冷库节能途径探讨

冷库节能途径探讨

李夔宁，王贺，郭宁宁

重庆大学动力工程学院，重庆（400030）

E-mail：leekn@

摘 要：冷库作为耗能大户，一直受到人们的关注，如何实现节能，关系到冷库行业的发展和社会竞争力的提升。本文概述了目前我国冷库的发展状况及存在的问题，着重同国外同行业能耗现状做了对比，指出了存在的差异，从技术角度和管理层面指出了冷库的节能方向，提出了冷库节能途径，对企业降低能耗具有一定的实际指导意义。

关键词：冷库；能耗；管理；节能

中图分类号：TB6

1. 引言

随着人民生活水平的提高，人们对保鲜食品的需求也必将不断增强，目前我国的肉类、水果、蔬菜、水产品、奶类的年均增长率分别达约11％，25.8％，12％，24％，7.8％[1]，而作为冷冻冷藏业基础的冷库也将得到不断的扩展，截止到2007年12月，重庆市（含区县）共建有大、中型冷库约45座，总容量约12万吨，其中低温库90960吨，高温库28500吨。而至2007年3月上海共有冷藏库企业125家，冷藏库137座，总容量为41.81万吨/次，其中冻结物冷藏库容量为31.46万吨/次，冷却物冷藏库容量为9.61万吨/次，冰库容量为0.74万吨/次。人均占有冷藏库容积为99升，山东、浙江冷库容量更是达到100万吨以上。据中国制冷学会资料显示：至2006年，我国冷藏库容量约为880万吨，折成库容积约为3800万立方米，人均占有冷藏库容积为29升/人，以重庆为例：重庆人均占有冷藏库容积仅为20升/人，低于全国平均水平，远低于上海的99升/人，而每年由外地运到重庆的冷冻制品总量在40～50万吨，截止到2007年12月，重庆市区经营性冷库容量的缺口仍有3～5万吨，并且随着人民生活水平的提高，该缺口还将进一步拉大。

从全国的发展状况来看，冷库在建库规模和容量方面也在急剧增长，自1955年，我国第一座冷库开建以来，各式冷库也纷纷投入运行,1978 年又建成第一座气调库，80年代中期我国自行设计建设了装配式冷库，库容小的有10t，大的达到5000t，2001年山东远洋食品有限公司在烟台建成了我国首座超低温冷库，它包括库温为-60℃、库容量达3000吨/次的超低温冷库和库温-30℃、库容量为3000吨/次的低温库各三间，浙江海通集团股份公司也于本世纪初在慈溪建造了我国第一座立体自动化冷库，冷藏库尺寸为90×30×8.5米（高），6座货架可存放约5000个托盘（贮藏果蔬冷冻食品约为2000吨）。

由此可见,随着市场需求的不断增强，冷库的建设速度和生产规模还会不断加快，但是目前的冷库有相当一部分能源利用率低，生产成本过大，不利于市场竞争和我国节约型社会的发展目标，这就使得探讨冷库能源利用效率、实现系统节能变得十分必要。

2. 冷库行业能耗现状

就总体来说，我国冷库行业起步晚，全国现有冷库中，属上世纪七、八十年代建造的比

例很高[2]，且多数冷库仍采用以氨为制冷剂的集中式制冷系统，冷却设备耗金属量大，冷却效果也差；生产管理混乱，设备技术陈旧，自动化程度比较低，职工业务水平相对低下，能耗效率相对低下，如表1所示：

表1 冷藏库耗电量对比（y m /h 3⋅KW ）

Tab.1 comparison of power consumption in cold storage （y m /h 3⋅KW ）

中国

日本 英国 上海冷藏企业

平均水平

全国冷藏企业平均水平 先进水平 平均 先进水平 平均 76

（0.5d KWh/t ⋅） 131 (1.0d KWh/t ⋅) 32 48~56 16 60

由上表可以看出：我国冷藏企业总体耗电量比较大，全国平均水平远高于国外同行业平均水平，如我国冷藏耗电量全国平均为131y m /h 3⋅KW ，是英国平均水平的2倍多，是日本平均水平的2.5倍左右，即使是我国冷藏行业比较发达的上海，比国外同行业也仍然存在很大的差别，如上海冷藏企业耗电量平均水平为76y m /h 3⋅KW ，是英国先进水平的4.7倍左右，日本的2.4倍左右。

按照国际制冷学会（IIR ）要求：在未来的20年内，应“使每个制冷设备耗能减少30~50%”的目标，我国将面临着巨大的挑战，这就使得探讨冷库节能途径，降低冷藏产品的单位冷量耗电量、提高系统利用率、加强库房管理等变得尤为重要，如何降低费用，实现系统节能，下面主要对其存在的问题及节能途径从技术层面和运行管理层面做一些探讨。

3. 冷库设计中的节能

3.1 合理设计围护结构

围护结构、隔热层的传热量占冷库总热负荷的20％-35％[3]，所以减少围护结构的热负荷可以达到节能的目的。围护结构得热量n )(1F W T T KA Q −=，从传热公式可知，传热量与三个因素有关，即传热面积A )m (、传热系数K ）（C K W °⋅/和传热温差T ∆(℃)。传热温差与库外环境温度和贮藏食品所需要的库内温度有关，传热系数主要由围护结构内外壁面的对流换热系数及围护结构热阻构成，引进建筑中体形系数的概念S(shape coefficient of building)，为库体所有外表面积之和与库容之比，这里不妨假设围护结构表面积为A,体积为V ，则体形系数：S=A/V ，则当冷库建设库容一定的情况下可以确定出一个最佳面积。

围护结构热负荷与保温层厚度成反比，增加保温层厚度将减少冷库的运行费用，但这会增加初投资，所以这就要求在冷库建设时根据冷库使用年限确定最佳经济厚[4-5]，文献[6]还考虑了环境温度对保温层选择的影响。

3.2 压缩机的节能

冷库在设计时往往采用最大负荷来进行压缩机的选型，实际运行过程中往往和初始设计不相适应，根据负荷合理调整压缩机的台数或减少压缩机的工作缸数，使系统负荷和压缩机冷量相匹配，防止“大马拉小车”的现象，增加能耗[7]。

3.3 搞好换热设备的节能

换热设备在冷库运行中能耗的占有量也很大，有资料表明：在蒸发温度为-1O℃时，冷凝温度每下降1℃，压缩机单位制冷量耗电减少2．5％～3．2％；在冷凝温度为3O℃时，蒸发温度提高1℃，压缩机单位耗电量减少3．1％～3．9％[8-9],可见减少换热设备的能耗对于冷库节能有很大的意义。减少换热设备能耗可通过以下几个方面：

（1）冷凝器的选型

国外普遍选用蒸发式冷凝器，它省去了冷却塔和水泵及循环水池的投资，值得我们关注的是蒸发式冷凝器的冷却水流量仅为水冷式冷凝器的1/10，可见其明显节能。

（2）适当提高蒸发温度

适当提高蒸发温度，能缩小传热温差，减少压缩机的功率消耗，提高产冷量，有资料表明，对于压缩机，蒸发温度每升高1℃，每千瓦电机每小时的产冷量将提高2.4％左右，文献[10]指出一般制冷装置都是按满负荷条件下设计的，但在实际运行中很多情况不是满负荷运行，所以在制冷量减少时，提高蒸发温度，即减少传热温差，同样可以达到降温的效果。

提高蒸发温度还可以减少食品的干耗，保证食品的新鲜度，减少营养成分的散失，所以在允许的情况下，根据食品的特性，尽量提高蒸发温度。

3.4 加强冷库门的节能

冷库门的开闭将会引起很大的冷量散失，文献[11]指出，冷藏门的性能不良可能使能耗增加15％或者更多，但很多单位没意识到问题的严重性，不注意冷库门的开闭，导致大量的热空气进入冷库，热湿空气的结合容易在冷风机和蒸发器表面结霜，并且还会打破冷库温度场的平衡，加重制冷机组的负担。减少冷库门的冷损耗应该注意以下几方面： （1） 设计时应尽量减小冷库门的面积，特别注意降低冷库门高度，研究证明，冷库门高度方向的跑冷要比宽度方向大的多；

（2） 提高冷库门的自动化程度，目前最新高速电动冷藏门的开启速度可达到1m/s，双扇冷藏门的开启速度达到2m/s[12],及时启闭冷库；

（3） 增加风幕阻止冷库冷损耗，并且做到风幕与冷库门的智能化，即伴随着冷库门开闭的同时启动和关闭风幕。

3.5 照明系统的节能

照明系统在冷库中不仅浪费大量电能，而且会增加冷藏或冷冻间的热负荷，文献[13]指出，冷库内照明一般集中于工作通道, 照度约为150～200 lx。按照我国冷库设计规定：每

W/m，操作人员长时间停留的加平方米库房面积由照明引起的热量，冷藏间可取1.8～2.32

W/m[14]，但在实际操作中往往大于这个值，加强照明系统的管理工间、包装间等可取5.82

可以在库房内设置长明灯和自控灯，即在保证操作人员安全的情况下尽量节能，另外也可以采用自动型双位灯具，配有移动传感器(motion detectors)，它能够根据库内是否有物体移动，来决定灯具的暗与亮，采用这种灯具可使库内照明节省耗电50％[12]。

3.6 尽量采用机械化操作