淺談冷庫(kù)的節(jié)能設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理

杜世春 太古冷鏈物流（上海）有限公司

淺談冷庫(kù)的節(jié)能設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理

杜世春 太古冷鏈物流（上海）有限公司

2015年我國(guó)冷鏈物流總額約為3.5萬(wàn)億，且以每年22%的速度增長(zhǎng)，冷凍冷藏的巨大市場(chǎng)需求，迫切需要冷庫(kù)等冷鏈產(chǎn)業(yè)的大幅度擴(kuò)容。冷庫(kù)能耗一般占整個(gè)冷鏈物流企業(yè)能耗的70%以上，能源費(fèi)用占企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本的30%以上，因此冷庫(kù)的節(jié)能引起制冷和食品行業(yè)越來(lái)越廣泛的重視。

冷庫(kù)；節(jié)能；設(shè)計(jì)；運(yùn)行

隨著人民生活水平的不斷提高，冷庫(kù)作為經(jīng)營(yíng)儲(chǔ)存生鮮、蔬菜、水果等食品不可缺少的一項(xiàng)措施，在日常生活中扮演著越來(lái)越重要的角色。

我國(guó)的人均冷庫(kù)容量為0.1 m3，即便是全國(guó)最高的天津，人均庫(kù)容也只有0.25 m3，低于美國(guó)0.36 m3和日本0.33 m3人均庫(kù)容，說(shuō)明我國(guó)的冷庫(kù)建設(shè)還有巨大的空間。據(jù)中物聯(lián)冷鏈委統(tǒng)計(jì)，2014年全國(guó)冷庫(kù)總量達(dá)到3320萬(wàn)t，折合8300萬(wàn)m3，與2013年比增長(zhǎng)36.9%。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè)，“十三五”期間中國(guó)冷鏈物流需求有望呈年均15%～20%穩(wěn)健增長(zhǎng)趨勢(shì)，見圖1。由于冷庫(kù)屬于耗能大戶，其冷庫(kù)需求量的增大必然帶來(lái)能源消耗日益增加，冷庫(kù)的節(jié)能降耗問題越來(lái)越引起關(guān)注。

1　冷庫(kù)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）從中小型到規(guī)?；?/p>

我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品需求不斷增長(zhǎng)，食品生產(chǎn)加工儲(chǔ)藏不斷深化，相應(yīng)的冷凍冷藏市場(chǎng)也水漲船高，如上海、江浙、湖北、河南等地，冷庫(kù)市場(chǎng)的需求量逐年增加，規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。隨著國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，重要的運(yùn)輸港口的冷庫(kù)需求量也將呈現(xiàn)出較快增長(zhǎng)趨勢(shì)，未來(lái)大型區(qū)域性低溫物流冷庫(kù)將成為主流，逐步替代那些規(guī)模小、能耗高、管理差、效率低的小型冷庫(kù)。

圖1　2015～2020年中國(guó)冷庫(kù)存儲(chǔ)能力預(yù)測(cè)

（2）從單一化到多元化

冷庫(kù)由傳統(tǒng)的冷凍和冷藏功能逐漸發(fā)展為多功能的儲(chǔ)存、物流庫(kù)，尤其是氣調(diào)保鮮庫(kù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。氣調(diào)保鮮庫(kù)是目前國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的果蔬保鮮冷庫(kù)，它既能調(diào)節(jié)庫(kù)內(nèi)的溫度、濕度，又能控制庫(kù)內(nèi)的O2、CO2等氣體的含量，使庫(kù)內(nèi)果蔬處于休眠狀態(tài)，出庫(kù)后仍保持原有品質(zhì)。

（3）從傳統(tǒng)型到智能型

隨著信息自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，冷庫(kù)的自動(dòng)化水平已由簡(jiǎn)單的制冷系統(tǒng)自動(dòng)化控制逐步向全智能的多方位自動(dòng)化立體冷庫(kù)發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的全智能控制型冷庫(kù)，庫(kù)房?jī)舾叨纫话銥?8～30 m，貨物的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)采用智能控制掃碼、分揀、人庫(kù)、出庫(kù)等，進(jìn)行全信息化管理，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，制冷系統(tǒng)以庫(kù)溫為控制點(diǎn)全自動(dòng)運(yùn)行，如煙臺(tái)萬(wàn)華MDI立庫(kù)、成都伊利立庫(kù)等。

（4）從普通型到節(jié)能環(huán)保型

目前國(guó)內(nèi)在用的大中型冷庫(kù)中80%是使用氨作為制冷劑的，其余20%采用了氯氟烴，多數(shù)冷庫(kù)能耗水平較高，不符合國(guó)家節(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)。未來(lái)冷庫(kù)的建設(shè)會(huì)更加注重節(jié)能化設(shè)計(jì)，采用節(jié)能型的制冷設(shè)備，在冷庫(kù)運(yùn)行中實(shí)行節(jié)能化管理，應(yīng)用以CO2為代表的環(huán)保制冷劑［1］，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的同步發(fā)展。

2　冷庫(kù)的能耗現(xiàn)狀

冷庫(kù)能耗一般占整個(gè)冷鏈物流企業(yè)能耗的70%以上，能源成本占企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本的30%，冷庫(kù)的節(jié)能不僅能減少能源消耗，增加社會(huì)效益，還可以降低運(yùn)行成本，因此冷庫(kù)的節(jié)能越來(lái)越受到企業(yè)的重視。

表1　國(guó)內(nèi)外冷庫(kù)能耗對(duì)比kWh/d

冷藏企業(yè)耗電考核標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：凍結(jié)物冷藏單位產(chǎn)品耗電量為0.3 kWh/t，冷卻物冷藏單位產(chǎn)品耗電量為0.9 kWh/t，冷凍加工單位產(chǎn)品耗電量為120 kWh/t。但實(shí)際運(yùn)行過程中有的企業(yè)凍結(jié)物冷藏單位產(chǎn)品耗電量甚至能多達(dá)1.4 kWh/t，少的也達(dá)到0.2 kWh/t，冷卻物冷藏單位產(chǎn)品耗電量多達(dá)1.0 kWh/t，少的也達(dá)到0.3 kWh/t，冷凍加工單位產(chǎn)品耗電量多達(dá)180 kWh/t，少的也達(dá)到70 kWh/t，能源浪費(fèi)嚴(yán)重［2］。以上海為例，2015年上半年度上海市冷庫(kù)利用率為：64.41%，凍結(jié)物耗電為：0.39kWh/ t，冷卻物耗電為：0.62 kWh/t。

圖2　國(guó)內(nèi)冷庫(kù)耗電情況

3　冷庫(kù)常用的節(jié)能措施

冷庫(kù)的能源消耗以電力為主，用電系統(tǒng)有制冷系統(tǒng)、照明、叉車、消防、辦公等。圖3為某一通用型倉(cāng)儲(chǔ)冷庫(kù)的用電狀況，制冷系統(tǒng)和照明系統(tǒng)在整個(gè)冷庫(kù)耗電中占決定性因素，因此對(duì)冷庫(kù)而言，節(jié)能主要從節(jié)能設(shè)計(jì)與節(jié)能管理兩個(gè)方面考慮，其中制冷系統(tǒng)和照明系統(tǒng)為重中之重。

（1）節(jié)能設(shè)計(jì)

① 最佳圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度。圍護(hù)結(jié)構(gòu)、隔熱層的傳熱量占冷庫(kù)總熱負(fù)荷的20%～35%，所以增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫層厚度，可以達(dá)到節(jié)能的目的，但會(huì)增加初投資，這就要求在冷庫(kù)建設(shè)時(shí)根據(jù)冷庫(kù)使用年限確定最佳經(jīng)濟(jì)厚度，做到設(shè)計(jì)和日后的運(yùn)行相匹配。

② 高能效的制冷系統(tǒng)。在制冷系統(tǒng)設(shè)備選擇中首先考慮系統(tǒng)COP，而不是單獨(dú)設(shè)備COP最大化。如針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單機(jī)雙級(jí)的高性能制冷系統(tǒng)；合理匹配壓縮機(jī)、冷風(fēng)機(jī)等設(shè)備，防止“大馬拉小車”；保證滿足制冷負(fù)荷的前提下，盡可能減少開機(jī)臺(tái)數(shù)，提高壓縮機(jī)運(yùn)行效率；對(duì)風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)進(jìn)行變頻控制［3］，進(jìn)而改變系統(tǒng)的制冷量，實(shí)現(xiàn)多能級(jí)優(yōu)化組合，使之與冷庫(kù)熱負(fù)荷相匹配，保證系統(tǒng)工作在最高效率工況。

③ 智能高效照明。在冷庫(kù)中照明不僅浪費(fèi)大量電能，而且會(huì)增加冷庫(kù)的熱負(fù)荷，冷藏間照明發(fā)熱量一般為1.8～2.3W/m2，加工間、包裝間等照明發(fā)熱量一般為5.8W/m2。傳統(tǒng)的照明功率大，同時(shí)散熱量也大，使用LED照明不僅可以降低設(shè)備輸入功率，還可降低冷庫(kù)的熱負(fù)荷。采用LED并配備移動(dòng)傳感器，根據(jù)庫(kù)內(nèi)是否有物體移動(dòng)來(lái)決定燈具的暗與亮，可使庫(kù)內(nèi)照明節(jié)省耗電50%以上。

④ 余熱回收利用。充分利用制冷系統(tǒng)排出的熱量，用于地坪加熱或熱氨融霜，從而減少需熱設(shè)備的用電量。某大型冷庫(kù)的地坪加熱量20W/m計(jì)算，按照加熱管道13 km計(jì)算，預(yù)計(jì)每年可節(jié)省用電接近整個(gè)冷庫(kù)用電量的20%。

⑤ 可再生能源使用。設(shè)計(jì)中應(yīng)積極考慮利用再生能源，如太陽(yáng)能、地?zé)崮艿龋稍偕茉吹氖褂貌粌H減少能源消耗，也減少對(duì)環(huán)境的影響。根據(jù)不同的地理環(huán)境選擇適合的設(shè)備，如在北方，為了避免冬季時(shí)空調(diào)的使用效率低以及節(jié)省蒸汽管網(wǎng)的初裝費(fèi)，選用地源熱泵，減少設(shè)備初投資，同時(shí)也節(jié)省了運(yùn)行成本。

（2）節(jié)能管理

① 提高庫(kù)房利用率。冷庫(kù)節(jié)約用電最直接有效的方法就是提高冷庫(kù)的利用率，由于冷庫(kù)存放的貨物較少，制冷系統(tǒng)就存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，造成電能的浪費(fèi)，因此，在淡季時(shí)可將幾個(gè)冷庫(kù)內(nèi)的貨物按貯藏溫度及時(shí)并庫(kù)，以減少電耗。對(duì)于大型冷庫(kù)，在庫(kù)容率低于40%時(shí)，冷庫(kù)的單位產(chǎn)品耗電量將增加30%左右。

② 采用自動(dòng)快速門。冷庫(kù)門是貨物進(jìn)出冷庫(kù)的通道，冷庫(kù)門的頻繁開啟，會(huì)導(dǎo)致大量熱空氣進(jìn)入冷庫(kù)，引起很大的冷量散失，造成蒸發(fā)器的霜層增厚，增加除霜次數(shù)，導(dǎo)致庫(kù)溫波動(dòng)，影響食品質(zhì)量。選擇自動(dòng)快速門，盡量減少開啟門次數(shù)和時(shí)間，可以避免人為操作導(dǎo)致的不必要的熱量進(jìn)入冷庫(kù)增加冷庫(kù)負(fù)荷［4］。

③ 調(diào)整壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間。在不影響食品冷藏質(zhì)量的前提下，盡量減少白天尤其是中午制冷壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，增加夜間制冷壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，這樣不僅可以利用電費(fèi)的峰谷差降低電費(fèi)，而且夜間冷凝溫度較低，可降低壓縮機(jī)電耗。如當(dāng)蒸發(fā)溫度為-10℃時(shí)，冷凝溫度每下降1℃，壓縮機(jī)單位制冷量耗電可減少2.5%～3.2%。

④ 做好制冷系統(tǒng)的維護(hù)。蒸發(fā)器表面結(jié)霜后，將增加管路熱阻，降低系統(tǒng)的制冷效果，增加冷庫(kù)能耗，因此要定期對(duì)蒸發(fā)器除霜；設(shè)置自動(dòng)空氣分離器，及時(shí)排除系統(tǒng)中不凝性氣體，保證系統(tǒng)的高能效運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)空氣壓力達(dá)到0.2 MPa時(shí)，制冷量下降8%，耗電量將增加18%。定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行放油操作，冷凝器表面附著0.1 mm油膜時(shí)，氨制冷壓縮機(jī)制冷量下降16%，用電量增加12.4%；而蒸發(fā)器內(nèi)油膜達(dá)到0.1 mm時(shí)，蒸發(fā)溫度將下降2.5℃，耗電將上升11%［5］。

圖3　某冷庫(kù)用電情況一覽表

4　結(jié)語(yǔ)

今后冷庫(kù)的發(fā)展趨勢(shì)就是安全、節(jié)能、精準(zhǔn)的環(huán)保型綠色冷庫(kù)。對(duì)新建冷庫(kù)而言，從源頭采用節(jié)能設(shè)計(jì)，對(duì)既有冷庫(kù)而言通過節(jié)能改造和節(jié)能管理，提高設(shè)備利用率和使用壽命，對(duì)節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本具有重要的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境意義。

［1］張建一，徐穎.國(guó)內(nèi)外大中型冷庫(kù)制冷劑的現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)向［J］. 制冷學(xué)報(bào)，2009，（8）.

［2］張永桂，潘春園，張文虎，等. 冷庫(kù)制冷系統(tǒng)的節(jié)能分析［J］.流體機(jī)械，2008，36（7）.

［3］劉訓(xùn)海，姜敬德，張朝輝. 低溫冷庫(kù)冷風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能研究［J］.制冷學(xué)報(bào)， 2008，（1）.

［4］潘東靜.農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的冷庫(kù)節(jié)能降耗問題研究［J］.邊疆經(jīng)濟(jì)與文化，2014，（11）.

［5］李 寧，王 賀，吳治娟，等. 冷庫(kù)節(jié)能途徑探討［J］.制冷技術(shù)，2008，（2）.

Study on Cold Storage Energy Saving Design and Operation Management

Du Shichun Swire Cold Chain Logistics （Shanghai） Co.，Ltd

Domestic cold chain logistics industry is about 3500 billion RMB in 2015， whose annual rate is 22% growth. Chilled and refrigerated industry has huge market demand， which has urgent needs of cold storage and cold chain industry large expansion. Cold storage energy consumption is above 70% of whole cold chain logistics. Energy cost is above 30% enterprise operation cost， which gains more attention from refrigeration and food industry about energy saving.

Cold Storage， Energy Saving， Design， Operation

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.08.006