冷藏库的节能技术

乐库冷库

[size=10.4798pt]       现代冷藏装置中首先发展起来的是冷藏库。冷藏库是对易腐烂食品进行加工和贮藏的设施，实际上就是大型的固定式冰箱，简称冷库。19 世纪末冷藏库最早出现在美国和澳大利亚，当时的冷藏库主要是为了解决易腐食品在运输过程中的冷却和短期贮藏问题。经过一个多世纪的发展，冷藏库已经成为发展食品工业不可缺少的手段，成为国民经济的一个组成部分[1]，冷藏库的总容量已经可以作为衡量一个国家食品工业和制冷事业发展水平的指标。近几十年来，各国的冷藏库容量都有较大的增长。到 20 世纪末，全世界冷藏库总容量超过 5100 万 t。中国冷藏库总容量也超过 500万 t。随着我国改革开放和经济的迅速发展，各地区新建冷藏库遍地开花，从城市到乡村，从沿海到边疆，各种冷藏库星罗棋布。根据中国制冷学会统计资料，到2006 年，中国冷藏库总容量已突破 880 万 t。众所周知，冷藏库的基本冷源是人工制冷，而人工制冷必须消耗能量。20 世纪 70 年代以来，能源问题已被列为世界基本矛盾之一。随着冷藏技术的发展和库容量的迅速增加，制冷消耗的能源也在迅速增加。因此，冷藏库的节能正在引起制冷和食品行业越来越广泛的重视。

1、冷藏库的节能
    食品在冷库的低温下贮藏，抑制了引起食品腐败变质的微生物的生命活动和食品本身的呼吸作用，因此食品可以在较长时间内保持其原有的质量而不会腐烂。根据冷库贮藏物品及时间的不同，采用不同的冷藏库温度。但通常冷库内的温度低于环境温度，要保持冷库的低温，就需要通过制冷装置移走冷库中的热量。冷库中的热量包括两部分：
1）周围环境传入冷库的热量；
2）冷库内产生的热量—包括照明动力设备、人员及食品产生的热量[1]。本文主要针对减少周围环境向冷库的传热，从而减少冷库热负荷的一些节能技术，并介绍冷库运行中的节能措施。
2、冷藏库的隔热和防潮隔汽
2.1 冷库围护结构的隔热
    为了减少通过围护结构（墙、屋顶、地坪等）传入冷库的热量，就必须采取隔热措施，即选择适当的隔热材料和确定合理的隔热层厚度。隔热层有块状的、板状的和松散的几种，包括玻璃纤维、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、软木、稻壳、麦糠、炉渣和膨胀珍珠岩等。聚氨酯泡沫塑料的气泡结构几乎全部不相连通，属闭孔型泡沫塑料，隔热性能好，且具有一定的防潮和隔汽功能；它在常温下，可以预制成板状，也可以现场发泡，施工方便；它本身可以与金属、非金属材料粘结，所以隔热层没有接缝，整体性好，强度高，粘着力强。因此，聚氨酯泡沫塑料是各种冷藏库首选的隔热材料
。

    选定隔热材料后，就需要确定隔热层的厚度。隔热层越厚，传热量越小，敷设隔热层的成本就越高。冷藏库的设计中，通常取围护结构的传热量为 11.63W/m2，根据这个指标就可以确定隔热层的厚度。这样确定的隔热层厚度称为标准隔热层厚度。
    20 世纪 80 年代以后，由于世界性的能源危机，各国对节能问题日益重视，很多国家建议冷库的隔热层适当加厚，比如日本提出了采用比标准隔热层厚度增加 25%的节能型隔热层厚度[2]。中国电力资源比较缺乏，采用节能型隔热层厚度比发达国家具有更重要的意义。小型冷藏库的能耗指标较高，当库内外温度等条件相同时，100m3 的冷库单位容积耗能量是 10 000m3冷库的 6~7 倍，所以增加隔热层厚度对小型冷库的节能有更重要的意义。当然，选用节能型隔热层厚度会增加一些冷库建筑及施工的投资。根据经验，采用节能型隔热层的冷库，隔热工程投资约增加 25%，而且一般在冷库运行 2~3a 内可由节约的能源费中回收。
2.2 冷库围护结构的防潮隔汽
    隔热层有隔热作用，但是受潮后它的隔热性能严重降低。隔热层受潮主要是空气中的水蒸气渗透到隔热层内遇冷凝结造成的。冷藏库内外温差较大，高温侧空气中的水蒸气不断进入隔热层，遇冷后就会凝结成水，积聚在隔热层材料内，使隔热材料受潮，造成隔热性能降低，甚至失效。为了保护隔热层材料不受潮，在隔热材料外设置防潮隔汽层是必要的。根据要求，当冷库内外的温度差超过 5℃时，就应当在高温侧设置防潮隔汽层。

    冷库工程中常用的防潮隔汽材料有石油沥青及其制品、沥青塑料防水材料、聚乙烯塑料薄膜和聚氨酯防水涂料等，过去的冷库使用油毡的较多，近年来聚乙烯塑料薄膜得到了广泛的应用。
    水蒸气由高温侧向低温侧渗透，所以防潮隔汽层应设置在高温侧，这样既可避免水蒸气在隔热层积聚凝结，也可减少进入冷库内的水蒸气。有些冷库的温度高于或等于 0℃，或者贮藏期为冬季，则冷藏库的高温侧和低温侧是会发生变化的，这种情况下，可在隔热层两侧都设置防潮隔汽层。
3、减少太阳辐射热

    冷库外表面受太阳的直接照射，使进入冷库内的热量增加，如果采取措施减少太阳辐射的影响，冷库的热负荷就会减少，就能减少冷库能耗，节省运行费用。
    太阳辐射热与冷库的建筑外表面积、太阳辐射的强度等因素有关。冷库设计时应选择单位库容量的冷库建筑外表面较小的结构。太阳辐射强度随地区、季节、一天中的时间、天空中的云彩、空气中的水蒸气含量等的不同而不同。冷库壁面吸收的太阳辐射热是由冷库的朝向及表面对太阳的吸收率决定的。冷库建筑物的朝向在设计中应综合考虑。冷库壁面太阳热的吸收率主要取决于壁面材料的化学成分、表面光滑状况、表面颜色等，其中表面颜色是影响太阳吸收率的主要因素。冷库表面颜色越浅，反射太阳辐射热的能力越大，对太阳热的吸收率就越小，例如白色墙面或屋顶对太阳热的吸收率不到黑色表面的 25%。
    根据以上分析，减少太阳辐射热的方法是采用白色涂料的冷库外壁。因为白色的外表面对日照有很高的反射率，会减少太阳辐射的影响；而且白色表面对长波有很高的辐射率，在晴朗的夜晚，由于外表面对天空的长波辐射，使建筑物的温度降低，降低了冷库的制冷负荷。中国建筑科学研究院曾在常州自行车厂作过试验，原来的屋面是水泥屋面，后来在屋面喷洒石灰水后，屋面外表面温度下降了 19~24℃，屋内表面温度下降了 16.4~19℃。另有资料报导，夏季在强烈的太阳照射下，白色表面的温度可比黑色表面低 25~30℃。

4、防止和减少冷库建筑中的冷桥
    当有导热系数较大的建筑构件、管道及其吊卡支架等穿过冷库围护结构的隔热层时，便形成了冷热交换的通道，称为冷桥（或热桥）。冷桥的存在，破坏了隔热层和防潮隔汽层的完整性和严密性，容易使隔热材料受潮失效，墙、柱所形成的冷桥可以使地坪下土壤冻胀，危及冷库建筑结构的安全。暴露在空气中的冷桥会在其表面产生凝结水或冰霜，增加冷库围护结构 的热负荷。所以在冷库的设计和施工中，应采取合理的结构，避免形成冷桥。对于那些不可避免会形成冷桥的构件和管道等必须采取适当的措施，即用导热系数较小的隔热材料对形成冷桥的构件或管道等进行隔热处理，增大其热阻，将冷桥产生的不良影响减少到最小的程度。

5、在冷藏库大门设置合理的空气幕
    由于一般冷库建筑具有内冷、外热的特点，因此当开启冷库大门时，在库内外风压和热压的作用下，冷库大门处将产生强烈的热湿交换，导致冷库负荷的增加，所以通常在冷库大门处设置空气幕，以减少冷库内外的热湿交换，为了确保空气幕的隔热效率，对空气幕的宽度、空气流速及其吹出角度等都应进行合理的选择或设计。库门打开时，空气幕应能随着开启。有文献指出，正确安装的空气幕，可使因冷库门开启而引起的热湿交换减少 10%以上。这一方面减少了冷损失，另一方面减少了进入冷库的水分，减少了冷库中的冰霜。另外，根据一些冷藏库的运行经验，在冷库大门安装一个 PVC 门帘，再配合空气幕的使用，这种方法并没有使冷藏库的投资增加多少，但是却能减少冷库大门处的热湿交换，从而节约能源，不失为一种简单实用的方法。据文献[2]介绍，采用 PVC 门帘后，冷库门的冷量损失减少了 57%。

    以上主要分析了减少周围环境向冷库的传热。尽管如此，通过围护结构向冷库的传热引起的热负荷在冷库总负荷中仍占有较大的比例，一般为 20%~35%，小型冷库中甚至可占总负荷的 50%。
6、冷库运行中的节能
（1）冷库运行中在保证冷库温度的前提下，尽可能采用较高的蒸发温度。据文献[2]介绍，当蒸发温度由- 5℃降至 - 30℃时，在同样制冷量下，能耗会增大 1 倍以上。也有资料指出，制冷装置的蒸发温度每升高1℃，节能 2%~3%。可见蒸发温度的变化对制冷装置的能耗影响很大，因此应尽可能避免蒸发温度过低。

（2）合理确定冷凝温度。由于冷凝温度与冷凝压力相对应，冷凝温度升高，冷凝压力也随着升高，将使制冷压缩机的排气压力升高，压缩比增大。这就会使压缩机的输气系数降低，功耗增大，经济性下降。另一方面，压缩比增大会使压缩机排气温度升高，压缩机的故障率增加，运行的安全可靠性降低。因此，应尽可能使制冷装置在较低的冷凝温度下运行。为了实现制冷装置在较低的冷凝温度下运行，安排制冷装置在夜间运行是很重要的。因为夜间的环境湿球温度较低，无论是各种水冷式或空气冷却式冷凝器，都会使冷凝温度降低。这样就会使制冷装置的制冷量增加，能耗降低，达到节能效果。应该注意的是，在冷库制冷工艺设计中要选择合适的冷凝温度，如果设计中选择较低的冷凝温度，可能会导致在实际运行中出现较高的冷凝温度。因为按较低的冷凝温度设计，由于冷凝负荷较小，选择的冷凝器传热面积就较小。当运行中冷凝温度高于设计值时，实际冷凝负荷增大，按较低的冷凝温度选用的冷凝器将不能满足需要，实际冷凝温度将会升高，能耗增大，制冷装置效率下降。
    制冷装置安排在夜间运行，不仅使单位制冷量能耗降低，具有直接的节能效益，而且对地区电网具有“移峰填谷”的社会效益。目前各地都在推行峰谷电价差，冷库在夜间运行可以享受到较低的电价。所以，对于冷藏库的业主，实现制冷装置夜间运行会获得显著的经济效益。

（3）合理选择冷藏库的通风换气时间[3]。对于一些有通风换气要求的冷藏库，通风换气引起的负荷是比较大的，因为冷藏库内、外的温湿度差很大，室内外热湿交换对冷库负荷的影响也大。如果安排在凌晨5：00~6：00，这时环境空气的温湿度都比较低，而且空气比较清新，由通风换气引起的热湿负荷也就相对较小。一些高温冷库的运行经验都证明了这一点 。

7、结语
    随着经济的发展和生活水平的提高，冷藏库得到了迅速的发展，作为能耗大户，冷藏库的节能也受到了业界的关注。
    冷藏库的节能包括冷藏库的设计、施工、制冷装置的操作运行等各个环节。一个设计不合理，操作管理不善的冷藏库，其能耗水平可比节能的冷藏制冷装置高2~3 倍。因此，冷藏库的节能不仅具有社会效益，而且对于冷藏库的业主具有多方面的综合效益，广大制冷工作者及冷藏库业主应有充分的认识。

rabit331

学习了啊，有道理