冷庫氨制冷系統節能降耗的途徑

摘要：文章就冷庫氨制冷系統的特性和系統運行中的節能降耗提出了一些方法和途徑，同時探討了可以改進的措施和需要努力的方向。

關鍵詞：冷庫；制冷劑；氨制冷系統；節能降耗；壓縮機；換熱器

中圖分類號：TU249 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）30-0086-03

隨著國內經濟的飛速發展，人民物質生活水平的不斷提高，冷凍冷藏食品每年以5%～10%的速度迅速增長，這無疑對冷庫的建設發展起到了極大的推動作用，但針對以氨為制冷劑的集中式系統冷庫現狀而言有許多不利因素。我國現有的大中型冷庫大多在20世紀70～80年代由國家投資建造而成，這些冷庫裝備陳舊，工藝落后，冷卻設備耗金屬量大，安全措施很不完善，管理、維修人員業務水平相對較低，存在較大的安全隱患。冷卻效果也差，自動化程度較低，導致能耗較高，已不適應現在社會環境的發展需要，因此應加大改造、改建力度。

1 氨制冷劑應用的必要性

自1987年《蒙特利爾議定書》簽訂以來，制冷界為了保護地球大氣臭氧層免遭破壞，緩解全球變暖的速度，在短期內很快發現一種理想的制冷劑也極不可能的前提下，人們把眼光又重新轉向了對地球生態系統無害的氨、二氧化碳等自然工質。氨是一種值得推廣的制冷劑，其優點是價格低廉且易制備，工作壓力適中，單位容積制冷量大，不溶解于潤滑油，放熱系數高，在管道中流動阻力小，易發生泄漏。不足之處是有刺激性臭味、有毒、會燃燒和爆炸，對銅和銅合金有腐蝕作用。

2 氨制冷系統應用于冷庫當中需要進一步做的改進內容

2.1 壓縮機

針對壓縮式制冷過程中消耗的能量，壓縮機占據的比例最為龐大。我國的冷庫系統大多數以氨作為主要的制冷劑，多數都采用活塞式壓縮機，在對能量調節的過程中存在一定的缺陷，無法進行負荷調節過程中的無極變速，只能夠利用手動進行加卸載，所以冷庫系統具有的綜合性能較弱，消耗能量大。但是對于螺桿式壓縮機，其結構較為簡單，容易發生損壞的部件較少，使用壽命長，對于濕壓縮的敏感程度較低。在中等制冷量的范圍中，螺桿式壓縮機的熱力性能也非常好，而且調節性能沒有降低，對于出現的一些苛刻的工況變化能夠快速地適用。下面簡單介紹一下螺桿式壓縮機的性能。

2.1.1 螺桿式壓縮機的結構較為簡單，容易損壞的部件較少，因此使用壽命較長，能夠進行自動化操作。

2.1.2 螺桿式壓縮機的一個主要特點就是能夠進行強制輸氣，也就是說壓力對輸氣量產生的影響較小，具有較高的工作效率。

2.1.3 螺桿式壓縮機每分鐘的轉動速度在3000r以上，因此轉速較高，并且具有體積小等特點，具有較好的經濟性能。

2.1.4 螺桿式壓縮機與往復式壓縮機不同，它不具備吸氣閥以及排氣閥，并且壓縮結構性也非常簡單，全部支撐點都屬于滾動型，在設計的過程中都是半密封的，擺脫了以往密封式的設計模式，確保了氣體進行良好泄露。

2.1.5 螺桿式壓縮機不具有往復質量慣性力，因此在動力平衡性上較為良好，基礎能夠減少到很小。

2.1.6 螺桿式壓縮機是一種旋轉型的壓縮機，因此并不具備離心式以及往復式壓縮機的壓縮運動方式。在進行壓縮排氣過程中產生的壓力震動也是很低的，主要是因為螺桿在旋轉的過程中，回收壓縮一周出現的平均震動次數為6次。

近幾年，在西方的一些發達國家使用的螺桿機已經能夠進行變頻調速了。這就意味著我國的氨庫還需要進一步加大氨高性能螺桿式壓縮的推廣和

應用。

2.2 換熱器

2.2.1 冷凝器。在我國冷庫中通常會使用殼管式冷凝器，它的主要作用原理是通過水溫升高產生的熱有效地帶走冷凝熱。但是殼管式冷凝器的用水量很大，必須采用循環水，因此得配置相應的冷卻塔。這就加大了投資，增加了占地面積以及相關的維修管理等費用。相對于蒸發式冷凝器來說，該冷卻水系統的水泵需要消耗大量的能量，而蒸發式冷凝器可以對水進行有效地冷卻，不需要再配置冷卻塔，而且該冷凝器在結構上較為緊湊，耗費的水量也相對較少，不過在實際使用的過程中往往會出現管組嚴重結垢等問題，限制了蒸發式冷凝器的進一步推廣。

2.2.2 蒸發器。到目前為止還沒有發現能夠與氨進行有效溶解的溶滑油，因此在氨制冷系統當中，蒸發器的換熱性能一直以來都比較差。在氨庫中通常使用的液式管殼蒸發器具有較高的傳熱系數，在外形上來說尺寸較小，但是充灌量卻比較大，為了有效地降低充灌量，進一步增強液式管殼蒸發器的換熱性能，最近幾年在強化換熱的研究方面逐漸引入了納米科技，在很大程度上減低了制冷劑具有的粘性，有效地減小了流動阻力系數，改善了制冷劑分配不均勻的問題，這些研究成果值得借鑒。

3 進一步簡化系統并實現智能化控制

成功開發了能夠與氨進行有效相溶的溶滑油之后，就能夠在設計過程中省去使用油氨分離器、集油器以及相關的閥門等設施了，在氨制冷系統中充分應用氨電子膨脹閥之后也可以省去低壓循環桶這些其他設備，同時在使用了蒸發式冷凝器之后可以免去安設循環水泵產生的花費。

4 進一步提高維護結構具有的良好隔熱性能

不管是從設計上來說，還是從施工上來看，冷庫為了有效節能采取的有效措施之一就是減少深入冷間的熱負荷。由于通常冷庫圍護結構的熱負荷會占據總體負荷大約20%～35%，而圍護結構產生的傳熱量與傳熱系數有直接的關系，所以隔熱材料的質量越好就越能有效地提高維護結構具有的隔熱性能。通常我們使用的隔熱材料包括軟木、硬直聚氨酯泡沫塑料以及海泡石等。此外還可以通過增加隔熱層的厚度來降低動力消耗，采取這一措施還能夠減少開機的總次數，是一個非常好的節能方法。

在選擇冷庫的保溫材料時一定要遵循因地制宜的原則，隔熱性能不僅要好，還要經濟實用。通常可以將冷庫的隔熱材料劃分為幾個不同的類型，其中一種是加工成為固定規格的板塊，要求每一板塊有固定的長、寬、厚，還可以按照庫體的要求確定合適的庫板，通常高溫和中溫的冷庫都會選擇厚度為10cm的庫板，而對于低溫的冷庫則會選擇厚度為12cm或者15cm的庫板；還有一種隔熱材料是利用聚氨酯噴涂發泡，可以直接將材料噴涂到待建磚上，不過這種材料花費的成本比較高。而聚苯脂具有良好的吸水性能，花費的成本也不高，但是隔熱性能卻相對較差。

5 安全措施

氨具有一定的毒性和可燃性。氨液飛濺到皮膚上會引起凍傷、燒傷。氨能以任意比例與水互相溶解，組成氨水溶液。在低溫下，水也不會從氨液中析出而凍結。但是氨液中溶有水后，它的蒸發溫度便會稍許提高，同時對金屬有腐蝕作用。因此安裝時要嚴格地進行試壓試漏檢測，配備良好的機械設備和控制元件，配備氨氣含量檢測和報警裝置，在機房和庫房內設獨立的水系統裝置進行消防噴淋，一旦發生泄露立即供水處理。

在機器、設備附近及車間內，禁止堆放無關的物品。各通道內應無障礙物。冷間內的貨物與冷卻排管應保持規定的距離。

建立車間工作日記以及機器和設備的履歷本，認真記載其技術數據、檢修和事故等情況。

急救箱、防毒面具及其他保護用具，都要放在方便易取的地方，并標明使用方法。

6 結語

冷庫氨制冷系統存在的問題系統復雜，如換熱金屬耗材大、壓縮機自控能力薄弱、安全措施不完善等。鑒于目前的環保形勢和要求，應加大這方向的研究力度，勇于借鑒外國的先進技術，盡快改善現狀。

參考文獻

[1] 楊一凡.氨制冷技術的應用現狀及發展趨勢[J].制冷學報，2007，（28）.

[2] 曹德勝.對我國食品冷藏庫可持續發展的看法[J].制冷學報，1997，（3）.

[3] 韓瑋.制冷劑的研究與發展概況[J].核工程研究與設計，2008，（73）.

作者簡介：陳雷（1963-），男，上海人，西安市干鮮果副食公司工程師，研究方向：制冷工程。

（責任編輯：周 瓊）