫之所以能做到單位凈容積配置設備冷量3.2w/m3 機械負荷1.8w/m3 的明顯節能效果，其最大的優勢在于m2/m3 值很小，使其比相同條件下小容量冷庫節能30%。如果能增加一次性投資加厚隔熱層厚度和改變庫頂隔熱結構，以減少Q1 的熱流量，節能效果將更明顯。

2. 低溫冷庫外建恒溫和低溫穿堂，冷凍商品的裝卸、搬運采用叉車加托盤形成機械化作業，并選用先進的冷藏門和自控方式有效地減少外界熱溫負荷對冷庫的影響，達到保持冷凍食品較好的質量，減少制冷設備的動力消耗是必不可少的。

3. 在不影響低溫制冷量的情況下，利用螺桿壓縮機內容積比調節來改善壓縮機性能，并獲得中間溫度系統負荷，在不另外增加設備和電能情況下，從制冷系統內部進一步挖掘節能潛力，滿足冷庫地坪防凍加熱、螺桿壓縮機潤滑冷卻、冷風機熱氣除霜等做法，在節能上起到了很好的效果，說明在降低現有的制冷設備的能量消耗問題上還有很多工作可做。

4. 冷庫制冷系統實現全自動化管理，是提高工作效率、確保冷凍商品的儲存質量、保證制冷系統和設備在安全可靠工況下運行、避免誤操作和管理造成的能量損失、實現最優控制的最佳途徑。在這方面，臨港普菲斯冷庫是一個值得學習的范例。

冷鏈服務業務聯系電話：19937817614