果蔬冷庫(kù)節(jié)能技術(shù)

趙雯涵

（山東建筑大學(xué)，山東 濟(jì)南 250101）

果蔬貯藏保鮮技術(shù)有冷藏貯藏法、氣調(diào)貯藏法、輻照貯藏法和涂膜貯藏法，其中冷藏貯藏法是目前國(guó)際上最有效的果蔬保鮮方法[1-2]。冷藏貯藏法即低溫貯藏法，是依靠低溫的作用抑制微生物的繁殖、減弱果蔬的氧化和呼吸等機(jī)理實(shí)現(xiàn)果蔬保鮮。果蔬的低溫貯藏主要依靠冷庫(kù)[3-4]，冷庫(kù)是指采用人工制冷降溫并具有保冷功能的倉(cāng)儲(chǔ)建筑群，包括制冷機(jī)房、變配電間等[5]。2018 年，我國(guó)冷庫(kù)總面積約700 萬(wàn)m2[6]。由于我國(guó)冷庫(kù)數(shù)量多、總冷藏和冷凍面積大，冷庫(kù)總的能耗需求也大。國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》提出全面提升用能設(shè)備能效水平，推動(dòng)制冷系統(tǒng)節(jié)能改造，強(qiáng)化風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等重點(diǎn)用能設(shè)備節(jié)能管理。目前，我國(guó)果蔬冷庫(kù)低溫貯藏面積已達(dá)到2.5 萬(wàn)多m2[7]，果蔬冷庫(kù)的制冷系統(tǒng)選擇、冷庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理等方面都具有節(jié)能改進(jìn)潛力，果蔬冷庫(kù)節(jié)能減排是值得關(guān)注的研究領(lǐng)域。

1 制冷系統(tǒng)選擇

1.1 壓縮級(jí)數(shù)選擇

果蔬冷庫(kù)主要貯存水果和蔬菜，其貯藏周期和質(zhì)量與果蔬冷庫(kù)的環(huán)境因素（如溫度、濕度、空氣潔凈度等） 密切相關(guān)。果蔬冷庫(kù)冷間的設(shè)計(jì)溫度和相對(duì)濕度應(yīng)根據(jù)果蔬的冷藏工藝要求確定，冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范[5]規(guī)定也可按表1 選用。

冷間的設(shè)計(jì)溫度和相對(duì)濕度見(jiàn)表1。

表1 冷間的設(shè)計(jì)溫度和相對(duì)濕度

由表1 可知，多數(shù)果蔬冷庫(kù)制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度不低于-11 ℃，根據(jù)制冷壓縮機(jī)本身的特點(diǎn)，選用單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)。

1.2 制冷劑選擇

果蔬冷庫(kù)常用的制冷劑有氨和氟利昂。氨是應(yīng)用最早而且目前仍為廣泛使用的天然制冷物質(zhì)。氨的單位容積制冷量較大，所以相同溫度和制冷量時(shí)，與氟利昂壓縮機(jī)相比較，氨壓縮機(jī)的尺寸較小，并且氨的價(jià)格也比較便宜，在大中型冷庫(kù)中價(jià)格優(yōu)勢(shì)顯著。氟利昂無(wú)色、無(wú)味、不易燃易爆，化學(xué)性能穩(wěn)定。氟利昂能不同程度地溶解潤(rùn)滑油，不易在系統(tǒng)中形成油膜熱阻，對(duì)系統(tǒng)換熱設(shè)備的傳熱影響很小[8]。

目前，大中型果蔬冷庫(kù)的制冷系統(tǒng)以氨系統(tǒng)居多，微型果蔬冷庫(kù)的制冷系統(tǒng)以氟利昂系統(tǒng)為主。劉恒穗等人[8]從設(shè)備投資、安裝和運(yùn)行費(fèi)用、保鮮效果、維護(hù)和保養(yǎng)、環(huán)保和潛在危害等方面對(duì)氨系統(tǒng)和氟利昂系統(tǒng)進(jìn)行了比較，這兩類(lèi)制冷系統(tǒng)各有優(yōu)勢(shì)；與氨制冷系統(tǒng)相比較，氟利昂制冷系統(tǒng)具有設(shè)備較少、系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行管理費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。隨著氟利昂制冷系統(tǒng)設(shè)備造價(jià)的降低和氟利昂壓縮機(jī)的技術(shù)進(jìn)步，大型的機(jī)頭和并聯(lián)機(jī)組實(shí)際生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，采用氟利昂?jiǎn)渭?jí)壓縮制冷系統(tǒng)的大中型果蔬冷庫(kù)日漸增加[8]，采用環(huán)保型氟利昂制冷劑可以滿足人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的需求。

2 設(shè)計(jì)中的節(jié)能技術(shù)

果蔬冷庫(kù)是存放水果蔬菜的“冷”倉(cāng)庫(kù)，除了具備倉(cāng)庫(kù)的基本功能外，還需要有低溫環(huán)境并持續(xù)保持。在果蔬冷庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，“保冷”和“制冷”是2 個(gè)重要節(jié)能環(huán)節(jié)。

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在果蔬冷庫(kù)制冷系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲入到冷庫(kù)內(nèi)的熱負(fù)荷占整體負(fù)荷的比例較高，選擇合適的隔熱材料可以有效減少外界熱量進(jìn)入冷庫(kù)，實(shí)現(xiàn)“保冷”節(jié)能目標(biāo)。

冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定[5]，冷庫(kù)庫(kù)房的隔熱材料應(yīng)符合熱導(dǎo)率小、易于施工、對(duì)食品未有污染、難燃或不燃材料、不易變質(zhì)等條件。冷庫(kù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱材料層的厚度增加，冷庫(kù)建設(shè)的初投資就會(huì)增加，需要在冷庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)冷庫(kù)的庫(kù)溫、使用年限等因素綜合確定最佳隔熱材料層厚度，做到設(shè)計(jì)和運(yùn)行相匹配。張金花等人[9]對(duì)北京市50 余家冷庫(kù)的調(diào)研結(jié)果表明，庫(kù)溫在-14 ℃以下的低溫庫(kù)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱材料為硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料；庫(kù)溫在+2～+10 ℃的高溫庫(kù)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱材料為擠塑聚苯乙烯泡沫塑料和硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。王書(shū)元等人[10]對(duì)采用聚苯乙烯泡沫塑料和硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料作為隔熱材料的冷庫(kù)進(jìn)行分析比較，指出使用聚氨酯隔熱材料使得冷庫(kù)的建造成本高于使用聚苯乙烯隔熱材料，但是運(yùn)行能耗至少降低15%。杜子崢等人[11]建議使用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料作為冷庫(kù)隔熱材料，其吸水率低，熱導(dǎo)率受溫濕度影響不明顯。目前，氣凝膠隔熱材料由于其保溫性、阻燃性、隔濕性能均優(yōu)于現(xiàn)有的冷庫(kù)用隔熱材料，隨著氣凝膠隔熱材料成本的降低和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，其在冷庫(kù)行業(yè)的應(yīng)用值得關(guān)注和深入研究。

2.2 合理計(jì)算貨物熱

在冷庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，以壓縮機(jī)為主要設(shè)備的制冷系統(tǒng)是“制冷”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要根據(jù)冷庫(kù)機(jī)械負(fù)荷和冷卻設(shè)備負(fù)荷進(jìn)行制冷壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、冷風(fēng)機(jī)等設(shè)備選型。冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范[5]規(guī)定，冷庫(kù)設(shè)計(jì)蒸發(fā)溫度下的機(jī)械負(fù)荷和冷間冷卻設(shè)備負(fù)荷均與Q1，Q2，Q3，Q4，Q5 有關(guān)，Q1，Q2，Q3，Q4，Q5 分別為圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱流量、貨物熱流量、通風(fēng)換氣熱流量、電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)熱流量、操作熱流量。對(duì)于果蔬冷庫(kù)，貨物熱流量Q2 通常占到高峰熱負(fù)荷的50%～60%[12]，進(jìn)貨時(shí)限的長(zhǎng)短是影響貨物熱流量的重要因素。按照設(shè)計(jì)慣例，進(jìn)貨時(shí)限為15 d。但是，果蔬的種類(lèi)不同、經(jīng)營(yíng)方式和進(jìn)貨習(xí)慣等方面的差異均使實(shí)際的進(jìn)貨時(shí)限有很大的差別。文獻(xiàn)[12]以中型蘋(píng)果保鮮庫(kù)為例，按進(jìn)貨時(shí)限15 d 和25 d 分別進(jìn)行了冷庫(kù)熱負(fù)荷設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)果表明冷庫(kù)熱負(fù)荷差異量為24.8%，制冷系統(tǒng)的初投資差別約為20%。在果蔬冷庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，需要因地制宜，詳細(xì)了解果蔬種類(lèi)、進(jìn)貨時(shí)限、進(jìn)貨均勻度、氣候條件等設(shè)計(jì)因素，合理計(jì)算貨物熱量，對(duì)于減少冷庫(kù)制冷系統(tǒng)初投資、降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用、節(jié)能降耗等具有重要意義。

3 管理中的節(jié)能技術(shù)

3.1 管理節(jié)能

提高果蔬冷庫(kù)運(yùn)行管理水平，可以降低冷庫(kù)企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本。冷庫(kù)管理規(guī)范[13]從基本要求、冷庫(kù)運(yùn)行管理、食品貯存管理、冷庫(kù)安全設(shè)施管理和冷庫(kù)建筑維護(hù)等方面提出對(duì)冷庫(kù)制冷、電氣、給排水系統(tǒng)，庫(kù)房建筑及相應(yīng)的設(shè)備設(shè)施運(yùn)行管理、維護(hù)保養(yǎng)要求和食品貯存管理要求。

冷庫(kù)節(jié)能運(yùn)行技術(shù)規(guī)范[14]是國(guó)家商務(wù)部提出的國(guó)內(nèi)貿(mào)易行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，該規(guī)范針對(duì)冷庫(kù)能源管理系統(tǒng)、冷庫(kù)建筑的節(jié)能要求、制冷系統(tǒng)和制冷設(shè)備運(yùn)行中的節(jié)能操作調(diào)節(jié)、制冷系統(tǒng)與設(shè)備維護(hù)的節(jié)能操作等方面提出了更加具體的要求，為果蔬冷庫(kù)管理者提供技術(shù)支撐。

此外，一些地方標(biāo)準(zhǔn)，如食品冷庫(kù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)[15]、冷庫(kù)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)[16]，以及信息化冷庫(kù)運(yùn)行管理，也有利于進(jìn)一步促進(jìn)果蔬冷庫(kù)節(jié)能體系的建設(shè)[3]。

3.2 削峰填谷

在我國(guó)工業(yè)用電高峰時(shí)期和低谷時(shí)期電價(jià)存在很大差異，冷庫(kù)充分利用谷電運(yùn)行時(shí)間，合理減少峰電運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，既可以顯著降低冷庫(kù)的運(yùn)行成本，也可以有效緩解電網(wǎng)系統(tǒng)供電壓力，保障用電安全，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。需要注意的是，冷庫(kù)建設(shè)的主要目標(biāo)是保持果蔬產(chǎn)品的色、香、味等方面的質(zhì)量和品質(zhì)，冷庫(kù)運(yùn)行應(yīng)考慮不同種類(lèi)果蔬對(duì)溫度波動(dòng)的敏感程度，科學(xué)實(shí)行削峰填谷，將果蔬質(zhì)量放在首位。另外，可以根據(jù)各地市電力政策現(xiàn)狀參與電力需求響應(yīng)，電力需求響應(yīng)是指電力市場(chǎng)價(jià)格明顯升高（降低） 或系統(tǒng)安全可靠性存在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，電力用戶根據(jù)價(jià)格信號(hào)或激勵(lì)措施，暫時(shí)改變其固有的習(xí)慣用電模式，減少（增加） 用電，從而促進(jìn)電力供需平衡、保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的行為。各地市政策有差異，參與電力需求響應(yīng)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償也不完全相同，通常每響應(yīng)1 kW 負(fù)荷的補(bǔ)償費(fèi)用為30～60 元。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是果蔬生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，果蔬冷庫(kù)的需求量也日益增加。對(duì)于分散的小型果蔬冷庫(kù)建議選用氟利昂?jiǎn)渭?jí)壓縮制冷系統(tǒng)，隨著氟利昂制冷系統(tǒng)設(shè)備造價(jià)的降低和氟利昂壓縮機(jī)的技術(shù)進(jìn)步，采用氟利昂?jiǎn)渭?jí)壓縮制冷系統(tǒng)的大中型果蔬冷庫(kù)逐漸增多。在果蔬冷庫(kù)設(shè)計(jì)方面，加強(qiáng)實(shí)地調(diào)研，合理選擇隔熱材料和計(jì)算貨物熱量，對(duì)于減少冷庫(kù)制冷系統(tǒng)初投資、降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用、節(jié)能降耗具有重要意義。同時(shí)，建議果蔬冷庫(kù)企業(yè)按照國(guó)家規(guī)范要求，提高其運(yùn)行管理水平，可以顯著降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。